CN117346645A - 一种基于磁标签技术传感器技术的位移监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于磁标签技术传感器技术的位移监测系统。包括：若干个磁场强度不同、固定在建筑物底部钢筋上不同位置的磁标签；安装在建筑物中的磁读头，所述磁读头用于将磁标签产生的磁场转换为电压信号；中央控制模块用于根据磁读头产生的电压信号获得建筑物位移信息。本发明使用安装在建筑物内的磁读头、位于建筑物底部钢筋上的磁标签来组成监测系统，本发明的监测系统对环境的依赖性较低，可以在不同的天气条件下进行测量，不受遮挡影响，可以避免由于外界天气影响导致的建筑物位移监测结果不准确。并且本系统的抗震、抗冲击能力强、抗干扰能力强，具有高可靠性；体积小，使用寿命长；无机械性疲劳；自动化程度高。

Description

一种基于磁标签技术传感器技术的位移监测系统

技术领域

本发明涉及位移检测技术领域，特别涉及一种基于磁标签技术传感器技术的位移监测系统。

背景技术

位移监测通过对变形体进行各种沉降、倾斜、水平位移的变形监测，监测各种工程建筑物及其地质结构的稳定性，及时发现异常变化，对其稳定性和安全性做出判断，以便采取措施处理，防止发生安全事故。位移监测有两种，一种是深部位移测量，一种是地表位移测量。

传统深部位移测量采用滑动式测斜仪、固定式测斜仪、钻孔引伸计和TDR监测等方法；地表位移测量常常采用全站仪和边坡雷达的方法。传统深部位移测量采用滑动式测斜仪、固定式测斜仪、钻孔引伸计和TDR监测等方法。滑动式测斜仪应用最为广泛，通过测定钻孔倾斜角从而求得水平向位移的原位检测仪器，它可以监测地下分层水平位移量及位移速率，但是精度低，随时间增长测量值和真实值偏差增大。固定式测量仪由测斜管和链式分布测斜传感串构成，当地下产生位移，测斜管随之移动，引起传感器倾斜，传感器就可测出与银垂线所夹倾斜角，可换算出相应段的侧向水平位移，结构简单、可靠性高，但是精度低、难以探测到位移回弹现象。钻孔引伸计由灌装锡栓、测杆与锚栓接头、传递干、变位计基准端、电测传感器、测杆以及百分表组成。当岩土层发生位移时，位于基准端的伸长量随着该位移产生变化，该伸长量即为岩土层位移，该方法结构牢固、操作简单，但是由于量程和性能只能用于初期变形的监测，且测数一般需要人工操作进行。TDR监测系统主要包括TDR测试仪、同轴电缆、电脉冲信号生成器、信号接收器及读数仪。岩土体的位移或变形使埋置其间的同轴电缆发生剪切、拉伸及断裂，电缆特性阻抗随着发生变化，在阻抗变化区电磁波发生透射与反射且耦合在反射信号中，按照反射系数大小及反射信号返回时间的长短就可以大致推算出同轴电缆变形发生位置及变形大小，从而估算出岩土体内滑动面的位置或大致位移情况，该方法检测时间短、自动化程度高，但是只能确定剪切面的大致位置，无法确定地下各深度处的具体位移量和方向。

传统地表位移测量常常采用全站仪和边坡雷达的方法。全站仪利用设置固定点即监测桩不定期监测固定点的位移高差相对变化量。该方法简单成熟，经济实惠，能分析边坡滑动各阶段的位移特征，但易受天气外部环境影响，需要与观测目标保持通视。边坡雷达则是通过向边坡目标发射电磁波并接收回波，通过不间断的持续扫描，测算同一最小监测单元2次扫描时间电磁波的相位差，获取目标点的位移变化值，该方法可以连续测量且自动化程度高，但是功耗较大，需要稳定电源供交流电，还易受到电磁干扰。

全站仪和边坡雷达通常需要有清晰的视线来进行测量，如果目标位置被障碍物遮挡，或者视线受到阻碍，测量精度可能会受到影响。恶劣的天气条件如大雨、大雪可能会对全站仪和边坡雷达光学测量设备的性能产生负面影响。以上情况均可能导致位移监测结果不准确。

发明内容

基于上述问题，本发明提供一种基于磁标签技术传感器技术的位移监测系统，可以解决现有技术中的传统地表位移监测方法容易收到天气影响导致位移监测结果不准确的技术问题。

一种基于磁标签技术传感器技术的位移监测系统，包括：

若干个磁场强度不同、固定在建筑物底部钢筋上不同位置的磁标签；

安装在建筑物中的磁读头，所述磁读头用于将磁标签产生的磁场转换为电压信号；

中央控制模块用于根据磁读头产生的电压信号获得建筑物位移信息。

进一步的，还包括:

实时报警模块，所述实时报警模块用于根据接收的建筑物位移信息进行报警。

进一步的，所述磁标签沿钢筋按照磁场强度依次增大或依次减小的方式排列，该排列方式用于产生均匀变化的磁场。

进一步的，所述磁读头用于将磁标签产生的磁场转换为电压信号，包括：

所述磁读头感应磁标签产生的磁场，产生与磁场强度、方向相关的粗电压信号；

将粗电压信号经过放大、滤波、数字化后获得电压信号。

进一步的，所述根据磁读头产生的电压信号获得建筑物位移信息，包括：

获得磁读头初始位置x₀；

获得第i时刻的磁读头实时位置x_i；

根据磁读头实时位置x_i和磁读头初始位置x₀的差距计算第i时刻建筑物位移信息Δh_i：

Δh_i＝α·(x_i-x₀)

其中，α是位移比例系数。

进一步的，所述获得第i时刻的磁读头实时位置x_i，包括：

获得磁读头初始电压信号U₀；

获得第i时刻的磁读头电压信号U_i；

根据第i时刻的磁读头电压信号U_i和磁读头初始电压信号U₀的差距计算第i时刻的磁读头实时位置x_i：

x_i＝x₀+β·(U_i-U₀)

其中，β是电压比例系数。

本发明实施例提供一种基于磁标签技术传感器技术的位移监测系统，与现有技术相比，其有益效果如下：

本发明使用安装在建筑物内的磁读头、位于建筑物底部钢筋上的磁标签来组成监测系统，本发明的监测系统对环境的依赖性较低，可以在不同的天气条件下进行测量，不受遮挡影响，可以避免由于外界天气影响导致的建筑物位移监测结果不准确。

除此之外，当建筑物或结构体经历应力、振动、变形或其他物理变化时，与钢筋上的磁标签的相对位置可能会发生微小的变化，通过磁读头检测这些微小的磁场变化，可以实时监测结构的变化，这有助于确保建筑物的结构安全性。并且本发明的抗震、抗冲击能力强、抗干扰能力强，具有高可靠性；体积小，使用寿命长；无机械性疲劳；自动化程度高。总体来说，本系统的搭建成本低、操作简单、测量精度高、抗干扰能力强，综合优于传统技术。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本说明书提供的整体结构示意图；

图2是本说明书提供的磁标签结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

实施例

磁标签监测位移是一项新技术，原理是在与被测长度等长的金属管上(金属管作为磁读头运行的轨道，具有高度的平整度、耐磨性和强度，通常使用铝材料)，安装磁读头，当地面下陷或倾斜时，磁读头位置变化，当磁读头浮动到不同位置时，磁标签内有不同强度的强磁材料，磁读头检测到不同磁场强度的变化，转为幅值不同的电压信号进而转为二进制数据，由此输出位置信息，从而使系统得到位移信息。此方法在水平和垂直方向上均可应用，地表和深部位移通用。

如图1所示，一种基于磁标签技术传感器技术的位移监测系统，具体包括：

若干个磁场强度不同、固定在建筑物底部钢筋上不同位置的磁标签，如图2所示；若干个磁场强度不同的、固定在建筑物底部钢筋上不同位置的磁标签，沿钢筋方向按照磁场强度依次增大或依次减小的方式排列，该排列方式用于产生均匀变化的磁场。

安装在建筑物中的磁读头，磁读头用于将磁标签产生的磁场转换为电压信号，用于将电压信号传送至中央控制模块；磁读头是基于磁性媒体上的数据以磁场的形式存储。当磁读头接触磁性媒体表面时，它可以检测到磁场的变化，并将这些变化转换为电压信号。这些电压信号经过放大和处理后，转为二进制数据递给计算机理解和处理。

磁读头用于将磁标签产生的磁场转换为电压信号，包括：

磁读头感应磁标签产生的磁场，产生与磁场强度、方向相关的粗电压信号；

将粗电压信号经过放大、滤波、数字化后获得电压信号。

中央控制系统用于根据接收的电压信号计算磁读头位置信息，包括：

获得磁读头初始电压信号U₀，获得第i时刻的磁读头电压信号U_i，根据第i时刻的磁读头电压信号U_i和磁读头初始电压信号U₀的差距计算第i时刻的磁读头实时位置x_i：

x_i＝x₀+β·(U_i-U₀)

其中，β是电压比例系数。

获得磁读头初始位置x₀，获得第i时刻的磁读头实时位置x_i，根据磁读头实时位置x_i和磁读头初始位置x₀的差距计算第i时刻建筑物位移信息Δh_i：

Δh_i＝α·(x_i-x₀)

其中，α是位移比例系数。

中央控制系统将建筑物位移信息传送至实时报警模块，根据接收的建筑物位移信息进行报警，包括：

设置阈值，当磁读头实时位置与磁读头初始位置的差距大于阈值时发出警报。

本系统具有的优势：①抗震、抗冲击能力强、抗干扰能力强，具有高可靠性。②体积小，使用寿命长。③无机械性疲劳；④自动化程度高。

本系统和传统地表位移测量方法在搭建成本、系统组成、周边设备、能源供给、测量连续性、环境适应、抗干扰能力、测量精度和无线缆化方面的比较，可以看出，磁标签位移技术的搭建成本低、操作简单、测量精度高、抗干扰能力强，各方面综合优于传统技术。

本系统和传统深部位移测量方法在无线缆化、精度、连续测量能力、采集频率、环境适应性、抗干扰、周边设备和系统组成等方面的比较，显然本系统的各项性能更好。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于磁标签技术传感器技术的位移监测系统，其特征在于，包括:

若干个磁场强度不同、固定在建筑物底部钢筋上不同位置的磁标签；

安装在建筑物中的磁读头，所述磁读头用于将磁标签产生的磁场转换为电压信号；

中央控制模块用于根据磁读头产生的电压信号获得建筑物位移信息。

2.如权利要求1所述的基于磁标签技术传感器技术的位移监测系统，其特征在于，还包括:

实时报警模块，所述实时报警模块用于根据接收的建筑物位移信息进行报警。

3.如权利要求1所述的基于磁标签技术传感器技术的位移监测系统，其特征在于，所述磁标签沿钢筋按照磁场强度依次增大或依次减小的方式排列，该排列方式用于产生均匀变化的磁场。

4.如权利要求1所述的基于磁标签技术传感器技术的位移监测系统，其特征在于，所述磁读头用于将磁标签产生的磁场转换为电压信号，包括：

所述磁读头感应磁标签产生的磁场，产生与磁场强度、方向相关的粗电压信号；

将粗电压信号经过放大、滤波、数字化后获得电压信号。

5.如权利要求1所述的基于磁标签技术传感器技术的位移监测系统，其特征在于，所述根据磁读头产生的电压信号获得建筑物位移信息，包括：

获得磁读头初始位置x₀；

获得第i时刻的磁读头实时位置x_i；

根据磁读头实时位置x_i和磁读头初始位置x₀的差距计算第i时刻建筑物位移信息Δh_i：

Δh_i＝α·(x_i-x₀)

其中，α是位移比例系数。

6.如权利要求5所述的基于磁标签技术传感器技术的位移监测系统，其特征在于，所述获得第i时刻的磁读头实时位置x_i，包括：

获得磁读头初始电压信号U₀；

获得第i时刻的磁读头电压信号U_i；

根据第i时刻的磁读头电压信号U_i和磁读头初始电压信号U₀的差距计算第i时刻的磁读头实时位置x_i：

x_i＝x₀+β·(U_i-U₀)

其中，β是电压比例系数。