CN202466554U

CN202466554U - 土体位移测量装置

Info

Publication number: CN202466554U
Application number: CN2011205466669U
Authority: CN
Inventors: 谭斌; 沈省三
Original assignee: JIKANG INSTRUMENT(BEIJING) CO Ltd
Current assignee: JIKANG INSTRUMENT(BEIJING) CO Ltd
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2021-12-23

Abstract

本实用新型涉及一种土体位移测量装置，该装置包括土体中埋设的沉降管或测斜管，在沉降管或测斜管的外侧安装的随土体移动的磁环，还包括磁环定位传感器和数据采集设备，磁环定位传感器平行设置于沉降管或测斜管的内部并全程覆盖磁环的位移变化范围，磁环定位传感器作为测量基准其位置固定不变，磁环定位传感器包括若干个磁敏感元件、条形支撑件和检测电路。该装置能够实现土体位移的自动智能测量，适用于土体在某一方向上的相对位移测量，具有使用简单、测量可靠性好的优点。

Description

土体位移测量装置

技术领域

本实用新型涉及岩土安全监测技术领域，特别涉及一种土体位移测量装置，适用于测量土体内部或外部的位移，如土坝、土石坝、堆石坝、边坡及回填土体的沉降位移测量，或者是上述土体的水平位移测量。

背景技术

当前国内外对土体的位移测量装置主要有水管式沉降仪、固定式测斜仪、压力传感器、静力水准仪等几种，这些装置都存在这样那样的技术缺陷，有的可实现自动监测但测量的可靠性差或易于出现故障需要经常维护，有的可靠性较好但不能实现连续自动测量或远程遥测，或者受繁琐的施工工序及安装步骤的限制，往往在装置安装后不能立即获取土体位移数据或者不能随施工回填获取土体位移数据，待具备测量条件时已错过主要的沉降期。

另外一种最常用的土体位移测量装置是电磁式沉降仪，该仪器用于土体沉降位移测量，是在土体中埋设非导磁材料的沉降管或将多个沉降管首尾连接，在沉降管外侧安装一个或多个可随土体沉降的磁环，配合带有磁感应探头的测尺来检测磁环的相对位置变化。这种方法具有安装操作简单、测值可靠的特点故在当前被广泛采用。但这种电磁式沉降仪的缺点是每次测量均需要人工操作，劳动强度大，基本无法实现自动测量以远程遥测。此外，这种电磁式沉降仪只能竖直安装，通过测量被测磁环的竖向位移来实现土体的沉降位移测量。

实用新型内容

本实用新型针对现有的土体位移测量装置存在可靠性差易出现故障或虽然可靠性较好但不能实现连续自动测量或远程遥测的问题，提供一种新型的土体位移测量装置，该土体位移测量装置能够实现土体位移的自动智能测量，适用于土体在某一方向上的相对位移测量，具有结构简单、测量可靠性好的优点。

本实用新型的技术方案如下：

一种土体位移测量装置，包括土体中埋设的沉降管或测斜管，在所述沉降管或测斜管的外侧安装的随土体移动的磁环，其特征在于，还包括磁环定位传感器和数据采集设备，所述磁环定位传感器平行设置于沉降管或测斜管的内部并全程覆盖磁环的位移变化范围，所述磁环定位传感器作为测量基准其位置固定不变，所述磁环定位传感器包括若干个磁敏感元件、条形支撑件和检测电路，所述各磁敏感元件固定设置在条形支撑件上并沿条形方向按照一定间距布置形成一个均匀分布的线性阵列，所述间距为1～20毫米，所述检测电路的输入端与各磁敏感元件相连以检测处于磁环产生的磁场作用范围内的各敏感元件的输出状态，所述检测电路的输出端有引出的电缆，所述电缆从沉降管或测斜管引出至数据采集设备。

所述磁环和磁环定位传感器均为若干个，所述磁环定位传感器的数量与磁环数量相同并且各磁环定位传感器的设置位置全程覆盖其对应的磁环的位移变化范围，所述两磁环定位传感器之间通过传递钢管相连，两磁环定位传感器的电缆首尾连接并置于传递钢管内部，由顶部或端部位置的磁环定位传感器的电缆引出沉降管或测斜管。

所述磁环定位传感器通过非导磁材料封装；和/或所述间距为2～5毫米；和/或所述条形支撑件的条形长度为2米。

所述磁环定位传感器与传递钢管之间采用快速接头连接；和/或所述最底部的传递钢管被固定在基准盘上。

所述传递钢管上设置有支撑环，所述支撑环的外径与沉降管或测斜管的内径相适应。

所述磁敏感元件为舌簧开关或霍尔开关。

所述条形支撑件为条形的印刷电路板，所述各磁敏感元件焊接在所述印刷电路板上，所述检测电路集成在所述印刷电路板上。

所述检测电路包括编码器和CPU，所述编码器的输入端与各磁敏感元件相连，所述编码器的输出端与CPU相连。

本实用新型的技术效果如下：

本实用新型涉及的土体位移测量装置，包括沉降管或测斜管、磁环、磁环定位传感器和数据采集设备，通过设置磁环定位传感器，并将其作为测量基准平行设置在沉降管或测斜管的内部并全程覆盖磁环的位移变化范围，磁环定位传感器包括若干个磁敏感元件、条形支撑件和检测电路，当土体发生位移时，磁环是发生同步位移的，磁环定位传感器作为测量的基准是固定不变的，由于磁环定位传感器的设置位置覆盖了磁环的沉降范围，即与磁环的沉降范围相对应，故磁环定位传感器能够通过内部设置的若干磁敏感元件对磁环产生的磁场的感应输出状态发生变化，检测电路检测各敏感元件的输出状态并输出位移信号，通过电缆将检测的磁环的位移信号输出至数据采集设备，得到土体位移测量数据，完成土体位移测量。由于设置磁环定位传感器，其内的磁敏感元件设置在条形支撑件上并沿条形方向按照一定间距布置成一个均匀分布的线性阵列，因此磁敏感元件的输出状态就能准确连续地反映磁环的真实位置，测量可靠性好，结构简单，磁环定位传感器解决了现有的传感器装置只能感应到“有”和“无”两种磁场状态的问题，本实用新型的土体位移测量装置能够实现自动智能测量，可以获取连续的变化数据，无需人工操作，降低了人工成本，并且只要磁环沿平行于磁环定位传感器的条形方向移动就能得到磁环的位移，故适用于两磁环间的相对位移测量，可以测量土体的沉降位移和水平位移等，解决了现有的电磁式沉降仪只能测量土体竖向位移的问题。

当存在若干个磁环时，设置与磁环数量相同的磁环定位传感器，并且磁环定位传感器设置的位置与磁环的沉降范围相对应，这样就无需制作过长的磁环定位传感器，能够降低磁环定位传感器的制作成本，同时更好地完成土体的位移测量，磁环定位传感器通过传递钢管连接为一体且电缆首尾连接，多个磁环定位传感器只使用一根电缆即可完成所有的磁环定位传感器的测量工作，其构成的土体位移测量装置能实时、连续地对土体分层沉降变化进行监测。

磁环定位传感器通过非导磁材料封装，起到了保护磁环定位传感器的作用；将底部的传递钢管固定在基准盘上，土体发生位移时磁环定位传感器固定不动，从而作为测量基准；传递钢管上设置有支撑环，所述支撑环的外径与沉降管或测斜管的内径相适应，支撑环的作用是保持磁环定位传感器以及传递钢管在沉降管(或测斜管)内部的位置居中，防止磁环定位传感器与沉降管之间或传递钢管与沉降管之间由于直接接触而产生摩擦。

磁敏感元件采用舌簧开关，若干个舌簧开关形成一个舌簧式开关阵列，使得该磁环定位传感器具有结构简单，成本低廉的优点；磁敏感元件采用霍尔开关，若干个霍尔开关形成一个霍尔开关阵列，使得该磁环定位传感器具有响应频率高、功耗、使用寿命长的优点。

条形支撑件设计为条形的印刷电路板，将各磁敏感元件焊接在该印刷电路板上，并将检测电路集成在该印刷电路板上。各磁敏感元件的状态信息通过设置在印刷电路板上的检测电路来检测各磁敏感元件的输出状态，使得磁环定位传感器集成度高，提高了其运行效率，故也提高了土体位移测量装置的测量效率和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型土体位移测量装置的优选结构示意图。

图2为本实用新型土体位移测量装置中的磁环定位传感器的结构示意图。

图3为本实用新型土体位移测量装置中的磁环定位传感器的优选结构示意图。

图中各标号列示如下：

1-磁环定位传感器；2-传递钢管；3-快速接头；4-支撑环；5-沉降管；6-电缆；7-磁环；8-基准盘；9-磁敏感元件；10-条形支撑件；11-印刷电路板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行说明。

本实用新型涉及的土体位移测量装置包括在土体中埋设的沉降管或测斜管，在沉降管或测斜管的外侧安装的随土体移动的磁环，还包括磁环定位传感器和数据采集设备，磁环定位传感器平行设置于沉降管或测斜管的内部并全程覆盖磁环的位移变化范围，磁环定位传感器包括若干个磁敏感元件、条形支撑件和检测电路，各磁敏感元件固定设置在条形支撑件上并沿条形方向按照一定间距布置形成一个均匀分布的线性阵列，所述间距为1～20毫米，检测电路的输入端与各磁敏感元件相连以检测处于磁环产生的磁场范围内的各敏感元件的输出状态，检测电路的输出端引出有电缆，电缆从沉降管或测斜管引出至数据采集设备。

图1为本实用新型土体位移测量装置的优选结构示意图，沉降管5以及沉降管5外侧安装的若干个磁环7均埋设在土体中，磁环定位传感器1也为若干个，磁环定位传感器1的数量与磁环7数量相同并且各磁环定位传感器1的设置位置全程覆盖其对应的磁环7的位移变化范围，即一个磁环定位传感器的设置位置与一个磁环的沉降变化范围相对应，通过传递钢管2将相邻两磁环定位传感器连接在一起，最底部的传递钢管2被固定在基准盘8上，这就使得各磁环定位传感器1的相关位置是确定不变的，且不随土体的位移而发生变化，故可以作为测量基准。磁环定位传感器1与传递钢管2之间，或者传递钢管2与传递钢管2之间均采用快速接头3连接，在每个快速接头3上方放置一个塑胶材质的支撑环4，支撑环4的外径与沉降管5的内径相适应，支撑环4是的作用是保持磁环定位传感器1以及传递钢管2在沉降管5内部的位置居中，防止磁环定位传感器1或传递钢管2与沉降管5之间产生直接接触而造成磨擦。每个磁环定位传感器1两端均有一根电缆6，该电缆具有供电及信号传输的作用，相邻两个磁环定位传感器1通过电缆6进行首尾连接并置于传递钢管2内部，最顶部电缆6被引至孔口外与数据采集装置连接。多个磁环定位传感器只使用一根电缆即可完成所有的磁环定位传感器的测量工作，使得该磁环定位传感器1构成的土体位移测量装置能实时、连续地对土体分层沉降变化进行监测。

磁环定位传感器是包含舌簧开关、霍尔传感器或磁致伸缩等敏感元件的位移传感器，磁环定位传感器的结构如图2所示，包括若干个磁敏感元件9、条形支撑件10和检测电路，各磁敏感元件9固定设置在条形支撑件10上并沿条形方向按照一定间距布置成一个线性阵列，检测电路的输入端与各磁敏感元件9相连以在磁环7沿平行于条形支撑件10的条形方向移动(或者说是磁环7沿沉降管5移动)时检测处于磁场作用范围内的各敏感元件9的输出状态，检测电路的输出端设置有通讯接口，该通讯接口引出有电缆6。其中磁敏感元件9针对磁敏感元件固有的“开”和“关”两种状态特点，可以采用舌簧开关，也可以采用霍尔开关。采用舌簧开关时，形成一个舌簧式开关阵列；采用霍尔开关时，形成一个霍尔开关阵列。磁环定位传感器1与磁环7配合工作，磁敏感元件9都感应不到磁体产生的磁场时，即没有磁场作用时，所有的磁敏感元件9的输出状态都处于关闭状态，当磁环7沿平行于条形支撑件10的条形方向移动时，处于磁环7的磁场作用范围内的磁敏感元件9将会产生响应，并且这些磁敏感元件9的输出状态将会发生变化，磁环7的磁场将被一个或多个磁敏感元件9所感应并输出至检测电路，检测电路检测各敏感元件9的输出状态，就可以得到磁环7所在的位置。磁环7沿平行于条形支撑件10的条形方向移动的位移，即为磁环7沿沉降管5的位移。

图3为磁环定位传感器的优选结构示意图。该磁环定位传感器将条形支撑件设计为条形的印刷电路板11，各磁敏感元件9按照固定的间距焊接在该条形的印刷电路板11上并沿条形的印刷电路板11的条形方向布置成一个均匀分布的线性阵列，组成一个检测磁环7的位置的传感器，该固定间距可以设置为2～5毫米，印刷电路板11的条形长度可以为0.5米、1米、2米；检测电路集成在所述印刷电路板11上，检测电路包括编码器和CPU，编码器的输入端与各磁敏感元件9相连，编码器的输出端与CPU相连，CPU上设置有通讯接口和电源接口，其中通讯接口引出有电缆。当磁环7沿着平行于印制电路板11的方向移动时，其磁场被一个或多个磁敏感元件9所感应并产生输出，各磁敏元件9的状态将会发生变化例如由“关”状态变成“开”状态，各磁敏元件9的状态信息经编码器编码后通过CPU进行处理以检测每个磁敏感元件9的输出状态，就可以得到磁环7相对于磁环定位传感器移动的位置。最后通过通讯接口如RS485端口输出到信号总线供数据采集设备进行采集并记录。该磁环定位传感器设有地址、传感器序列号等相关信息，该磁环定位传感器具有智能检测及通讯的功能，并能够通过通讯接口以特定的通讯协议与外部网络实现通讯，同一网络中可以有多个这样的磁环定位传感器，多个磁环定位传感器通过地址识别方式实现物理区别。

本实用新型土体位移测量装置的测量原理为：安装于沉降管5内的各磁环定位传感器1与传递钢管2是一个刚性的整体，经支撑环4自由地放置在沉降管5中而不会被压缩或随沉降管5的压缩而压缩。基准盘8位于相对稳定的区域，该磁环定位传感器1被固定在基准盘8上，当土体相对基准盘产生沉降(压缩)时，将会带动沉降管5外侧的磁环7产生位移，由于磁环定位传感器1是固定不动的，当磁环7随土体沉降或水平移动产生位移时，磁环7相对磁环定位传感器1产生位置变化，磁环7的位置变化被磁环定位传感器1感应并通过电缆6输出位移信号，其位移信号通过电缆6传递到数据采集装置中，从而实现连续自动采集，彻底解决了传统电磁式沉降管不能实现自动测量的问题。

磁环定位传感器可以通过非导磁材料封装，非导磁材料可以是塑料如PVC，或铝、铜等材料。非导磁材料封装后作为磁环定位传感器的外壳起到保护磁环定位传感器的作用。这种磁环定位传感器既可以在施工期随沉降管安装，也可在已安装的沉降管中安装从而将原手动测量升级为自动测量。也就是说这种磁环定位传感器可与沉降管(或测斜管)和磁环同步安装施工，作为新的土体位移测量装置投入使用，也可对已有的人工测量的电磁式沉降仪进行升级改造而无须破坏原有结构。

磁环定位传感器与被测的磁环间保持非接触状态，磁环定位传感器经不同形式的密封封装后，可用于各种岩土及结构的相对位移测量，如对土体的沉降位移的测量、土体的水平位移测量以及土体的倾斜角度的位移测量。例如，当沉降管(或测斜管)水平安装时，水平安装的沉降管中水平置入磁环定位传感器，并将磁环定位传感器底部一端固定后，沉降管(或测斜管)、磁环和磁环定位传感器配合工作形成的土体测量装置可以测量土体的水平位移。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims

1.一种土体位移测量装置，包括土体中埋设的沉降管或测斜管，在所述沉降管或测斜管的外侧安装的随土体移动的磁环，其特征在于，还包括磁环定位传感器和数据采集设备，所述磁环定位传感器平行设置于沉降管或测斜管的内部并全程覆盖磁环的位移变化范围，所述磁环定位传感器作为测量基准其位置固定不变，所述磁环定位传感器包括若干个磁敏感元件、条形支撑件和检测电路，所述各磁敏感元件固定设置在条形支撑件上并沿条形方向按照一定间距布置形成一个均匀分布的线性阵列，所述间距为1～20毫米，所述检测电路的输入端与各磁敏感元件相连以检测处于磁环产生的磁场作用范围内的各敏感元件的输出状态，所述检测电路的输出端有引出的电缆，所述电缆从沉降管或测斜管引出至数据采集设备。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁环和磁环定位传感器均为若干个，所述磁环定位传感器的数量与磁环数量相同并且各磁环定位传感器的设置位置全程覆盖其对应的磁环的位移变化范围，所述两磁环定位传感器之间通过传递钢管相连，两磁环定位传感器的电缆首尾连接并置于传递钢管内部，由顶部或端部位置的磁环定位传感器的电缆引出沉降管或测斜管。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述磁环定位传感器通过非导磁材料封装。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述磁环定位传感器与传递钢管之间采用快速接头连接。

5.据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述传递钢管上设置有支撑环，所述支撑环的外径与沉降管或测斜管的内径相适应。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁敏感元件为舌簧开关或霍尔开关。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述条形支撑件为条形的印刷电路板，所述各磁敏感元件焊接在所述印刷电路板上，所述检测电路集成在所述印刷电路板上。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述检测电路包括编码器和CPU，所述编码器的输入端与各磁敏感元件相连，所述编码器的输出端与CPU相连。

9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述间距为2～5毫米。

10.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述条形支撑件的条形长度为2米。

11.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述磁环定位传感器通过非导磁材料封装，所述间距为2～5毫米，所述条形支撑件的条形长度为2米。

12.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述最底部的传递钢管被固定在基准盘上。

13.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述磁环定位传感器与传递钢管之间采用快速接头连接，所述最底部的传递钢管被固定在基准盘上。