CN205482783U - 一种电涡流土体变形测量传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电涡流土体变形测量传感器，通过测量因土体挤压引起电涡流线圈阵列阻抗的变化来判断土体位移的变化，用于测量土体内部的变形变化，涉及到基坑、尾矿等安全监测行业领域。它包括有电路基板Ⅰ和电路基板Ⅱ；在电路基板Ⅰ内部设计有线圈阵列、交流产生电路、阻抗测量电路；线圈阵列、交流产生电路、阻抗测量电路都与线圈多路选通开关连接；电路基板Ⅱ上设置有金属探头阵列。本实用新型利用电涡流线圈阵列的测量方式，结构单一，并可实现多个传感器串联方式，可满足长管道的连续变形测量，弥补了传统监测系统中不足。

Description

一种电涡流土体变形测量传感器

技术领域

本实用新型涉及一种电涡流土体变形测量传感器，通过测量因土体挤压引起电涡流线圈阵列阻抗的变化来判断土体位移的变化，用于测量土体内部的变形变化，涉及到基坑、尾矿等安全监测行业领域。

背景技术

目前在基坑施工、尾矿库安全监测等领域，土体、坝体的位移变化是一个重要的监测对象，其中分为外部位移和内部位移，外部位移可通过GPS、全站仪等方法实现测量，而内部位移主要通过杆式测斜仪进行测量。基本原理是：杆式测斜仪的长度固定，通过倾斜角度的变化，通过三角函数的关系计算水平位移L=Len*Sin(α)，其中Len为杆式测斜仪的长度，α为倾斜角度。

传统方法利用倾角传感器测量竖直方向的倾角变化值，通过三角函数的计算得出水平的位移变化，再根据实际测量对象的深度，布设相应数量的传感器，从而得到竖直方向下内部偏移的整体趋势。

上述传统监测系统实现存在以下的不足：

传统测斜仪在对被测土体测量时，因成本和传感器自身尺寸的限制，布点数量有限，导致无法对整根管道的变形进行测量。常规布设时，一个管道往往只测量4~5个测点，然后，通过4~5个点的趋势图判断内部位移情况，存在一定的不确定性。

传统测斜仪内部由一个机械悬臂构成，根据重力加速度方向特性，悬臂的夹角反应出倾角的变化。因此受机械悬臂的结构所限，此类测斜仪耐冲击性能较差，运输、安装时都需进行防护，一旦出现冲击损伤，传感器即无法修复，导致使用成本、可靠性有所影响。

综上所述，传统的测斜仪在成本控制、抗机械冲击、高低温环境等方面存在一定的局限性，难以满足当前工况下的要求。

发明内容

实用新型目的在于要解决的技术问题就在于以下几点：（1）传感器设计成长条装电路板，利用多组电涡流传感器阵列的串接，实现同一个管道内多个点位测量；（2）无机械悬臂结构，传感器结构上可实现良好的机械冲击性能。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的以下技术方案：

一种电涡流土体变形测量传感器，它包括有电路基板Ⅰ和电路基板Ⅱ；

在电路基板Ⅰ内部设计有线圈阵列、交流产生电路、阻抗测量电路；线圈阵列、交流产生电路、阻抗测量电路都与线圈多路选通开关连接；

电路基板Ⅱ上设置有金属探头阵列。

各组成部分通过印刷电路板布线完成内部信号传输；

当土体发生实际变形时，被测土体会对金属探头阵列产生挤压，从电涡流测量电路处测量线圈阻抗会发生变化。

本实用新型中利用电涡流测量原理进行工作，为了减少设计成本和制造体积，设计成多路线圈通过片选工作，内部设计有线圈多路选通开关、交流产生电路、阻抗测量电路，通过选通的方式，减少了测量电路的数量和体积。

该电涡流土体变形测量传感器放置在土体的测量管道内。

本实用新型的有益效果：

本实用新型利用电涡流线圈阵列的测量方式，结构单一，并可实现多个传感器串联方式，可满足长管道的连续变形测量，弥补了传统监测系统中不足。

附图说明

图1 是本实用新型的电涡流式变形传感器结构示意图；

图2 是实际土体变形挤压传感器示意图。

具体实施方式

下面结合附图1、2对本实用新型进行详细描述：

一种电涡流土体变形测量传感器，它包括有电路基板Ⅰ1和电路基板Ⅱ7；

在电路基板Ⅰ1内部设计有线圈阵列5、交流产生电路2、阻抗测量电路3；线圈阵列5、交流产生电路2、阻抗测量电路3都与线圈多路选通开关4连接；

电路基板Ⅱ7上设置有金属探头阵列6。

该电涡流土体变形测量传感器放置在土体8的测量管道内。

土体变形对传感器分布的金属探头阵列产生挤压，引起线圈阻抗值的变化，通过对线圈参数变化测量出变形位移，其特征是：当土体发生实际变形时，被测土体8会对金属探头阵列6产生挤压，从电涡流测量电路3处测量线圈阻抗会发生变化。

将变形传感器安装固定在测量管道内部，安装后注意调整其竖直方向，尽量保持竖直安装。根据测量管道实际长度可进行传感器的串联，以实现管道的整体测量。

安装完毕后，因安装时无法避免土体或传感器的微变形，因此需要在安装时采集初始阻抗值，并作记录。

测量周期内，再次测量当前电涡流线圈阵列的阻抗值，并与初始阻抗值进行对比，从而判断土体内部真实的土体变形情况。

控制电路给传感器线圈提供一个交变电流，可在线圈周围形成一个磁场，当金属探头靠近此磁场时，根据法拉第电磁感应定律和楞兹定律，金属探头靠近线圈会改变线圈的阻抗值，因此可通过测量线圈的阻抗值来反应金属头与线圈的位置关系。

如图2所示，当箭头处土体发生形变时，会直接引起该测量处的金属探头与线圈的位置发生变化。从而引起该处线圈的阻抗特性。

本变形传感器设计主要由电路基板、测量电路、选通电路、电涡流线圈阵列、金属探头阵列组成，其中电路基板设计成长条状，放置在土体的测量管道内。为减少测量引线的数量，设计有一个选通开关、多个测量线圈结构，减少引线复杂度。

因制造生产所限，当需要测量连续管道变形时，可使用多个传感器进行串联，完成长管道的变形测量。电涡流线圈按合理的间距进行分布，如5cm，相比传统测量方法，在相同长度的管道内，本实用新型方法较传统方法在实际测量点位数量大大增加，提高了产品测量准确性。

Claims (2)

1.一种电涡流土体变形测量传感器，其特征在于：它包括有电路基板Ⅰ（1）和电路基板Ⅱ（7）；

在电路基板Ⅰ（1）内部设计有线圈阵列（5）、交流产生电路(2)、阻抗测量电路（3）；线圈阵列（5）、交流产生电路(2)、阻抗测量电路（3）都与线圈多路选通开关（4）连接；

电路基板Ⅱ（7）上设置有金属探头阵列（6）。

2.根据权利要求1所述的电涡流土体变形测量传感器，其特征在于：该电涡流土体变形测量传感器放置在土体的测量管道内。