CN209043307U - 基于mems倾角传感器的can总线全向位移计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于MEMS倾角传感器的CAN总线全向位移计，包括若干位移测量节点，每个所述位移测量节点均包括：机加工外壳、高精MEMS倾角传感器、数据处理电路、CAN总线输出电路，其中：所述高精MEMS倾角传感器、数据处理电路、CAN总线输出电路封装在所述机加工外壳内；所述机加工外壳外部有弹性接触部件，用于将所述位移测量节点安装于规范测斜管内时与规范测斜管弹性接触，所述机加工外壳上有用于与相邻位移测量节点连接固定的延长杆；所述高精MEMS倾角传感器采集岩体内部位移发生的变化，通过CAN总线输出电路发送数据，本实用新型是一种监测岩体内部水平位移的仪器。
Description
技术领域
本实用新型涉及位移计，尤其岩体、边坡内部位移监测系统，具体涉及一种基于MEMS倾角传感器的CAN总线全向位移计。
背景技术
目前岩土内部监测系统主要针对类似于高边坡、深基坑等岩土内部位移监测，对于岩土内部位移传统监测方案有自动化、半自动化方案，两种方案均是先在监测主体上钻孔下测斜管（带导向槽），或预埋测斜管，半自动化监测方案主要是采用人工测斜仪，人工拽拉测斜仪，每1m或0.5m读取一组数据，再导到电脑生成曲线，自动化则是采用钢丝每固定位置吊拉一导轮式固定测斜仪。半自动化的主要缺点人工操作是主体，对于偏远边坡监测人员配置成本很高，且数据不及时。而传统自动化方式因岩土内部结构形变复杂，而导轮式固定测斜仪结构问题不能布置多节点，对岩土内部位移不能判断准确。
目前表面位移监测的系统有很多，类似边坡位移计、GPS测量系统，精度及稳定性均较好，可因高边坡、深基坑、尾矿库大坝自身特点，可能是从内部位移开始形变，内部已经“凶潮暗涌”表面可能还“风平浪静”，上述的表面位移监测不能对岩土内部位移实行监测，从而对高危险性的岩土工程监测失效。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种基于MEMS倾角传感器的CAN总线全向位移计，能更准确的监测岩土内部水平位移，每个监测节点做为一个独立监测点，通过预埋可依次做基准参考，每个测点仅上传其与水平面的夹角值，数据可直接上传至平台，数学模型及计算搭建在平台，对于二次开发更简易。
本发明的技术方案是：一种基于MEMS倾角传感器的CAN总线全向位移计，包括若干位移测量节点，每个所述位移测量节点均包括：机加工外壳、高精MEMS倾角传感器、数据处理电路、CAN总线输出电路，其中：
所述高精MEMS倾角传感器、数据处理电路、CAN总线输出电路封装在所述机加工外壳内；
所述机加工外壳外部有弹性接触部件，用于将所述位移测量节点安装于规范测斜管内时与规范测斜管弹性接触，所述机加工外壳上有用于与相邻位移测量节点连接固定的延长杆；
所述高精MEMS倾角传感器采集岩体内部位移发生的变化，通过数据处理电路处理成位移数据后，通过CAN总线输出电路发送数据。
进一步地，所述的位移计，每个所述位移测量节点的所述机加工外壳的弹性接触部件为一组弹性导轮，所述机加工外壳采用不锈钢制作，抵抗一定压力不变形，且保证防水等级可保证30米下不损坏电路板。
进一步地，所述的位移计，对连接CAN总线输出电路的线缆进入电路部分进行密封处理。
进一步地，所述的位移计，高精MEMS倾角传感器采用高精基准电压芯片，两路模拟输出，通过24位A/D转换和通过IIC协议与数据处理电路中的单片机通信。
进一步地，所述的位移计，数据处理电路中的单片机采样数据包含AD数字电压以及温度传感器数值，采集之后根据存储芯片内的标定表以及角度与模拟电压输出的算法从而计算其两轴的夹角，然后所述单片机通过控制TTL的urat口采样数据按约定协议发送到CAN总线输出电路。
进一步地，所述的位移计，所述高精MEMS倾角传感器采用高精加速度传感器，内置温补电路。
进一步地，所述的位移计，所述MEMS高精倾角传感器的测量精度为0.01°。
进一步地，所述的位移计，其特征在于，每个位移测量节点具有唯一地址编号，其地址编号参数可配置。
进一步地，所述的位移计，所述位移计内部具有存储芯片，可存储一定空间的数据，可以存标定系数以及产品参数以及位移测量节点的地址和测量数据。
进一步地，所述的位移计，所述位移计内部供电采用高效稳压芯片，宽幅输入电压。
进一步地，所述的位移计，所述CAN总线输出电路速率可配置。
本实用新型全向位移计的有益效果是：通过多节点自动化测量岩土内部的位移，达到实时监测险情的目的，具体地：本实用新型采用高精MEMS倾角传感器，精度可达0.01°；如单节点按1m高度计算，水平位移可达1m*sin（0.01°）=0.00017m；本实用新型单节点为两轴角度，根据算法可计算其顶端位移量及以底端平面为参照面的位移方向；每个节点参照高度可调节，测斜孔分布可根据现场调节分布密度，适用于不同土质内部的位移情况；结构具有弹性，对测斜管内部细沙或连接处的台阶可通过重力及弹性设计跳过障碍；内置存储芯片、能存储位移计的设置参数以及存储测量数据，可扩展容量；每个全向位移计硬件输出为CAN总线，速率可调整；每个全向位移计可依次从底端连接至洞口依次作为参考点；可重复利用，可拆卸运输，可防水至30m水下。
附图说明
图1是本实用新型测量基本原理；
图2是本实用新型结构示意图；
图3是采集板模块组成图；
图4是本实用新型单片机的程序流程图；
图中：1-规范测斜管，2-位移测量节点，21-弹性导轮，22-机加工外壳，23-延长杆，3-线缆。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作进一步的说明，以便于本领域技术人员理解本实用新型。
本实用新型产品是一种监测岩体内部水平位移的仪器。测量原理如图1所示，通过在规范测斜管1内设置多个位移测量节点2，每个位移测量节点2通过MEMS倾角传感器测得倾斜角θ，通过计算得到对应的位移d，通过对每段的位移求和得到总位移D，测得的数据通过数据处理电路处理为数字信号后，通过线缆3发送至CAN总线设备。
每个位移测量节点的结构如图2所示，机加工外壳22上设置有一组弹性导轮21，弹性导轮21可沿规范测斜管1的导槽下滑至规范化安装完毕的测斜管，每个测点位置即延长设备当做为刚性，即内部MEMS倾角传感器为该整段1m长结构与水平面角度，上下总体结构现场可安装链接，可使整个孔内按一定间距分布测点，测点之间为硬连接，通过依次参考可以计算孔口位置相对孔底基点的位移量及方向，由公式可得单轴相对于基点的水平位移量，通过三角算法可得出测点相对基点的水平位移量及方向。
该实用新型产品在现场使用前提需要有规范的测斜管并按规范安装，测斜管内有两个垂直的轴线，每个节点均有固定的延长杆23，每节之间可以用工具简易固定依次往孔底送，一直到孔口位置，安装完毕稳定一天之后调零以当前状态为基准状态。工程岩体内部位移直接带动每个测点的角度变化，根据角度变化可以计算单点位移，再依次参考作为模型可计算各点的水平位移。因单点硬件通信采用CAN总线，从而保证了通信稳定性，保证各点数据可以上传至平台，而算法模型也是构架在平台服务器，减少下位机硬件负载。从采集器到下端传感器均是采用一根总线，包含供电及通信，减少现场附件，提高安装效率。
该实用性新型的电路组成如图3所示，内部电路主控单元为单片机，具体型号为STM32系列，该芯片稳定可靠抗干扰强，单片机的端口分别与传感器的温度芯片和存储芯片以及24位AD芯片，MEMS双轴进口倾角芯片采用低频次高精模式输出模拟电压对应其与水平面的角度，其中AD芯片采集MEMS倾角传感器的模拟量并通过其算法计算双轴角度，从而单片机采集到双轴角度转化成数字信号。MCU采集到相应的参数之后，通过存储芯片上标定系数拟化出所受压力值。单片机将采集数据通过TTL的uart口传给CAN总线驱动电路，CAN总线驱动电路发送相应数据至总线接口。
其中，MCU单片机的工作流程如图4所示，为：每个节点一直监测CAN总线数据，如侦测到总线的命令帧地址与自身地址位一致，则认为是采集当前节点的数据，MCU启动整个采集机制并将数据返回至CAN总线接口，上位机按约定协议解析即可得到各节点水平面原点的两个轴倾斜角度及方向。
以上实施例仅用于说明本发明的具体实施方式，而不是用于限定本发明，本发明所要求保护的范围以权利要求书所述为准。
Claims (10)
1.一种基于MEMS倾角传感器的CAN总线全向位移计，其特征在于，包括若干位移测量节点，每个所述位移测量节点均包括：机加工外壳、高精MEMS倾角传感器、数据处理电路、CAN总线输出电路，其中：
所述高精MEMS倾角传感器、数据处理电路、CAN总线输出电路封装在所述机加工外壳内；
所述机加工外壳外部有弹性接触部件，用于将所述位移测量节点安装于规范测斜管内时与规范测斜管弹性接触，所述机加工外壳上有用于与相邻位移测量节点连接固定的延长杆；
所述高精MEMS倾角传感器采集岩体内部位移发生的变化，通过数据处理电路处理成位移数据后，通过CAN总线输出电路发送数据。
2.根据权利要求1所述的位移计，其特征在于，每个所述位移测量节点的所述机加工外壳的弹性接触部件为一组弹性导轮，所述机加工外壳采用不锈钢制作。
3.根据权利要求2所述的位移计，其特征在于，对连接CAN总线输出电路的线缆进入电路部分进行密封处理。
4.根据权利要求1所述的位移计，其特征在于，高精MEMS倾角传感器采用高精基准电压芯片，两路模拟输出，通过24位A/D转换和通过IIC协议与数据处理电路中的单片机通信。
5.根据权利要求4所述的位移计，其特征在于，数据处理电路中的单片机采样数据包含AD数字电压以及温度传感器数值，采集之后根据存储芯片内的标定表以及角度与模拟电压输出的算法从而计算其两轴的夹角，然后所述单片机通过控制TTL的urat口采样数据按约定协议发送到CAN总线输出电路。
6.根据权利要求5所述的位移计，其特征在于，所述高精MEMS倾角传感器采用高精加速度传感器，内置温补电路。
7.根据权利要求6所述的位移计，其特征在于，所述高精MEMS倾角传感器的测量精度为0.01°。
8.根据权利要求1~7任一所述的位移计，其特征在于，每个位移测量节点具有唯一地址编号，其地址编号参数可配置。
9.根据权利要求8所述的位移计，其特征在于，所述位移计内部具有存储芯片，可存储一定空间的数据，可以存标定系数以及产品参数以及位移测量节点的地址和测量数据。
10.根据权利要求1~7任一所述的位移计，其特征在于，所述位移计内部供电采用高效稳压芯片，宽幅输入电压。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201821692733.6U CN209043307U (zh) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | 基于mems倾角传感器的can总线全向位移计 |
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| CN201821692733.6U CN209043307U (zh) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | 基于mems倾角传感器的can总线全向位移计 |
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN209043307U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111157044A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-05-15 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种测斜测力一体化装置 |
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2018
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