CN210036697U - 一种智能型固定式测斜仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及测量仪器技术领域，公开了一种智能型固定式测斜仪，包括测斜管，所述测斜管内依次首尾连接有若干组测斜仪单体，所述测斜仪单体由传感器主体、导轮组主体和连接组件组成，所述传感器主体一端与所述导轮组主体相连接，其另一端与所述连接组件相连接；其控制系统包括电源模块、数据采集模块和通讯模块，所述电源模块分别与双轴倾角传感器、A/D转换器、中央控制模块以及通讯模块电性连接，为双轴倾角传感器、A/D转换器、中央控制模块以及通讯模块提供电能。本实用新型按照规定测量距离的数量，安装等数量测斜仪单体，多个数量的测斜仪单体同时工作，同时进行数据采集，工作量小，采集频率高，采集数据准确。

Description

一种智能型固定式测斜仪

技术领域

本实用新型涉及测量仪器技术领域，尤其涉及一种智能型固定式测斜仪。

背景技术

随着现代化建设的进一步深入，我国正逐步加大力度进行基础工程建设，包括大量交通工程、水利水电工程、矿山矿井工程等在内的基础设施。在这些工程的建设过程中，不可避免地要对地下空间进行改造利用，例如隧道、基坑、山体边坡等的开挖。因此为了确保施工过程的顺利开展，以及保障现场人员生命财产的安全，需要对地下工程涉及到的工程结构和地质岩土环境进行必要的稳定性安全监测。

在开挖基坑的过程中，基坑内外的土体的应力状态会产生变化，应力状态的改变会引起土体的变形，若土体变形过大，就有发生塌方的风险。因而在开挖过程中使用测斜仪对基坑的坑壁进行斜度测量是十分必要的。

现在通常采用手持滑动式测斜仪对基坑的坑壁进行斜度测量，即手持滑动式测斜仪工作时为单只测斜仪，通过人工的方式，按照规定测量距离逐次进行数据采集，并且数据采集后，需人工进行计算整理分析。虽然手持滑动式测斜仪测量比较便捷，不需要进行过于复杂的安装即可使用，但是其通过人工手动采集工作量大，且要逐点逐次测量采集数据，采集频率低；另外由于工作量大，每天每点位基本只能采集一次数据，不能实时显示数据，需人工整理，因此数据存在滞后性；再者每次操作过程中人为测量距离会产生误差，从而影响数据准确性。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种智能型固定式测斜仪，按照规定测量距离的数量，安装等数量测斜仪单体，控制且多个数量的测斜仪单体同时工作，同时进行数据采集，工作量小，采集频率高，采集数据准确。

为实现上述目的，本实用新型提供一种技术方案：

一种智能型固定式测斜仪，包括测斜管，还包括与所述测斜管电性连接的智能控制箱，所述测斜管内依次首尾连接有若干组测斜仪单体，所述测斜仪单体由传感器主体、导轮组主体和连接组件组成，所述传感器主体一端与所述导轮组主体相连接，其另一端与所述连接组件相连接。

进一步地，所述传感器主体包括传感器安放管，分别固定穿设于所述传感器安放管两端的传感器顶帽和传感器底帽，以及固定位于所述传感器安放管内的传感器。

进一步地，所述传感器顶帽和传感器底帽上均套设有O型密封圈。

进一步地，所述传感器为双轴倾角传感器，所述双轴倾角传感器内设置有内倾角芯片，用于感知倾角的变化。

进一步地，所述导轮组主体包括支架、固定导轮和摆动导轮，所述支架上开设有安装槽，所述固定导轮和摆动导轮均转动设置于安装槽内，且所述固定导轮和摆动导轮之间的圆心距大于所述支架的宽度。

进一步地，所述摆动导轮包括摆动杆、弹簧、转轴和导轮，所述摆动杆的一端通过转轴转动设置于安装槽内，其另一端通过转轴与导轮连接，所述弹簧套设于所述转轴上，且所述弹簧的一端固定于摆动杆上，其另一端固定在安装槽内。

进一步地，所述连接组件包括万向转换头、转换件和连接杆，所述万向转换头、转换件和连接杆均通过螺纹依次连接。

进一步地，所述测斜管的内侧壁沿轴向开设有供固定导轮和摆动导轮进行滑动连接的导轨。

进一步地，所述智能控制箱内设置有电源模块、数据采集模块和通讯模块；所述电源模块分别与双轴倾角传感器、A/D转换器、中央控制模块以及通讯模块电性连接，为所述双轴倾角传感器、A/D转换器、中央控制模块以及通讯模块提供电能；所述双轴倾角传感器用于感知倾角的变化量，所述A/D转换器接收所述双轴倾角传感器感知的变化量，并将该变化量转换成电压值，所述中央控制模块接收所述A/D转换器的输出值，并对该输出值进行处理；所述通讯模块与所述中央控制模块电性连接，用于实现中央控制单元与外接设备的连接。

进一步地，所述智能控制箱还包括数据存储模块和客户端，所述数据存储模块为云端数据库，用于将倾角传感器测得固定式测斜仪中的倾角变化值由电信号转换为压力值传输至云端数据库进行保存；所述客户端与所述云端数据库之间实现通讯，以显示智能型固定式测斜仪中双轴倾角传感器测量的数据。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1)本实用新型的智能型固定式测斜仪相对于现有技术的手持滑动式测斜仪而言，智能型固定式测斜仪对于每个测点，按照规定测量距离的数量，安装等数量测斜仪单体，控制测斜仪单体同时工作，同时进行数据采集，数据采集后通过无线通讯模块，传送到用户端，实时查看，替代人工按照逐个采集点进行采集，减少了人工采集的工作量，且采集数据的准确性高。

2)本实用新型将导轮组件设置为一组固定导轮和一组摆动导轮相配合的结构，从而使得一组摆动导轮通过向安装槽内弹性回收和弹出来过滤掉行进过程中遇到的障碍，同时通过摆动轮组件的弹性力的限制可以保证固定导轮一直处于测斜管道的轨道中，从而防止脱轨情况的发生，保证了测量数据的精度。

3)测斜管的内侧壁沿轴向开设有导轨，设置导轨确保固定导轮和摆动导轮能在测斜管中沿着导轨进行导向移动，从而限制了测斜仪在测斜管内绕测斜管的中心线旋转。通过上述限制，则可确保本实用新型的测斜仪正对于需要测量的土体的方位，从而确保了测量数据的可靠性和精确性。

附图说明

图1为本实用新型智能型固定式测斜仪的结构示意图；

图2为本实用新型智能型固定式测斜仪中测斜仪单体的分解示意图；

图3为本实用新型智能型固定式测斜仪中传感器主体的分解示意图；

图4为本实用新型智能型固定式测斜仪中导轮组主体的主视图；

图5为本实用新型智能型固定式测斜仪中导轮组主体的俯视图；

图6为本实用新型智能型固定式测斜仪中连接组件的分解示意图；

图7为本实用新型实施例二的连接组件分解示意图；

图8为本实用新型控制系统原理图；

图9为本实用新型中央控制模块的电路控制原理图；

图10为本实用新型双轴倾角传感器的电路控制原理图；

图11为本实用新型A/D转换器的电路控制原理图；

图12为本实用新型通讯模块的电路控制原理图；

图13为本实用新型电源模块的电路控制原理图。

图中：1-测斜管：11-导轨，2-测斜仪单体：21-传感器主体、22-导轮组主体、23-连接组件；

21-传感器主体：211-传感器安放管、212-传感器顶帽、213-传感器底帽、 214-传感器、215-O型密封圈、216-螺纹连接孔、217-连接孔、218-锥销孔、 219-固定螺丝孔；

22-导轮组主体：221-支架、222-固定导轮、223-摆动导轮：2231-摆动杆、2232-弹簧、2233-转轴、224-安装槽、225-连接杆连接螺纹孔；

23-连接组件：231-万向转换头：2311-万向转换头外螺纹、232-转换件、 233-连接杆：2331-连接杆外螺纹、234-连接套、235-铰接孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没做出创造性劳动前提下所获得的所其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

本实用新型实施例一：

请参阅图1-6，本实用新型提供一种智能型固定式测斜仪，包括测斜管1，还包括与测斜管1电性连接的智能控制箱，该测斜管1内依次首尾连接有若干组测斜仪单体2，测斜仪单体2由传感器主体21、导轮组主体22和连接组件23组成，且传感器主体21的一端与导轮组主体22相连接，其另一端与连接组件23相连接构成一支完整的测斜仪单体2。对于每个测点，按照该规定测量距离的数量，安装等数量的测斜仪当体2，测斜管1的长度随着安装的测斜仪单体2总长度的变化相应的变化。

具体地，请参阅图2和图3，上述传感器主体21包括传感器安放管211，分别固定穿设于传感器安放管211两端的传感器顶帽212和传感器底帽213，以及固定位于传感器安放管211内的传感器214；传感器底帽213上开设有用于连接导轮组主体22的连接孔217，传感器安放管211采用304不锈钢管， 304不锈钢管具有良好的抗晶间腐蚀性能，优良的腐蚀性能及冷加工、冲压性能。同时，该钢在-180℃条件下其力学性能仍佳。在固溶状态下钢的塑性、韧性、冷加工性良好；在氧化性酸和大气、水等介质中耐腐蚀好，适用于各种条件下。且传感器安放管211的两端即(顶部和底部)分别开设有锥销孔 218，顶部的锥销孔218与传感器顶帽212固定铆接，其底部的锥销孔218与传感器底帽213固定铆接将传感器安放管211两端封闭；在传感器安放管211 的管内还对称开设有传感器定位通槽(图中未画出)，传感器214定位与该定位通槽内，且其传感器214的线路板的两侧还设置有夹垫片(图中未标号)，增大传感器214的线路板在定位通槽中的摩擦力，避免传感器214的线路板在定位通槽中滑动；传感器214固定完毕之后再采用树脂胶密封；同时还需要在传感器安放管211上开设两个传感器进出线孔，其中一个为电源线孔，另一个为数据线孔。需要注意的是，要根据传感器214安放的深度位置、朝向、线缆直径按实物加设传感器进出线孔。

另外在传感器顶帽212和传感器底帽213上均套设有耐油的O型密封圈 215，O型密封圈215的数量可以根据实际需要设计多组，主要目的在于提高传感器安放管211两端的密封性，避免油性杂质进入传感器安放管211内，影响测斜仪的测斜精度。

上述传感器214为双轴倾角传感器，双轴倾角传感器内设置有内倾角芯片，用于感知倾角的变化。该双轴倾角传感器为成品采购，属于现有技术，其结构特征和工作过程均是已知的，因此不再赘述。

具体地，请参阅图2以及图4和图5，上述导轮组主体22包括支架221、固定导轮222和摆动导轮223，支架221上开设有安装槽224，且支架一端还设置有用于和连接杆233进行连接的连接杆连接螺纹孔225，固定导轮222和摆动导轮223均转动设置于安装槽224内，且固定导轮222和摆动导轮223 之间的圆心距大于所述支架221的宽度，确保固定导轮222和摆动导轮223 能够带动整个测斜仪单体2沿着测斜管1内壁进行移动。上述支架221采用304不锈钢棒材，其垂直于传感器214的面板开设有通槽用于安装固定导轮222和摆动导轮223，摆动导轮223还包括摆动杆2231、弹簧2232和转轴2233，摆动杆2231的一端通过转轴2233转动设置于安装槽224内，其另一端通过转轴2233与摆动导轮223转动连接，弹簧2232弹的一端部固定于摆动杆2231 上，其另一端固定与安装槽224内。将其中一个导轮设置为摆动导轮223，适应不同宽度的测量体，遇到宽度不同的部位时，摆动导轮223可以摆动伸缩，使导轮始终位于导轨11中，避免脱轨，影响测量效果。

具体地，请参阅图2和图6，上述连接组件23包括万向转换头231、转换件232和连接杆233，万向转换头231、转换件232和连接杆233均通过螺纹依次连接，万向转换头231的一端设置有用于连接相邻另一支测斜仪单体2 的万向转换头外螺纹2311，另一端设置有与转换件232想连接的螺纹，连接杆233的两端对称设置有连接杆外螺纹2331，其一端与转换件232相连，另一端与支架221螺纹连接。

在本实施例中，作为较佳的实施方式，测斜管1的内侧壁沿轴向开设有供固定导轮222和摆动导轮223进行滑动连接的导轨11，设置导轨11确保固定导轮222和摆动导轮223能在测斜管1中沿着导轨11进行导向移动，从而限制了测斜仪在测斜管1内绕测斜管1的中心线旋转。通过上述限制，则可确保本实用新型的测斜仪正对于需要测量的土体的方位，从而确保了测量数据的可靠性和精确性。

本实用新型实施例二：

请参阅图7，与上述实施例一不同的是，连接组件23包括连接杆233和连接套234，连接套234通过销轴固定连接在连接杆233的一端，且连接套 234上开设有铰接孔235，传感器顶帽212上开设有与铰接孔235相同的铰接孔，连接套234通过铰轴贯穿铰接孔235将传感器顶帽212与连接杆233转动连接在一起，进而实现相邻两支测斜仪单体2的首尾相连。

请参阅图8-12，本实用新型提供的智能控制箱包括控制系统，该控制系统包括电源模块、数据采集模块和通讯模块；所述电源模块分别与双轴倾角传感器、A/D转换器、中央控制模块以及通讯模块电性连接，为所述双轴倾角传感器、A/D转换器、中央控制模块以及通讯模块提供电能；所述双轴倾角传感器用于感知倾角的变化量，所述A/D转换器接收所述双轴倾角传感器感知的变化量，并将该变化量转换成电压值，所述中央控制模块接收所述A/D转换器的输出值，并对该输出值进行处理；所述通讯模块与所述中央控制模块电性连接，用于实现中央控制单元与外接设备的连接。

进一步地，该控制系统还包括数据存储模块，数据存储模块为云端数据库，用于将倾角传感器测得固定式测斜仪中的倾角变化值由电信号转换为压力值传输至云端数据库进行保存，用户可以随时访问该云服务器，读取该数据。

进一步地，该控制系统还包括客户端，客户端与所述云端数据库之间实现通讯，以显示智能型固定式测斜仪中双轴倾角传感器测量的数据。

具体地，上述客户端为台式电脑、笔记本电脑或平板电脑。

作为本实用新型的一个优选的实施例，上述中央控制模块选用 STM32F103C8，上述双轴倾角传感器选用SCA100T，A/D转换器选用LTC1865。双轴倾角传感器SCA100T的数据输入端MOSI和数据输出端MISO分别与中央控制模块STM32F103C8的PA7和PA6连接，实现双轴倾角传感器SCA100T与中央控制模块STM32F103C8之间的数据传输；双轴倾角传感器SCA100T的片选端CSB与中央控制模块STM32F103C8的PA4连接，用于实现对双轴倾角传感器SCA100T的选择；双轴倾角传感器SCA100T的时钟输入端SCK与中央控制模块STM32F103C8的PA5连接，为双轴倾角传感器SCA100T输入时钟信号；双轴倾角传感器SCA100T的X轴输出OUT-1和Y轴输出OUT-2分别与A/D转换器LTC1865的模拟输入端CH0和CH1连接，将双轴倾角传感器SCA100T的模拟信号输入至A/D转换器LTC1865中，A/D转换器LTC1865的数据输入端SDI和数据输出端SDO分别与中央控制模块STM32F103C8的PB11和PB10进行连接，用于实现与中央控制模块STM32F103C8之间的数据传输。另外，A/D转换器LTC1865的时钟信号输入端SCK与中央控制模块STM32F103C8的PB9连接，向A/D转换器LTC1865输入时钟信号。

作为本实用新型的一个优选的实施例，上述通讯模块可以为无线通讯模块和/或有线通讯模块，通讯模块为485通讯模块，具体的，485通讯模块选用芯片SP3485，485通讯模块SP3485的驱动输入端DI和接收输出端RO分别与中央控制模块STM32F103C8的PA10和PA9进行连接，用于实现中央控制模块STM32F103C8和485通讯模块SP3485的之间的数据传输，485通讯模块 SP3485的驱动器输出/接收器输入端A和B与外接设备进行连接，以实现外接设备与485通讯模块SP3485之间的数据传输。

在本实用新型的另一个实施例中，所述通讯模块还可以为无线通讯模块，通过所述无线通讯模块可以实现远程数据的传输。

本实用新型的工作原理：智能型固定式测斜仪的核心元件为双轴倾角传感器。在外部土体发生位移倾斜时，测斜管1发生形变，通过测斜管1和测斜仪单体2传递给倾角传感器，当倾角传感器感应到倾斜变化时，倾角传感器内的倾角芯片利用重力摆锤始终保持铅直方向的性质，测得测斜仪中轴线与摆锤垂直线间的倾角，倾角的变化可由电信号转换而得，从而可以知道被测结构的位移变化值。

本实用新型智能型固定式测斜仪的优点是相对于手持滑动式测斜仪而言的。因手持滑动式测斜仪工作时为单只测斜仪，通过人工的方式，按照规定测量距离逐次进行数据采集，并且数据采集后，需人工进行计算整理，耗时耗力，工作量大。虽然其使用便捷，不需要安装；但是需要逐点逐次测量采集数据，采集频率低，工作量大，每天每点位基本只能采集一次数据，不能实时显示数据，需人工整理，数据存在滞后性，且每次操作过程中测量距离会产生误差，从而影响数据准确性。为了克服手持滑动式测斜仪的上述缺陷，本实用新型提供了智能型固定式测斜仪，该固定式测斜仪工作时为测斜仪单体2的组合使用，对于每个测点，按照规定测量距离的数量，安装等数量测斜仪，测斜仪同时工作，同时进行数据采集。通过智能控制，对数据实时采集，采集频率高，分钟级别，数据采集后经过无线通讯模块，传送到用户端，实时查看，替代人工进行数据采集，工作量小，采集数据准确性高。

本实用新型的工作过程如下(以实施例一为例进行说明)：

首先根据待测的深度范围选取测斜仪单体2的个数，并使用连接组件23 将相邻两个测斜仪单体2进行连接再装入测斜管1中。其连接时将相邻一支测斜仪单体2的万向转换头231带有螺纹接头的连接部分旋配紧固在相邻另一支测斜仪单体2的传感器顶帽212的螺纹连接孔216中，且在固定螺丝孔 219中旋配固定螺钉，通过固定螺钉将万向转换头231锁紧传感器顶帽212的螺纹连接孔216中，防止测斜仪在使用过程中相邻两个测斜仪单体2之间的连接松动。需要说明的是，在整个固定式测斜仪的头部，因不需要再连接其他组件，因此其头部不需要再装配连接杆233(附图1中有示意)，同时在整个固定式测斜仪的端部再加装一组导轮组主体22，用来增加测斜仪单体2在测斜管1内部滑行的稳定性(附图1中有示意)。

另外需要注意的是，将连接装配好的多支测斜仪单体2依次穿入测斜管1 中时，需要保证将每一组导轮组主体22中的固定导轮222和摆动导轮223卡入导轨11中，并依次将测斜仪单体2向测斜管1内部穿入，穿入之后会留出两条线即电源线和数据线，将这两条线连接在智能控制装置上以后，即可进行测量，测量完成后将连接装配好的多支测斜仪单体2从测斜管1中拉出即可。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另明确的规定和限定，术语“安装”、“设有”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；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。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实用新型中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种智能型固定式测斜仪，包括测斜管(1)，其特征在于：还包括与所述测斜管(1)电性连接的智能控制箱，所述测斜管(1)内依次首尾连接有若干组测斜仪单体(2)，所述测斜仪单体(2)由传感器主体(21)、导轮组主体(22)和连接组件(23)组成，所述传感器主体(21)一端与所述导轮组主体(22)相连接，其另一端与所述连接组件(23)相连接。

2.根据权利要求1所述的智能型固定式测斜仪，其特征在于：所述传感器主体(21)包括传感器安放管(211)，分别固定穿设于所述传感器安放管(211)两端的传感器顶帽(212)和传感器底帽(213)，以及固定位于所述传感器安放管(211)内的传感器(214)。

3.根据权利要求2所述的智能型固定式测斜仪，其特征在于：所述传感器顶帽(212)和传感器底帽(213)上均套设有O型密封圈(215)。

4.根据权利要求2所述的智能型固定式测斜仪，其特征在于：所述传感器(214)为双轴倾角传感器，所述双轴倾角传感器内设置有内倾角芯片，用于感知倾角的变化。

5.根据权利要求1所述的智能型固定式测斜仪，其特征在于：所述导轮组主体(22)包括支架(221)、固定导轮(222)和摆动导轮(223)，所述支架(221)上开设有安装槽(224)，所述固定导轮(222)和摆动导轮(223)均转动设置于安装槽(224)内，且所述固定导轮(222)和摆动导轮(223)之间的圆心距大于所述支架(221)的宽度。

6.根据权利要求5所述的智能型固定式测斜仪，其特征在于：所述摆动导轮(223)包括摆动杆(2231)、弹簧(2232)和转轴(2233)，所述摆动杆(2231)的一端通过转轴(2233)转动设置于安装槽(224)内，其另一端通过转轴(2233)与摆动导轮(223)连接，所述弹簧(2232)的一端固定于摆动杆(2231)上，其另一端固定在安装槽(224)内。

7.根据权利要求1所述的智能型固定式测斜仪，其特征在于：所述连接组件(23)包括万向转换头(231)、转换件(232)和连接杆(233)，所述万向转换头(231)、转换件(232)和连接杆(233)均通过螺纹依次连接。

8.根据权利要求1所述的智能型固定式测斜仪，其特征在于：所述测斜管(1)的内侧壁沿轴向开设有供固定导轮(222)和摆动导轮(223)进行滑动连接的导轨(11)。

9.根据权利要求1所述的智能型固定式测斜仪，其特征在于：所述智能控制箱内设置有电源模块、数据采集模块和通讯模块；所述电源模块分别与双轴倾角传感器、A/D转换器、中央控制模块以及通讯模块电性连接，为所述双轴倾角传感器、A/D转换器、中央控制模块以及通讯模块提供电能；所述双轴倾角传感器用于感知倾角的变化量，所述A/D转换器接收所述双轴倾角传感器感知的变化量，并将该变化量转换成电压值，所述中央控制模块接收所述A/D转换器的输出值，并对该输出值进行处理；所述通讯模块与所述中央控制模块电性连接，用于实现中央控制单元与外接设备的连接。

10.根据权利要求9所述的智能型固定式测斜仪，其特征在于：所述智能控制箱还包括数据存储模块和客户端，所述数据存储模块为云端数据库，用于将倾角传感器测得固定式测斜仪中的倾角变化值由电信号转换为压力值传输至云端数据库进行保存；所述客户端与所述云端数据库之间实现通讯，以显示智能型固定式测斜仪中双轴倾角传感器测量的数据。

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