CN210564511U - 一种基于霍尔元件的新型磁感测斜仪 - Google Patents
一种基于霍尔元件的新型磁感测斜仪 Download PDFInfo
- Publication number
- CN210564511U CN210564511U CN201921383583.5U CN201921383583U CN210564511U CN 210564511 U CN210564511 U CN 210564511U CN 201921383583 U CN201921383583 U CN 201921383583U CN 210564511 U CN210564511 U CN 210564511U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aluminum alloy
- hall element
- inclinometer
- permanent magnet
- plates
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 31
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 56
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 19
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 19
- QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N [B].[Fe].[Nd] Chemical compound [B].[Fe].[Nd] QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 3
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 8
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 7
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 3
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000008855 peristalsis Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Pit Excavations, Shoring, Fill Or Stabilisation Of Slopes (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种基于霍尔元件的新型磁感测斜仪，针对传统电阻式测斜仪测量范围小、测量精度低、耐久性差等缺陷，采用霍尔元件作为倾角传感元件，通过测量霍尔元件的霍尔电压变化大小，准确反映测斜仪转动倾角的变化规律，通过计算也可以得到滑坡体位移的演化特征。通过此技术对变形较大的特征点或滑动面附近测试点进行后期变形连续观测，对边坡滑动变形进行预警。与现有技术相比，本实用新型提供的新型磁感测斜仪对于提高测量精度、量程、准确反映滑坡体位移变化特性具有重要意义,可更好地为边坡工程提供安全保障。
Description
技术领域
本实用新型属于建设工程技术领域，涉及应用于工程监测的测斜仪器，特别涉及一种基于霍尔元件的新型磁感测斜仪。
背景技术
滑坡是一种危害人民生命和财产安全的常见地质灾害，发生前会出现地下深部的位移现象，因此，对岩土地下深部变形进行监测是防御灾害、保障建筑和水利等岩土工程质量的必要手段。其中，钻孔测斜仪为边坡深层水平位移传统监测工具。该仪器是一种用来测定钻孔倾角及方位角的原位测量设备，通过对所测倾角进行换算就可以计算出岩土体内部不同深度位置处的位移变化值，从而评价边坡的稳定性和承载力特性，目前测斜仪技术在边坡监测领域已有着较为广泛的应用。
测斜仪在得到广泛应用的同时，也存在较大的不足，如倾角测量范围小，难以监测滑坡体的中后期变形，无法满足长期监测的要求；另一方面现场测试受限于测试环境的影响，耐久性和稳定性很难得到保障，同时传统的电阻式传感器的测试精度易受水、温度、盐分等因素的干扰，这些问题成为边坡长期在线监测准确度的主要影响因素。针对这些问题，提出一种测试精度高、范围大、抗干扰能力强的新型磁感测斜仪就尤为重要。
本实用新型提供一种基于霍尔元件的新型磁感测斜仪，采用霍尔元件作为倾角传感元件构建新型测斜仪，对变形较大的特征点或滑动面附近测试点进行后期变形进行连续观测，对边坡滑动变形进行预警，从而更好地为边坡工程提供安全保障。这对于提高测量精度、量程、准确反映滑坡体位移变化特性具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种基于霍尔元件的新型磁感测斜仪，以克服现有手段的不足。利用精度高、寿命长、耐震动、耐腐蚀性好的霍尔元件作为测斜仪内部的倾角测量手段，同时提出得到滑坡体的位移变化情况的优选方法。
本实用新型的技术方案：
一种基于霍尔元件的新型磁感测斜仪，包括载体螺栓1、永磁体套管2、霍尔元件3、滑轮4、铝合金上板5、铝合金下板6、圆柱铜螺栓7、钕铁硼永磁体8、柔性管9、连接刚性段10、计算机11和导线12；
铝合金上板5和铝合金下板6通过圆柱铜螺栓7和载体螺栓1相连接，形成一个结构单元；圆柱铜螺栓7用于连接两个铝合金上板5和两个铝合金下板6的端部，两个铝合金上板5之间和两个铝合金下板6之间均存在间隔，圆柱铜螺栓7起连接、组装和固定作用；两个铝合金上板5分别位于两个铝合金下板6的外部，载体螺栓1与铝合金上板5连接形式为刚接，可传递力矩；载体螺栓1与铝合金下板6连接形式为铰接，不可传递力矩；永磁体套管2通过圆柱铜螺栓7固定在两个铝合金板6之间，其内部开有与钕铁硼永磁体8同体积的凹槽，用于安装钕铁硼永磁体8，钕铁硼永磁体8为霍尔元件3创造磁场环境；霍尔元件3通过环氧树脂胶粘贴在载体螺栓1表面，用于测量磁场大小；导线12的一端连接霍尔元件3，另一端与计算机11相连接，由计算机11实时读取霍尔元件3的霍尔电压大小；滑轮4通过螺栓固定在两个铝合金上板5和两个铝合金下板6之间，具有滑动功能，可在柔性管9凹槽中上下滑动；柔性管9为一空心导管，内侧壁开有凹槽，尺寸根据滑轮尺寸确定；连接刚性段10的材料刚度不小于铝合金板，通过圆柱铜螺栓7跟上下两个结构单元连接，形成阵列式分段测斜仪结构。
柔性管9可以是PVC管，也可以是其他柔性材料，其抵抗变形能力小于测斜仪结构材料的抗变形性能。
工作原理：
本实用新型提供的基于霍尔元件的新型磁感测斜仪采用霍尔元件作为传感元件安装在测斜仪的载体螺栓表面。霍尔元件是一种由半导体材料制作的磁电器件，其工作原理为：在与磁场垂直的半导体薄片上通以电流I，由于洛伦兹力的作用，半导体中的电荷将分别向两侧偏转，产生电场力。当电场力与洛伦兹力相等时，电荷的积累达到动态平衡，在半导体的两端截面之间建立电场，相应的电势称为霍尔电压UH。若磁场的磁感应强度为B，则霍尔电压的基本关系:
式中：RH为霍尔元件的霍尔系数；n为单位体积内载流子或自由电子的个数；q为电子电量；I为通过的电流；B为垂直于I的磁感应强度；d为导体的厚度。
本实用新型提供的基于霍尔元件的新型磁感测斜仪安装到边坡土体钻孔中后，由于滑坡体的长期蠕动效应和滑移面的推力作用，新型磁感测斜仪产生弯曲，铝合金上板相对于铝合金下板产生倾角θ，进而通过载体螺栓带动霍尔元件产生相同角度大小的旋转，由此引起通过霍尔元件截面的磁通量发生变化。由霍尔原理可知，霍尔元件的霍尔电压与磁通量大小存在线性关系，可进行室内实验确定霍尔电压与倾角值变化关系。因此，通过测量霍尔元件的霍尔电压变化大小，就能够准确反映测斜仪转动倾角的变化规律，计算也可以得到滑坡体位移的演化特征。本测斜仪可以通过连接刚性段进一步设计成阵列式分段测斜仪结构，这种结构能够增加测量点，有利于岩土体深部大变形的测量，利用霍尔电压值确定各个测点的相对转动倾角大小，就可以递推出任意一点的侧向位移。
本实用新型的有益效果：本实用新型采用高精度、非接触、大量程的霍尔元件磁测技术，可克服传统电阻式测斜仪精度低、量程小等缺点，避免复杂外界环境对测试结果产生的不良影响，增加滑坡体位移测量结果的可靠性；采用铝合金和铜螺栓制作主体结构，有效避免了铁磁性材料对测试环境造成的附加磁场影响，进一步提高了本装置的可靠性；本实用新型通过测量霍尔元件的霍尔电压计算各个测点的倾角值与位移值，计算简单，操作便捷。
附图说明
图1为本实用新型提供的测斜仪的内部结构俯视图。
图2(a)为本实用新型提供的测斜仪的内部结构主视图。
图2(b)为铝合金上板转动θ对应的本实用新型提供的测斜仪的内部结构主视图。
图3为本实用新型提供的永磁体套管示意图。
图4为本实用新型提供的霍尔电压与倾角关系曲线示意图。
图5为本实用新型的现场安装示意图。
图6(a)为本实用新型的单个单元位移计算方法示意图。
图6(b)为本实用新型的多个单元位移计算方法示意图。
图中：1载体螺栓；2永磁体套管；3霍尔元件；4滑轮；5铝合金上板；6铝合金下板；7圆柱铜螺栓；8钕铁硼永磁体；9柔性管；10连接刚性段；11计算机；12导线。
具体实施方式
为更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型做详细说明。
实施例一：
如图1、图2，加工一种基于霍尔元件的新型磁感测斜仪，包括圆柱铜螺栓7、永磁体套管2、钕铁硼永磁体8、霍尔元件3、滑轮4、铝合金上板5、铝合金下板6、载体螺栓1、导线12、计算机11、柔性管9、连接刚性段10。
铝合金上板5和铝合金下板6通过圆柱铜螺栓7和载体螺栓1相连接，形成一个结构单元。圆柱铜螺栓7连接两个铝合金上板5和连接两个铝合金下板6，起连接、组装和固定作用。载体螺栓1与铝合金上板5连接形式为刚接，可传递力矩，截面形状为正方形，同时在铝合金上板5打正方形孔。载体螺栓1与铝合金下板6连接形式为铰接，不可传递力矩，截面形状为圆形，同时在铝合金下板6打圆形孔，方便载体螺栓1放入。如图3永磁体套管2两侧打磨开凿螺纹，通过圆柱铜螺栓7固定在两个铝合金板7之间，内部开凿有圆柱体空间，可以安装钕铁硼永磁体8。钕铁硼永磁体8采用圆柱体形状，直接塞入永磁体套管2，为霍尔元件3创造磁场环境。霍尔元件3通过环氧树脂胶粘贴在载体螺栓1表面的正中央位置，与钕铁硼永磁体8的中心轴线垂直，作用是测量钕铁硼永磁体8所散发的磁场大小。导线12下端连接霍尔元件3，上端延申至结构外侧与计算机11相连接，由计算机11实时采集读取霍尔元件3的霍尔电压大小。滑轮4通过螺栓固定在两个铝合金上板5和两个铝合金下板6之间，与铝合金上板5和铝合金下板6平行。柔性管9采用PVC管，内侧壁开有凹槽，尺寸比滑轮尺寸略大，允许滑轮在一定轨道内上下滑动。
如图5，本实施方式中所提供的新型磁感测斜仪安装到边坡土体钻孔中后，由于滑坡体的长期蠕动效应和滑移面的推力作用，新型磁感测斜仪产生弯曲，铝合金上板5相对于铝合金下板6产生倾角θ，进而通过载体螺栓1带动霍尔元件3产生相同角度大小的旋转，由此引起通过霍尔元件3截面的磁通量发生变化。将钕铁硼永磁体与霍尔元件单独拿出进行室内标定实验，比如设置二者距离分别为0.5cm,1cm,1.5cm,2cm,2.5cm,3cm,对霍尔元件进行0～90°和0～-90°的旋转，得到霍尔电压与倾角值变化关系并进行非线性拟合，如图4所示。因此，通过测量霍尔元件的霍尔电压变化大小，就能够通过拟合曲线准确反推出霍尔元件的旋转角度，进而反映测斜仪转动倾角的变化规律。为了增加测点数量，更好地反映滑坡演化规律，增加连接刚性段10和测斜仪单元数量，形成阵列式分段测斜仪结构。其中连接刚性段10采用钢板，通过圆柱铜螺栓7跟上下两个结构单元连接。
如图6，以测斜仪底部的固定点为参考点，用新型磁感测斜仪测量单元与垂直线的夹角，结合几何关系测量水平位移。假设测斜仪的一系列单元段沿同一方向产生变形，每个测点之间的段长为L，铝合金材料与连接刚性段具有足够大的刚度，忽略材料本身的变形。利用霍尔电压值确定各个测点的相对转动倾角大小，就可以递推出任意一点的侧向位移。
第一个测量段的水平偏移量计算为
d1＝L×sinθ1
同样，第二段的水平偏移量计算为
d2＝d1+L×sin(θ1+θ2)
通过在测量点以下的范围内积累水平偏移量，可以得到土体中任意测深处的水平位移。计算公式如下:
式中：di为由下到上第i个单元的水平偏移量；L为测斜仪单元长度；θi为第i个单元相对于第i-1个单元的转动角度。
Claims (2)
1.一种基于霍尔元件的新型磁感测斜仪，其特征在于，所述的基于霍尔元件的新型磁感测斜仪包括载体螺栓(1)、永磁体套管(2)、霍尔元件(3)、滑轮(4)、铝合金上板(5)、铝合金下板(6)、圆柱铜螺栓(7)、钕铁硼永磁体(8)、柔性管(9)、连接刚性段(10)、计算机(11)和导线(12)；
铝合金上板(5)和铝合金下板(6)通过圆柱铜螺栓(7)和载体螺栓(1)相连接，形成一个结构单元；圆柱铜螺栓(7)用于连接两个铝合金上板(5)和两个铝合金下板(6)的端部，两个铝合金上板(5)之间和两个铝合金下板(6)之间均存在间隔，圆柱铜螺栓(7)起连接、组装和固定作用；两个铝合金上板(5)分别位于两个铝合金下板(6)的外部，载体螺栓(1)与铝合金上板(5)连接形式为刚接，可传递力矩；载体螺栓(1)与铝合金下板(6)连接形式为铰接，不可传递力矩；永磁体套管(2)通过圆柱铜螺栓(7)固定在两个铝合金板6之间，其内部开有与钕铁硼永磁体(8)同体积的凹槽，用于安装钕铁硼永磁体(8)，钕铁硼永磁体(8)为霍尔元件(3)创造磁场环境；霍尔元件(3)通过环氧树脂胶粘贴在载体螺栓(1)表面，用于测量磁场大小；导线(12)的一端连接霍尔元件(3)，另一端与计算机(11)相连接，由计算机(11)实时读取霍尔元件(3)的霍尔电压大小；滑轮(4)通过螺栓固定在两个铝合金上板(5)和两个铝合金下板(6)之间，具有滑动功能，可在柔性管(9)凹槽中上下滑动；柔性管(9)为一空心导管，内侧壁开有凹槽，尺寸根据滑轮尺寸确定；连接刚性段(10)的材料刚度不小于铝合金板，通过圆柱铜螺栓(7)跟上下两个结构单元连接，形成阵列式分段测斜仪结构。
2.根据权利要求1所述的基于霍尔元件的新型磁感测斜仪，其特征在于，所述的柔性管(9)是PVC管或其他柔性材料，其抵抗变形能力小于新型磁感测斜仪结构材料的抗变形性能。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921383583.5U CN210564511U (zh) | 2019-08-24 | 2019-08-24 | 一种基于霍尔元件的新型磁感测斜仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921383583.5U CN210564511U (zh) | 2019-08-24 | 2019-08-24 | 一种基于霍尔元件的新型磁感测斜仪 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN210564511U true CN210564511U (zh) | 2020-05-19 |
Family
ID=70642008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201921383583.5U Active CN210564511U (zh) | 2019-08-24 | 2019-08-24 | 一种基于霍尔元件的新型磁感测斜仪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN210564511U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110424952A (zh) * | 2019-08-24 | 2019-11-08 | 大连理工大学 | 一种基于霍尔元件的新型磁感测斜仪及测量方法 |
-
2019
- 2019-08-24 CN CN201921383583.5U patent/CN210564511U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110424952A (zh) * | 2019-08-24 | 2019-11-08 | 大连理工大学 | 一种基于霍尔元件的新型磁感测斜仪及测量方法 |
| CN110424952B (zh) * | 2019-08-24 | 2024-08-30 | 大连理工大学 | 一种基于霍尔元件的新型磁感测斜仪及测量方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101852078B (zh) | 一种双螺线管组随钻电磁测距导向系统 | |
| CN104343438B (zh) | 测量钻井相对距离的旋转磁场测距仪及其测量方法 | |
| CN110146939B (zh) | 一种深部地下水流速测定方法 | |
| CN106706029B (zh) | 一种面向地下结构施工的土体性能监测装置及其工作方法 | |
| CN208845167U (zh) | 一种用于蠕滑变形阶段滑动面勘查的测斜仪 | |
| Pei et al. | Development of a novel Hall element inclinometer for slope displacement monitoring | |
| CN110424952B (zh) | 一种基于霍尔元件的新型磁感测斜仪及测量方法 | |
| CN105044791A (zh) | 一种三维随钻激发极化岩体精细成像装置及方法 | |
| CN105509628A (zh) | 一种磁测定位装置以及利用该装置进行滑坡深部位移监测的方法 | |
| CN109537650B (zh) | 一种边坡大量程测距仪及边坡变形实时监测方法 | |
| CN210564511U (zh) | 一种基于霍尔元件的新型磁感测斜仪 | |
| CN208000117U (zh) | 一种磁致电测沉降仪 | |
| RU2488849C1 (ru) | Скважинный трехкомпонентный цифровой акселерометр | |
| CN201984080U (zh) | 移动式超声波风速风向仪 | |
| CN103175499B (zh) | 一种管材局部腐蚀蚀坑深度的便携式测量仪 | |
| CN104931353A (zh) | 煤柱塑性区测试方法和测试装置 | |
| CN108517872B (zh) | 一种基坑变形的测量方法 | |
| CN209821415U (zh) | 一种深部地下水流速测定装置 | |
| CN103176216A (zh) | 一种管线探测的方法及孔中天线 | |
| CN111351505A (zh) | 一种滑动式测斜仪的测试装置及其测试方法 | |
| CN200958992Y (zh) | 磁致伸缩蒸发传感器 | |
| CN108533250B (zh) | 一种用于井斜测量的低边测量装置及其测量方法 | |
| CN105784073B (zh) | Tdr浮球开关式水位传感器及其水位测量方法 | |
| CN103884313B (zh) | 二维矢量测量岩土冻胀融沉的方法 | |
| CN103674169A (zh) | 无管埋入式地下水水位及水位变化的自动测量方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |