CN2913466Y

CN2913466Y - 一种软土地基沉降自动监测仪

Info

Publication number: CN2913466Y
Application number: CN 200620103470
Authority: CN
Inventors: 李东升; 李静辉; 朱维斌; 张文卓; 王子谦; 孔明; 陆艺
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2016-05-11

Abstract

本实用新型公开了一种软土地基沉降自动监测仪。PVC管外装有磁环，管内的铜管中装有铅块，铅块上装有无线触发瞄准电路，铜管外的干簧管与无线触发瞄准电路连接；两个滑轮由两端的滑轮支座，电机由两端的电机支座分别固定在箱体壁上，电机的转动端带轮上的钢绳通过两个滑轮转向和伸出箱体外的测量定位装置上的一个钩子相连；测量定位装置上的另一个钩子由钢绳与拉绳式位移传感器的拉绳连接，32位ARM微处理器S3C44B0X，分别与无线信号接收电路，电机控制电路，16位A/D转换电路和RS232接口电路连接。由微处理器控制对数据进行采集、转换、显示和传输；从而取代了传统的人工监测，实现对软土地基沉降进行自动化监测。

Description

一种软土地基沉降自动监测仪

技术领域

本实用新型涉及测量和测试装置，尤其涉及一种软土地基沉降自动监测仪。

背景技术

建设高层建筑物和高速公路是我国现代化建设和经济发展的重要举措。在沿海及内陆江河湖泊地区，地基在处理之前通常为软土。软土地基上的修筑高速公路和铁路在附加压力的作用下，一段时间后会产生变形(主要是纵向变形)，从而发生不均匀沉降。针对上述问题，研制能够准确判断不均匀沉降并精确测量其数值的软土地基路监测仪器，对高层建筑以及高速公路软土地基进行高精度自动检测对于我国乃至世界的高速公路建设有着十分重要的意义。

传统的软土地基路堤监测内容有变形监测、应力监测和其它监测。监测项目有地表位移、土体位移、地基孔隙水压力、土压力、地下水位等。从监测手段来看，在变形监测方面，对地表竖向位移采用精密水准仪配合钢尺观测。对地表水平位移采用视准线法或单三角前方交会法观测。对土体分层竖向监测可采用电磁式沉降仪进行观测。对土体分层水平位移采用伺服加速度式测斜仪进行观测。在应力监测方面，通常是用钢弦式孔隙水压力计测量孔隙水压力，用钢弦式土压力计测量土压力。其中，软土地基路堤变形监测技术常采取的几种传统监测仪器有电磁式沉降仪、干簧管式沉降仪、横臂式沉降仪、水杯式沉降仪及沉降板等，他们的技术原理基本相同，都采用了包括测尺在内的机械结构，需要专门的技术人员进行包括读数在内的监测管理，差别在于测量定位装置的感应原理。目前，在地基分层沉降监测中广泛使用的磁环式沉降仪的构造是分层沉降管、磁环、波纹管和分层沉降仪组成。分层沉降仪由测量定位装置、测尺和测试信号指示器组成，测尺通常采用的是特制的钢卷尺，其内部含有连接测量定位装置和指示仪表的导线，以此进行信号传输和测量工作。测量定位装置是根据感应原理设计的，由沉降环触发并发出触发信号。在进行监测时，要预先在路基中间相应深度将磁环和分层沉降管通过钻孔方式埋入地下待测的各点位。用膨胀土封孔，使磁环和地层同步沉降。在测量过程中，由技术人员操作，使测量定位装置和测尺沿分层沉降管向下移动。当测量定位装置到达磁环位置时测量定位装置与磁环发生感应，感应信号通过测尺内部的导线传输地面上的显示仪表。在显示仪表显示信号的同时发出铃声或声光报警，当显示仪表的指针指到峰值时，由技术人员停止移动测量定位装置并读取测尺的刻度数值，这个数值即为磁环的深度。每次测量值与前次测值相减即为该测点的沉降量。此种监测方法的问题有以下四点：(1)人工操作，自动化程度不高，监测人员的工作强度较大，特别在野外监测时，人力物力消耗更大；(2)测量数据数量少，密度低，测尺的测量精度低；(3)人为因素干扰大，监测数据的可靠性难保证；(4)测尺内的导线在多次使用后易受到折断或磨损，使仪器发生故障，无法有效进行检测。

目前在我国在大量使用的电磁式沉降仪还是采取人工读数和记录的方式，在精度水平和自动化程度等方面也同世界先进自动化检测水平还存在很大差距。从测量过程和数据处理角度讲，手工操作系统在软土地基路堤监测中被普遍地采用，主要原因之一是劳动力价格便宜，国家的施工监测标准要求较低。路基和路堤的沉降监测是软土地基施工中必不可少的一环，因此，工程方面提出对软土地基的监测要求越来越多，监测对象也越来越广泛。特别是不能实时自动监测，操作也不够方便，已不能适应我国高等级建设项目的发展需求。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种软土地基沉降自动监测仪，采用无线定位瞄准的高精度自动化软土地基沉降的仪器，使地基沉降监测实现自动化和数字化，并以此提高监测数据的精度。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：由测量定位装置和传感器箱两部分组成；其中：

1)测量定位装置：包括钩子，无线触发瞄准电路，干簧管，隔离板，铅块，铜管，磁环和PVC管；PVC管外装有磁环，PVC管内的铜管中装有铅块，铅块上装有无线触发瞄准电路，铅块和无线触发瞄准电路用隔板隔开，铜管外的干簧管与铜管内的无线触发瞄准电路连接在一起，铜管口部装有两个钩子；

2)传感器箱：包括拉绳式位移传感器、电源、嵌入式32位ARM微处理器测控系统，电源接插件，两个滑轮支座，电机后支座，电机，两个滑轮，电机前支座，带轮，液晶显示屏，按键，箱体壁；其中：

两个滑轮由两端的滑轮支座，电机由两端的的电机前支座和电机后支座分别固定在箱体壁上，电机的转动端上装有带轮，带轮上的钢绳通过两个滑轮转向和伸出箱体外的测量定位装置上的一个钩子相连；测量定位装置上的另一个钩子由钢绳与拉绳式位移传感器的拉绳前端连接；

嵌入式32位ARM微处理器测控系统包括内含有32位ARM微处理器S3C44B0X，无线信号接收电路，电机控制电路，16位A/D转换电路和RS232接口电路；

ARM微处理器S3C44B0X的I/O口PE4、PE5、PE6、PE7、EXINT3、EXINT5、EXINT7与16位A/D转换电路的B1～B7脚相连；ARM微处理器S3C44B0X的串口GPE1、GPE2、PC12、PC13与RS232接口电路相连；无线信号接收电路的EXINT3-50口与16位A/D转换电路的A1脚相连；电机控制电路的控制口PE6-50和PE7-50与16位A/D转换电路的A6和A7脚相连。

所述的无线触发瞄准电路中编码芯片PT2262的D8、D9脚连接在一起，与干簧管的一端相连，干簧管的另一端与12V电源输入相连，编码芯片PT2262的DOUT脚与SP无线信号发射模块的OUT-D脚相连。

本实用新型与背景技术相比，具有的有益的效果是：

1.由嵌入式32位微处理器控制对数据进行采集、转换、显示和传输；从而取代了传统的人工监测，实现对软土地基沉降进行自动化监测。

2.采用了精密的拉绳式位移传感器取代传统的钢尺结构，有效提高了精度；不需要人工读数，减小了测量误差。

3.采用了无线触发瞄准技术，取消了传统传统监测仪器中的导线，避免了因为导线折断或磨损导致的仪器故障。

4.可以设置多台仪器，对多个点进行监测；所有观测可以参数统一起来，传送到实验室的计算机中，实现网络化监测；主控室的计算机可以同时监测若干个站点，对软土地基沉降情况进行实时监测和及时报警。

附图说明

图1是软土地基沉降自动监测仪机械结构主视图；

图2是软土地基沉降自动监测仪机械结构俯视图；

图3是软土地基沉降自动监测仪机械结构侧视图；

图4是嵌入式32位ARM微处理器测控系统电路示意图；

图5是无线触发瞄准电路原理图；

图6是无线信号接收电路原理图；

图7是电机控制电路原理图；

图8是16位A/D转换电路原理图；

图9是RS232接口电路原理图；

图10是网络化测量示意图。

图1～3中：1.钩子，2.无线触发瞄准电路，3.干簧管，4.隔离板，5.铅块，6.铜管，7.磁环，8.PVC管，9.拉绳式位移传感器，10.电源，11.嵌入式32位ARM微处理器测控系统，12.电源接插件，13.滑轮支座，14.电机后支座，15.电机，16.滑轮支座，17.滑轮，18滑轮，19.电机前支座，20.带轮，21.液晶显示屏，22.按键，23.箱体壁。

图4中：32位ARM微处理器为S3C44BOX。

图5中：U27为编码芯片PT2262，U28为SP无线信号发射模块。

图6中：U3为解码芯片PT2272，U4为SP无线信号接收模块。

图7中：JD1、JD2为HRS1H-S继电器，METER为电机。

图8中：U1为16位A/D转换芯片ADS7813，U8为电平转换芯片SN74LVC4245A。

图9中：U15为电平转换芯片MAX383，J8为串口1，J9为串口2。

图10中：检测仪1、检测仪2……检测仪n均为本测量仪。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本实用新型由测量定位装置和传感器箱两部分组成；其中：

1)测量定位装置：包括钩子1，无线触发瞄准电路2，干簧管3，隔离板4，铅块5，铜管6，磁环7和PVC管8；PVC管8外装有磁环7，PVC管8内的铜管6中装有铅块5，铅块5上装有无线触发瞄准电路2，铅块5和无线触发瞄准电路2用隔板5隔开，铜管6外的干簧管3与铜管6内的无线触发瞄准电路2连接在一起，铜管6口部装有两个钩子1；

2)传感器箱：包括拉绳式位移传感器9、电源10、.嵌入式32位ARM微处理器测控系统11，电源接插件12，两个滑轮支座13、16，电机后支座14，电机1 5，两个滑轮17、18，电机前支座19，带轮20，液晶显示屏21，按键22，箱体壁23；其中：

两个滑轮17、18由两端的滑轮支座13、16，电机15由两端的的电机前支座19和电机后支座14分别固定在箱体壁23上，电机15的转动端上装有带轮20，带轮20上的钢绳通过两个滑轮17、18转向和伸出箱体外的测量定位装置上的一个钩子1相连；测量定位装置上的另一个钩子1由钢绳与拉绳式位移传感器9的拉绳前端连接；

如图4所示，嵌入式32位ARM微处理器测控系统11包括内含有32位ARM微处理器S3C44BOX，无线信号接收电路，电机控制电路，16位A/D转换电路和RS232接口电路；

ARM微处理器S3C44BOX的I/O口PE4、PE5、PE6、PE7、EXINT3、EXINT5、EXINT7与16位A/D转换电路的B1～B7脚相连；ARM微处理器S3C44B0X的I/O口EXINT2、EXINT3、EXINT4、EXINT5、EXINT7与液晶显示屏相连；ARM微处理器S3C44BOX的串口GPE1、GPE2、PC12、PC13与RS232接口电路相连；RS232接口电路与计算机串口相连；无线信号接收电路的EXINT3-50口与16位A/D转换电路的A1脚相连；拉绳式位移传感器与16位A/D转换电路的R3IN相连；电机控制电路的控制口PE6-50和PE7-50与16位A/D转换电路的A6和A7脚相连；电机与电机控制电路输出口相连。

在图5中，无线触发瞄准电路2中编码芯片PT2262的D8、D9脚连接在一起，与干簧管3的一端相连，干簧管2的另一端与12V电源输入相连，PT2262的DOUT脚与SP无线信号发射模块的OUT-D脚相连。

在图6中，无线信号接收电路的解码芯片PT2272的D8脚与图8中16位A/D转换电路中电平转换芯片SN74LVC4245V的A1脚相连，DAIN脚与SP无线信号接收模块的OUT-D脚相连。

在图7中，电机控制电路的输入端PE6-50与图8中16位A/D转换电路中SN74LVC4245V的A6脚相连，PE7-50与SN74LVC4245V的A6脚相连，输出端与电机15相连。通过输入端PE6-50、PE7-50控制HRS1H-S继电器的状态，由此控制电机正反转并以此带动测量定位装置移动。

在图8中，16位A/D转换芯片ADS7813的R3IN脚连接拉图1中拉绳式位移传感器9。ADS7813的CS脚连接SN74LVC4245V的A2脚，ADS7813的CONV脚连接SN74LVC4245V的A3脚，ADS7813的DATA脚连接SN74LVC4245V的A3脚。SN74LVC4245V的B1～B7脚连接S3C44B0X。

在图9中，电平转换芯片MAX232的T1OUT、R1IN与串口1相连，T2OUT、R2IN与串口2相连，T1IN、R1OUT、T2IN、R2OUT与S3C44B0X相连，串口可以与远程计算机连接进行数据传输。

在进行工程监测时，首先在观测点打孔，埋设PVC管8和磁环7，并用膨胀土封孔，使磁环7和地层同步沉降。然后在PVC管8的上方用支架安装软土地基沉降自动监测仪。测量时，先将测量定位装置的钩子1分别与传感器箱的拉绳式位移传感器9探头前端的拉绳及绕在电机带轮上的钢丝连接好，保证测量定位装置平稳垂直进入PVC管。32位ARM微处理器S3C44B0的GPIO端口中的两路PE6和PE7通过SN74LVC4245V进行电平转换成为PE6-50和PE7-50连接在控制电路的输入端，控制电路的输出端连接在电机的控制端，由电机的正反转带动测量定位装置进行升降运动并向磁环位置移动。当测量定位装置到达磁环位置时，干簧管3感应到一定磁场强度发生闭合。无线触发瞄准电路2中的编码芯片PT2262开始工作，PT2262的数据位D8，D9为高电平，通过SP无线信号发射模块将PT2262的地址数据状态向SP无线信号接收模块发射。传感器箱内嵌入式32位ARM微处理器测控系统电路中的无线信号接收电路接收到传送信号，解码芯片PT2272的地址数据位的状态与PT2262相一致。PT2272的D9为高电平，与其连接的二极管发光，显示完成一次通信。同时D8数据位也为高电平，通过驱动向S3C44B0发出一个上升沿的中断。S3C44B0此时将响应中断，控制电机停止工作，并通过ADS7813进行A/D数据采集。A/D采集之前，使能端CONV和时钟信号DATACLK都为无效状态。发生中断后，S3C44B0通过I/O口PE端置ADS7813的使能端CONV为低电平，启动A/D转换。当启动A/D完成之后，BUSY端转为低电平，S3C44B0X通过SIOCLK端向ADS7813的数据时钟端DATACLK一个外部数据时钟，同时16位的串行数据将从ADS7813的DATA端读出，从而实现了数据采集。采集到的数据可由液晶显示屏显示，其显示的结果与前一次测量结果的差值就是软土地基沉降的相对位移。系统的状态可以由按键控制，通过液晶显示屏对检测仪器进行包括察看数据在内的各项操作。观测数据可通过RS232接口电路传送到计算机中。

另一种实施方式如图10所示，可以在多个监测点(测量点1、测量点2……测量点n)同时设置多个本监测仪(检测仪1、检测仪2……检测仪n)。将所有测量到数据统一起来，通过RS232接口电路传送到主控计算机中。主控计算机通过对数据的综合处理，对软土地基沉降情况进行长期的实时监测和及时报警，实现网络化监测。

Claims

1.一种软土地基沉降自动监测仪，其特征在于：由测量定位装置和传感器箱两部分组成；其中：

1)测量定位装置：包括钩子(1)，无线触发瞄准电路(2)，干簧管(3)，隔离板(4)，铅块(5)，铜管(6)，磁环(7)和PVC管(8)；PVC管(8)外装有磁环(7)，PVC管(8)内的铜管(6)中装有铅块(5)，铅块(5)上装有无线触发瞄准电路(2)，铅块(5)和无线触发瞄准电路(2)用隔板(5)隔开，铜管(6)外的干簧管(3)与铜管(6)内的无线触发瞄准电路(2)连接在一起，铜管(6)口部装有两个钩子(1)；

2)传感器箱：包括拉绳式位移传感器(9)、电源(10)、.嵌入式32位ARM微处理器测控系统(11)，电源接插件(12)，两个滑轮支座(13、16)，电机后支座(14)，电机(15)，两个滑轮(17、18)，电机前支座(19)，带轮(20)，液晶显示屏(21)，按键(22)，箱体壁(23)；其中：

两个滑轮(17、18)由两端的滑轮支座(13、16)，电机(15)由两端的的电机前支座(19)和电机后支座(14)分别固定在箱体壁(23)上，电机(15)的转动端上装有带轮(20)，带轮(20)上的钢绳通过两个滑轮(17、18)转向和伸出箱体外的测量定位装置上的一个钩子(1)相连；测量定位装置上的另一个钩子(1)由钢绳与拉绳式位移传感器(9)的拉绳前端连接；

嵌入式32位ARM微处理器测控系统(11)包括内含有32位ARM微处理器S3C44BOX，无线信号接收电路，电机控制电路，16位A/D转换电路和RS232接口电路；

ARM微处理器S3C44BOX的I/O口PE4、PE5、PE6、PE7、EXINT3、EXINT5、EXINT7与16位A/D转换电路的B1～B7脚相连；ARM微处理器S3C44BOX的串口GPE1、GPE2、PC12、PC13与RS232接口电路相连；无线信号接收电路的EXINT3-50口与16位A/D转换电路的A1脚相连；电机控制电路的控制口PE6-50和PE7-50与16位A/D转换电路的A6和A7脚相连。

2.根据权利要求1所述的一种软土地基沉降自动监测仪，其特征在于：所述的无线触发瞄准电路(2)中编码芯片PT2262的D8、D9脚连接在一起，与干簧管(3)的一端相连，干簧管(3)的另一端与12V电源输入相连，编码芯片PT2262的DOUT脚与SP无线信号发射模块的OUT-D脚相连。