一种用于岩土水平位移的自动测量装置论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种用于岩土水平位移的自动测量装置，所述测量装置包括：护筒，其为中空结构，所述护筒分为上导轮护筒、中部传感部件护筒以及下导轮护筒；导轮结构，其设置在所述护筒内，所述导轮结构包括间隔设置的上导轮结构和下导轮结构；内部数据采集和处理部件，其设置在中部传感部件护筒内，所述内部数据采集和处理部件包括传感器、微处理器、通信模块以及电源；其中，所述上导轮护筒顶端设置有一天线，所述天线与所述通信模块电连接。本实用新型提供的测量装置可以模拟串联式静态固定测斜的测量方式，保证了数据的精确性；并且无需与外部装置进行有线连接，避免了线缆的磨损，也无需解决防水问题。

主设计要求

1.一种用于岩土水平位移的自动测量装置，其特征在于，包括：护筒，其为中空结构，所述护筒分为上导轮护筒、中部传感部件护筒以及下导轮护筒，其中，所述中部传感部件护筒置于所述上导轮护筒和下导轮护筒之间；导轮结构，其设置在所述护筒内，所述导轮结构包括间隔设置的上导轮结构和下导轮结构，且所述上导轮结构置于所述上导轮护筒内，所述下导轮结构设置在下导轮护筒内；内部数据采集和处理部件，其设置在中部传感部件护筒内，所述内部数据采集和处理部件包括传感器、微处理器、通信模块以及电源，其中，所述电源分别与所述传感器、微处理器以及通信模块电连接，所述微处理器分别与所述传感器以及通信模块电连接；其中，所述上导轮护筒顶端设置有一天线，所述天线与所述通信模块电连接。

设计方案

1.一种用于岩土水平位移的自动测量装置，其特征在于，包括：

护筒，其为中空结构，所述护筒分为上导轮护筒、中部传感部件护筒以及下导轮护筒，其中，所述中部传感部件护筒置于所述上导轮护筒和下导轮护筒之间；

导轮结构，其设置在所述护筒内，所述导轮结构包括间隔设置的上导轮结构和下导轮结构，且所述上导轮结构置于所述上导轮护筒内，所述下导轮结构设置在下导轮护筒内；

内部数据采集和处理部件，其设置在中部传感部件护筒内，所述内部数据采集和处理部件包括传感器、微处理器、通信模块以及电源，其中，所述电源分别与所述传感器、微处理器以及通信模块电连接，所述微处理器分别与所述传感器以及通信模块电连接；

其中，所述上导轮护筒顶端设置有一天线，所述天线与所述通信模块电连接。

2.如权利要求1所述的自动测量装置，其特征在于，所述上导轮结构和下导轮结构为双轮对称结构，且所述上导轮结构和下导轮结构中心对称且相互平行。

3.如权利要求1所述的自动测量装置，其特征在于，所述上导轮结构和下导轮结构分别包括：

中心转轴，其活动设置在所述护筒内；

连接轴，其与所述中心转轴活动相连，所述连接轴与所述中心转轴相互垂直；

一对导轮，其分别活动设置在所述连接轴的两端，所述一对导轮在自然状态下置于所述护筒的外部，在外力作用下所述导轮自转并部分或全部收入至护筒内；

其中，在所述中心转轴的两侧设置有扭簧，以限制所述中心转轴在特定的角度范围内转动，且所述连接轴包含微轴承，以减小导轮转动时产生的内摩擦力。

4.如权利要求3所述的自动测量装置，其特征在于，所述一对导轮沿着护筒径向上的最大距离大于测斜管的直径。

5.如权利要求1所述的自动测量装置，其特征在于，所述传感器为双轴倾角传感器，用于检测测斜管的倾斜角度，所述双轴倾角传感器的主轴对应的旋转平面与导轮对应的旋转平面相同，所述双轴倾角传感器的次轴与所述主轴相垂直并与所述主轴对应的旋转平面垂直。

6.如权利要求1所述的自动测量装置，其特征在于，所述微处理器包括：

采集单元，其与所述传感器电连接，用于控制所述传感器进行倾斜数据的采集；

处理单元，其与所述采集单元电连接，用于对采集到的倾斜数据进行数据处理，所述数据处理包括数据的解析、加工、编码、加密、压缩以及组包；

存储单元，其分别与所述处理单元以及无线通信模块电连接，用于对采集到的倾斜数据进行存储。

7.如权利要求6所述的自动测量装置，其特征在于，所述通信模块为无线通信模块，所述无线通信模块与天线电连接，无线通信模块通过所述天线将倾斜数据以及指令发送至外部无线通信模块以及接收外部无线通信模块发送的指令以及配置参数。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及岩土工程变形监测技术领域，具体的，本实用新型涉及一种用于岩土水平位移的自动测量装置。

背景技术

随着工民建项目的不断兴起，当前工程项目对于工程质量的把控越来越严格，施工过程中的安全施工管理起到了至关重要的作用。深层水平位移是大多数工程，尤其是基坑工程的重点监测项。然而目前为止，传统的深层水平位移测量方法仍然为人工进行便携式测斜仪的下放和提拉，手动进行测量。在有些工程中，已经开始采用自动化测量的手段，其方式包括串联式静态固定测斜和分体式静态固定测斜。其中：

1.便携式测斜仪包含带导轮的测斜传感器、地面端与传感器采用数据线连接的数据线盘、与线盘有线连接的数据采集仪。其能有效解决移动测量的需求，便携性高，但人工数据采集所带来的误差和重复性问题、长期使用过程中线缆的磨损问题、数据的前端处理都不需要考虑，这在降低了前端硬件的集成难度的同时，也使我们无法应用该设备进行长期的自动化监测。并且由于受气候、时间和人员因素的限制无法进行全天候实时测量的问题都是该方式无法避免的缺点。

2.串联式静态固定测斜是将固定式测斜仪通过钢管加长作为固定段，串联在地下测斜管中，并通过数据线联通，由地面采集器统一采集数据。串联式静态固定测斜解决了人工测量时带来的人为误差和重复性问题，同时也解决了实时测量的需求，但串联式固定测斜仪在安装上十分困难，且需要达到监测规范要求中的测量密度，成本十分高昂，与此同时，带数据线缆的测斜仪在深基坑测量中的防水性能也是该方式面临的主要考验。

3.分体式静态固定测斜则是将倾斜传感器预先按距离等分绑定在测斜管中，通过数据线缆将数据传给地面段采集器。该方式主要问题在于传感器无法回收，属于一次性硬件投入，成本较高，另外，更关键的是由于传感器与传感器之间非刚性连接，没有考虑局部微变形对于数据累加的影响，在数据累加之后会产生很大的错差，测量得到的数据不具有很高的可靠性。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足之处，本实用新型的目的是提供一种用于岩土水平位移的自动测量装置，所述自动测量装置通过外部牵引装置带动测量装置进行相同间隔的上下运动，可以模拟串联式静态固定测斜的测量方式，保证了数据的精确性；并且能够实现自供电以及数据的无线传输，使得测量装置无需与外部装置进行有线连接，避免了线缆的磨损，也无需解决防水问题。

本实用新型披露了一种用于岩土水平位移的自动测量装置，包括：

其中，所述上导轮护筒顶端设置有一天线，所述天线与所述通信模块电连接。

优选地，所述上导轮结构和下导轮结构为双轮对称结构，且所述上导轮结构和下导轮结构中心对称且相互平行。

优选地，所述上导轮结构和下导轮结构分别包括：

中心转轴，其活动设置在所述护筒内；

连接轴，其与所述中心转轴活动相连，且所述连接轴与所述中心转轴相互垂直；

优选地，所述一对导轮沿着护筒径向上的最大距离大于测斜管的直径。

优选地，所述传感器为双轴倾角传感器，用于检测测斜管的倾斜角度，所述双轴倾角传感器的主轴对应的旋转平面与导轮对应的旋转平面相同，所述双轴倾角传感器的次轴与所述主轴相垂直并与所述主轴对应的旋转平面垂直。

优选地，所述微处理器包括：

采集单元，其与所述传感器电连接，用于控制所述传感器进行倾斜数据的采集；

处理单元，其与所述采集单元电连接，用于对采集到的倾斜数据进行数据处理，所述数据处理包括数据的解析、加工、编码、加密、压缩以及组包；

存储单元，其分别与所述处理单元以及无线通信模块电连接，用于对采集到的倾斜数据进行存储。

优选地，所述通信模块为无线通信模块，所述无线通信模块与天线电连接，无线通信模块通过所述天线将倾斜数据以及指令发送至外部无线通信模块以及接收外部无线通信模块发送的指令以及配置参数。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中，在自动测量装置的护筒上设计上下两组导轮结构，可在测斜管中上下往复运动，且上、下导轮结构之间的旋转中心距与监测规范要求的测量间隔一致，即保证了两组导轮间的刚性连接，通过外部牵引装置带动测量装置进行相同间隔的上下运动，可以模拟串联式静态固定测斜的测量方式，保证了数据的精确性；在测量装置的护筒的中部设置有双轴倾角传感器以及电源，能够实现自供电，避免了线缆的磨损，也无需解决防水问题。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

根据下文结合附图对本申请具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述及其他目的、优点和特征。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本公开一实施例提供的一种用于岩土水平位移的自动测量装置的结构示意图；

图2为本公开一实施例提供的一种自动测量装置的模块框图。

其中：110-上导轮结构，120-下导轮结构，211-上导轮护筒，212-下导轮护筒，220-中部传感部件护筒，230-天线，310-传感器，320-微处理器，330-通信模块，340-电源。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清除和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。

应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和\/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和\/或设置之间的关系。还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。

如图1所示，为一实施例提供的一种用于岩土水平位移的自动测量装置的结构示意图，所述自动测量装置包括了护筒、导轮结构、内部数据采集和处理部件以及天线230。

如图所示，所述护筒呈圆柱状且为中空结构，所述护筒分为了上导轮护筒211、中部传感部件护筒220以及下导轮护筒212。中部传感部件护筒220置于上导轮护筒211和下导轮护筒212之间，导轮结构设置在所述护筒内，且所述导轮结构包括了间隔设置的上导轮结构110和下导轮结构120，所述上导轮结构110置于所述上导轮护筒211内，所述下导轮结构120置于所述下导轮护筒212内，所述上导轮结构110和下导轮结构120中心对称且相互平行。

由图1所示，所述上导轮结构110和下导轮结构120均为双轮对称结构。所述上导轮结构110和下导轮结构120分别包括有：中心转轴、连接轴以及一对导轮。所述中心转轴活动设置在所述护筒内，所述中心转轴在外力作用下可以发生转动，连接轴与所述中心转轴活动连接，且所述连接轴与所述中心转轴相互垂直，所述一对导轮活动设置在所述连接轴的两端，所述连接轴包括微轴承，以减小导轮转动时产生的内摩擦力，导轮在受到外力作用下，在自转的同时可以绕中心转轴旋转，与此同时，中心转轴绕其自身中心轴线转动相应的角度。在中心转轴的径向两侧设置有扭簧，从而可以限制所述中心转轴在特定的角度范围内转动，即保证了上导轮结构110以及下导轮结构120在绕中心转轴过程中不超过固定界限。在不受力的自然状态下所述一对导轮均置于所述护筒的外部，且所述一对导轮之间沿着护筒径向的最大距离大于测斜管的直径。在受力状态下所述一对导轮自转并部分或全部收入至所述护筒内。当测量装置在测斜管中进行往复运动时，所述一对导轮沿着测斜管的内壁滑动，从而带动整个测量装置在测斜管内移动。所述上导轮结构110和上导轮结构110的中心转轴之间的距离与监测规范要求的测量间隔相同，即上导轮结构110和下导轮结构120之间为刚性连接，通过外部牵引装置进行相同间隔的上下运动时，所述测量装置可以模拟串联式静态固定测斜的测量方式，保证了测量数据的准确性。

如图2所示，在中部传感部件护筒220内设置有内部数据采集和处理部件，所述内部数据采集和处理部件包括了传感器310、微处理器320、通信模块330以及电源340。所述电源340分别与所述传感器310、微处理器320以及通信模块330电连接，所述电源340可以为传感器310、微处理器320以及通信模块330供电，从而所述测量装置能够实现自供电。所述微处理器320分别与所述传感器310以及通信模块330电连接。所述传感器310包括了双轴倾角传感器，可以用于检测测斜管的倾斜角度，所述双轴倾角传感器的主轴对应的旋转平面与导轮对应的旋转平面相同，所述双轴倾角传感器的次轴与所述主轴向垂直并与所述主轴对应的旋转平面垂直。所述通信模块330为无线通信模块，在所述上导轮护筒211顶端设置有一天线230，所述天线230与所述无线通信模块电连接，所述天线230使得所述无线通信模块的数据传输距离更远。所述无线通信模块可以通过所述天线230将测量数据以及指令无线传输至外部无线通信模块以及接收外部无线通信模块发送的指令以及配置参数。其中，所述无线通信模块可以为射频识别通信模块、蓝牙模块或WiFi模块等无线通信模块中的至少一种。由上可见，所述测量装置能够实现自供电以及数据的无线传输，使得测量装置无需与外部装置进行有线连接，避免了线缆的磨损，也无需解决防水问题。

如图2所示，所述微处理器320包括采集单元、处理单元以及存储单元。所述采集单元与所述双轴倾角传感器电连接，用于控制所述双轴倾角传感器进行数据的采集。所述处理单元与所述采集单元电连接，用于对采集到的倾斜数据进行数据处理，所述数据处理包括了数据的解析、加工、编码、加密、压缩以及组包等操作。测得的倾斜数据较多，可以经处理单元对倾斜数据进行压缩以及组包以将倾斜数据分为若干个数据包。并且所述处理单元与所述无线通信模块相连，所述处理单元将所述数据包传输至无线通信模块330，并由无线通信模块传输至外部无线通信模块。存储单元与所述处理单元电连接，可以用于存储进行数据处理后的倾斜数据，并且所述存储单元还可以与所述无线通信模块相连，以将无线通信模块接收到的外部指令以及配置参数存储在存储单元内。

所述测量装置的使用方法，包括了如下步骤：将外部无线通信模块与测量装置的无线通信模块建立通信连接；外部无线通信模块将配置参数传输至测量装置的无线通信模块，所述配置参数包括了：数据采集的时间、频率、间隔、各模块的休眠与唤醒时间、数据发送的时间间隔；测量装置的无线通信模块330将所述配置参数传输至微处理器320，并将所述配置参数存储在存储单元内；将所述测量装置置于测斜管内，通过外部提拉装置对测量装置进行下放、提拉或静止操作；微处理器320内的采集单元根据数据采集的时间、频率和间隔控制所述双轴倾角传感器进行倾斜数据的采集，在数据采集过程中将所述测量装置的下放、提拉以及静止动作与数据采集、暂停、休眠控制保持时间同步；采集单元将采集到的倾斜数据进行数据处理，并将数据处理结果存储至存储单元内；所述处理单元将进行数据处理后的倾斜数据传输至无线通信模块，所述无线通信模块根据数据发送的时间间隔将倾斜数据通过天线230传输至外部无线通信模块。

对所有公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

设计图

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