專利名稱：錨索沿程連續(xù)位移測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種錨索沿程連續(xù)位移測(cè)量?jī)x，其可用于測(cè)量錨索或錨桿的表面沿程變形。
背景技術(shù)：
泥石流、邊坡失穩(wěn)是目前常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害。如果能夠在其發(fā)生之前監(jiān)測(cè)到，就會(huì)預(yù)先采取措施，從而將損失降到最低。建筑物的變形監(jiān)測(cè)是安全管理的一項(xiàng)重要手段。目前監(jiān)測(cè)高邊坡和建筑物的傾斜變形一般采用測(cè)斜儀等。這些測(cè)量?jī)x一般采用單點(diǎn)測(cè)量，測(cè)量范圍有限，難以自動(dòng)化，造價(jià)很高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種連續(xù)測(cè)量、測(cè)量范圍大、自動(dòng)化程度高、成本較低的錨索沿程連續(xù)位移測(cè)量?jī)x。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是這種錨索沿程連續(xù)位移測(cè)量?jī)x，包括測(cè)量裝置、數(shù)據(jù)傳輸裝置、數(shù)據(jù)分析裝置，測(cè)量裝置由測(cè)量單元組成，測(cè)量單元包含外殼PVC管、MEMS加速度傳感器和數(shù)據(jù)線，MEMS加速度傳感器在外殼PVC管內(nèi)并連接有數(shù)據(jù)線；數(shù)據(jù)傳輸裝置包含數(shù)據(jù)采集器、無(wú)線發(fā)射器、無(wú)線接收器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和太陽(yáng)能電池；數(shù)據(jù)采集器分別與測(cè)量裝置、無(wú)線發(fā)射器、太陽(yáng)能電池相連，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分別與數(shù)據(jù)分析裝置、無(wú)線接收器、太陽(yáng)能電池相連，通過(guò)無(wú)線發(fā)射器和無(wú)線接收器收發(fā)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)分析裝置相連。由于采用太陽(yáng)能電池而無(wú)需額外供電，所以可以長(zhǎng)時(shí)間野外獨(dú)立工作，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守、定時(shí)間隔測(cè)量記錄；數(shù)據(jù)的傳遞可以通過(guò)數(shù)據(jù)線傳遞到數(shù)據(jù)分析裝置，也可以采用GPRS、或無(wú)線以太網(wǎng)和無(wú)線射頻傳遞到數(shù)據(jù)分析裝置；由于測(cè)量單元使用MEMS加速度傳感器，就能夠感知外殼的傾角并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)傳輸裝置傳給數(shù)據(jù)分析裝置，就能夠?qū)崿F(xiàn)錨索沿程連續(xù)位移的自動(dòng)化測(cè)量，而這種測(cè)量?jī)x較設(shè)置多個(gè)測(cè)斜儀的現(xiàn)有技術(shù)來(lái)說(shuō)，成本低很多。

圖I示出了根據(jù)本實(shí)用新型的錨索沿程連續(xù)位移測(cè)量?jī)x的測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型的錨索沿程連續(xù)位移測(cè)量?jī)x的MEMS加速度傳感器的結(jié)構(gòu)局部放大示意圖；圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型的測(cè)量裝置的橫截面示意圖；圖4示出了采用根據(jù)本實(shí)用新型的錨索沿程連續(xù)位移測(cè)量?jī)x的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5示出了采用本實(shí)用新型的錨索沿程連續(xù)位移測(cè)量?jī)x的一個(gè)測(cè)量單元的位移計(jì)算示意圖；圖6示出了本實(shí)用新型的錨索沿程連續(xù)位移測(cè)量?jī)x應(yīng)用于邊坡破壞的分析示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、4所示，這種錨索沿程連續(xù)位移測(cè)量?jī)x，包括測(cè)量裝置10、數(shù)據(jù)傳輸裝置、數(shù)據(jù)分析裝置12，測(cè)量裝置由測(cè)量單元4組成，測(cè)量單元包含外殼PVC管1、MEMS加速度傳感器2和數(shù)據(jù)線5，MEMS加速度傳感器2在外殼PVC管內(nèi)并連接有數(shù)據(jù)線5 ;數(shù)據(jù)傳輸裝置包含數(shù)據(jù)采集器13、無(wú)線發(fā)射器8、無(wú)線接收器11、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器14和太陽(yáng)能電池9 ;數(shù)據(jù)采集器13分別與測(cè)量裝置10、無(wú)線發(fā)射器8、太陽(yáng)能電池9相連，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器14分別與數(shù)據(jù)分析裝置12、無(wú)線接收器11、太陽(yáng)能電池9相連，通過(guò)無(wú)線發(fā)射器8和無(wú)線接收器11收發(fā)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集器13與數(shù)據(jù)分析裝置12相連。MEMS (如圖2所示)，其實(shí)就是在一個(gè)硅基板上集成了機(jī)械和電子元 器件的微小機(jī)構(gòu)，通過(guò)對(duì)電子部分使用半導(dǎo)體工藝和機(jī)械部分使用微機(jī)械工藝或者增加新的結(jié)構(gòu)層來(lái)制作MEMS產(chǎn)品。MEMS主要包括微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路等幾部分，它是融合多種微細(xì)加工技術(shù)，并應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的高科技前沿學(xué)科。MEMS技術(shù)的發(fā)展開(kāi)辟了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，采用MEMS技術(shù)制作的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構(gòu)件、微機(jī)械光學(xué)器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及其它很多領(lǐng)域都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。本實(shí)用新型中使用的MEMS加速度傳感器只是其中一個(gè)非常小的應(yīng)用分支，MEMS加速度傳感器即微電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical-System)加速度傳感器,能夠感知外殼的傾角并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)數(shù)據(jù)采集器13、無(wú)線接收器11與遠(yuǎn)程控制微機(jī)聯(lián)通。優(yōu)選地,測(cè)量單元4的數(shù)量為多個(gè),每個(gè)測(cè)量單元4中的MEMS加速度傳感器2串聯(lián)，并通過(guò)鋼絲3及數(shù)據(jù)線5連接。優(yōu)選地，每個(gè)測(cè)量單元內(nèi)的MEMS加速度傳感器2的數(shù)量是2個(gè)，目的是分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)正交方向上(E和N)的傾角。優(yōu)選地，MEMS加速度傳感器2在外殼PVC管I的中心，由于采用的是PVC，忽略PVC管的變形，MEMS加速度傳感器2放在PVC管中間，即可精確的測(cè)得PVC管在兩個(gè)正交方向上(E和N)的傾角；同時(shí)可以避免MEMS加速度傳感器受到干擾或破壞。優(yōu)選地，如圖3所示，在外殼PVC管I的內(nèi)部設(shè)有纖維保護(hù)套6和柔性高分子材料層7。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)分析裝置12包含服務(wù)器。下面說(shuō)明采用本實(shí)用新型的測(cè)量單元測(cè)量位移的原理①單段測(cè)量單元的位移計(jì)算取一段測(cè)量單元如圖5，假設(shè)原來(lái)AB軸為垂直的，以桿件AB為Z軸建立空間直角坐標(biāo)系，定義平面XAY中，以X軸正方向?yàn)镹，Y軸正方向?yàn)镋。設(shè)A點(diǎn)為位移“O”點(diǎn)，在經(jīng)歷時(shí)間At后,實(shí)測(cè)桿件的傾角變化為Δ Δ ΘΕ，其中Β'為B端變化后的位置,B1SB'在平面XAZ上的投影，B2S B'在平面YAZ內(nèi)的投影，B3S B'在平面B1B' B2與AB軸的交點(diǎn)；Λ θ Ν為沿南北方向的夾角變化(Z BAB1), Δ ΘΕ為沿東西方向的夾角變化(Z BAB2)；在XAZ平面中，B1B3為B端沿南北方向上的位移，記為Λ Bn ;在YAZ平面中，B2B3為B端沿東西方向的位移，記為Λ BE，BB3 SB端變化到B'后，垂直高度上的位移，記為ABh，以上三個(gè)方向上的位移可用下面的公式來(lái)求得
權(quán)利要求1.錨索沿程連續(xù)位移測(cè)量?jī)x，包括測(cè)量裝置(10)、數(shù)據(jù)傳輸裝置、數(shù)據(jù)分析裝置(12)，其特征在于測(cè)量裝置由測(cè)量單元(4)組成，測(cè)量單元包含外殼PVC管(1)、MEMS加速度傳感器⑵和數(shù)據(jù)線(5)，MEMS加速度傳感器⑵在外殼PVC管內(nèi)并連接有數(shù)據(jù)線(5);數(shù)據(jù)傳輸裝置包含數(shù)據(jù)采集器(13)、無(wú)線發(fā)射器(8)、無(wú)線接收器(11)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(14)和太陽(yáng)能電池(9);數(shù)據(jù)采集器(13)分別與測(cè)量裝置(10)、無(wú)線發(fā)射器(8)、太陽(yáng)能電池(9)相連，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(14)分別與數(shù)據(jù)分析裝置(12)、無(wú)線接收器(11)、太陽(yáng)能電池(9)相連，通過(guò)無(wú)線發(fā)射器(8)和無(wú)線接收器(11)收發(fā)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集器(13)與數(shù)據(jù)分析裝置(12)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的錨索沿程連續(xù)位移測(cè)量?jī)x，其特征在于測(cè)量單元(4)的數(shù)量為多個(gè)，每個(gè)測(cè)量單元⑷中的MEMS加速度傳感器⑵串聯(lián)，并通過(guò)鋼絲(3)及數(shù)據(jù)線(5)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的錨索沿程連續(xù)位移測(cè)量?jī)x，其特征在于每個(gè)測(cè)量單元內(nèi)的MEMS加速度傳感器的數(shù)量是2個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的錨索沿程連續(xù)位移測(cè)量?jī)x，其特征在于MEMS加速度傳感器⑵在外殼PVC管⑴的中心。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的錨索沿程連續(xù)位移測(cè)量?jī)x，其特征在于在外殼PVC管(I)的內(nèi)部設(shè)有纖維保護(hù)套(6)和柔性高分子材料層(7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的錨索沿程連續(xù)位移測(cè)量?jī)x，其特征在于數(shù)據(jù)分析裝置(12)包含服務(wù)器。
專利摘要公開(kāi)了一種連續(xù)測(cè)量、測(cè)量范圍大、自動(dòng)化程度高、成本較低的錨索沿程連續(xù)位移測(cè)量?jī)x，包括測(cè)量裝置、數(shù)據(jù)傳輸裝置、數(shù)據(jù)分析裝置，測(cè)量裝置由測(cè)量單元組成，測(cè)量單元包含外殼PVC管、MEMS加速度傳感器和數(shù)據(jù)線，MEMS加速度傳感器在外殼PVC管內(nèi)并連接有數(shù)據(jù)線；數(shù)據(jù)傳輸裝置包含數(shù)據(jù)采集器、無(wú)線發(fā)射器、無(wú)線接收器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和太陽(yáng)能電池；數(shù)據(jù)采集器分別與測(cè)量裝置、無(wú)線發(fā)射器、太陽(yáng)能電池相連，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分別與數(shù)據(jù)分析裝置、無(wú)線接收器、太陽(yáng)能電池相連，通過(guò)無(wú)線發(fā)射器和無(wú)線接收器收發(fā)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)分析裝置相連。
文檔編號(hào)G01B21/32GK202599385SQ201220120740
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者張國(guó)新, 李炳奇, 黃濤, 周秋景, 李海楓 申請(qǐng)人:中國(guó)水利水電科學(xué)研究院