專利名稱：在邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測中使用的移動式測斜儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于土木工程結構安全檢測領域，適用于大中型水利水電工程，鐵路， 公路，橋梁，高層建筑，大型露天采礦工程，隨著工程規(guī)模的加大機受場地的限制，經(jīng)常需在 復雜環(huán)境下，人為開挖高陡巖質邊坡或土坡。這些復雜邊坡工程系統(tǒng)在不同部位，不同施工 時間的穩(wěn)定性是動態(tài)變化的，并存在著穩(wěn)定性相對薄弱的部位，而這些穩(wěn)定性薄弱的部位 制約著整個邊坡系統(tǒng)的穩(wěn)定性。整套系統(tǒng)包括便攜式讀數(shù)儀雙軸測斜儀探頭及電纜與上位 機分析軟件。
二背景技術：
從巖土力學的角度來看，邊坡處治是通過某種結構人為給邊坡巖土體施加一個外 力作用或者通過人為改善原有邊坡的環(huán)境，最終使其達到一定的力學平衡狀態(tài)。但由于邊 坡內部巖土力學作用的復雜性，從地質勘察到處治設計均不可能完全考慮邊坡內部的真實 力學效應，我們的設計都是在很大程度的簡化計算上進行的。為了反映邊坡巖土真實力學 效應、檢驗設計施工的可靠性和處治后的邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡工程防治監(jiān)測具有極其重 要的意義。邊坡處治監(jiān)測的主要任務就是檢驗設計施工、確保安全，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)反演分析 邊坡的內部力學作用，同時積累豐富的資料作為其他邊坡設計和施工的參考資料。邊坡工 程監(jiān)測的作用在于(1)為邊坡設計提供必要的巖土工程和水文地質等技術資料。(2)邊坡監(jiān)測可獲得更充分的地質資料(應用測斜儀進行監(jiān)測和無線邊坡監(jiān)測系 統(tǒng)監(jiān)測等)和邊坡發(fā)展的動態(tài)，從而圈定可疑邊坡的不穩(wěn)定區(qū)段。(3)通過邊坡監(jiān)測，確定不穩(wěn)定邊坡的滑落模式，確定不穩(wěn)定邊坡滑移方向和速 度，掌握邊坡發(fā)展變化規(guī)律，為采取必要的防護措施提供重要的依據(jù)。(4)通過對邊坡加固工程的監(jiān)測，評價治理措施的質量和效果。(5)為邊坡的穩(wěn)定性分析、提供重要依據(jù)。邊坡工程監(jiān)測是邊坡研究工作中的一項重要內容，隨著科學技術的發(fā)展，各種先 進的監(jiān)測儀器設備、監(jiān)測方法和監(jiān)測手段的不斷更新，使邊坡監(jiān)測工作的水平正在不斷地提尚。
三、發(fā)明內容在邊坡監(jiān)測中使用的移動式測斜儀，是由便攜式讀數(shù)儀、雙軸測斜儀探頭及電纜 和上位機分析軟件組成。雙軸測斜儀探頭所測到的數(shù)據(jù)通過電纜傳輸?shù)奖銛y式讀數(shù)儀上 面，便攜式讀數(shù)儀通過數(shù)據(jù)線與帶有分析軟件的上位機連接，打開PC端分析軟件后，將數(shù) 據(jù)下載在PC端。施工方法為，將電纜測頭從箱中取出，把電纜測頭和測桿槽口對齊連接，然后擰緊 緊固螺絲，然后再把電纜和讀數(shù)計連接。將讀數(shù)儀的開關打開，如正常將測頭豎起并沿四個導輪平面正反方向傾斜，數(shù)顯有正負變化。將測頭導輪卡置在測斜管的導槽內，將測頭放入 測斜管中，放松電纜，使測頭滑至孔底。測頭在孔底停置10分鐘，以便在孔內溫度穩(wěn)定。將 測頭拉起至最近深度標志為測讀起點，每0. 5m測一個數(shù)，利用電纜標志測讀，使測頭升至 測斜管頂端為止。每次測讀時都應將電纜標志對準。將測頭旋轉180°，重新放入測斜管 中，重復上述步驟在相同的標志測讀。在測孔中將探頭放置在測斜管底并開始讀數(shù)，探頭每 提升0. 5米讀數(shù)記錄，直到測斜管頂部這組讀數(shù)稱為Uoutl，旋轉180°按同樣方法測量，這 組數(shù)據(jù)數(shù)稱為Uout2。數(shù)據(jù)處理將最初測量的數(shù)值稱為初測值，它是以后該測孔的基準， 以后的測值稱為新測值，那么變化值為變化值=新測值-初測值變形位移是從測斜管底端開始，將變化值的代數(shù)和累加到測斜管頂端，這樣就可 以觀查該測孔任一深度水平變化的位移。本系統(tǒng)測斜儀探頭部分使用芬蘭VTI公司生產(chǎn)的高精度傾角儀芯片SAC100T，輸 出精度達到0. 0025弧度，即9弧秒。并且將信號調理電路和采集電路也做在了探頭內部， 將SCA100T的輸出信號直接經(jīng)過信號調理電路送入采集電路。這樣做與將采集電路做在便 攜式讀數(shù)儀上的最大優(yōu)點是避免了信號的衰減誤差，大幅度的提升了系統(tǒng)性能。因為一般 移動式測斜儀的電纜長度在20米到50米左右，這樣對于秒級的角度信號來說很容易受到 外界信號的干擾以及本身的衰減，這樣造成的誤差將會大大增加。本系統(tǒng)將采集電路做在 探頭內部，避免了上述的干擾，并且采用ADI公司生產(chǎn)的高性能混合信號處理器AuDC845， 內部含有兩個高分辨率的M位的A-EADC,極大地提高了系統(tǒng)精度。傳感器探頭輸出信 號為標準RS485信號，理論傳輸距離1200米，足夠滿足該系統(tǒng)的需求了。探頭部分的供電 范圍為5V到10V，供電范圍寬，便于現(xiàn)場使用，對于本套設備電源直接由便攜式讀數(shù)儀提 供，由于探頭內部采用低功耗的LDO電源芯片，極大地減少了系統(tǒng)功耗，延長了系統(tǒng)的現(xiàn)場 連續(xù)工作時間。便攜式讀數(shù)儀通過菜單選擇給探頭發(fā)送相應的采集命令，并且接收傳感器探頭返 回的數(shù)據(jù)，將探頭返回的數(shù)據(jù)處理顯示在液晶屏上，同時數(shù)據(jù)也會存在讀數(shù)儀的內存中去。上位機分析軟件便攜式讀數(shù)儀通過數(shù)據(jù)線與上位機連接，打開PC端軟件后，將 數(shù)據(jù)下載在PC端。上位機分析軟件會對下載下來的數(shù)據(jù)進行各種處理，包括txt文本， excel表格，自動計算各個測點的平均位移量與累計位移量，平均角度，能夠用圖形顯示出 來某測點在一定時間內的曲線變化。(一)便攜式讀數(shù)儀采集儀部分包括RS485收發(fā)器、IXD、鍵盤、存儲、電源和控制他們的MCU。采集儀 部分實現(xiàn)通過RS485收發(fā)器接收來自探頭部分的數(shù)字信息。并對這個信息進行處理顯示、 排列、鏈表存儲和支持PC端的數(shù)據(jù)下載等一系列人性化的功能。MSP430系列單片機的迅速發(fā)展和應用范圍的不斷擴大，主要取決于以下的特點。強大的處理能力MSP430系列單片機是一個16位的單片機，采用了精簡指令集 (RISC)結構，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址)、簡潔的27條 內核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算；還 有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在8MHz晶體驅動下指令周期為125ns。這些 特點保證了可編制出高效率的源程序。[0021]在運算速度方面，MSP430系列單片機能在8MHz晶體的驅動下，實現(xiàn)125ns的指令 周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、125ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能實現(xiàn)乘加)相配 合，能實現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法(如FFT等)。MSP430系列單片機的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時靈活方便。當系統(tǒng)處 于省電的備用狀態(tài)時，用中斷請求將它喚醒只用6us。超低功耗MSP430單片機之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓 及靈活而可控的運行時鐘方面都有其獨到之處。首先，MSP430系列單片機的電源電壓采用的是1. 8 3. 6V電壓。因而可使其在 IMHz的時鐘條件下運行時，芯片的電流會在200 400uA左右，時鐘關斷模式的最低功耗只 有 0. luA。其次，獨特的時鐘系統(tǒng)設計。在MSP430系列中有兩個不同的系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)基本 時鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)(FLL和FLL+)時鐘系統(tǒng)或DCO數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)。有的使用一個晶 體振蕩器(32768Hz)，有的使用兩個晶體振蕩器)。由系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPU和各功能所需 的時鐘。并且這些時鐘可以在指令的控制下，打開和關閉，從而實現(xiàn)對總體功耗的控制。由于系統(tǒng)運行時打開的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著 顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動模式(AM)和五種低功耗模式(LPM0 LPM4)。在等待 方式下，耗電為0. 7uA，在節(jié)電方式下，最低可達0. luA。適應工業(yè)級運行環(huán)境MSP430系列器件均為工業(yè)級的，運行環(huán)境溫度為_40 +85 攝氏度，所設計的產(chǎn)品適合用于工業(yè)環(huán)境下。( 二)雙軸測斜儀探頭1)敏感元件傾角傳感器SCA100T特點1.雙軸傾角傳感器；2.測量范圍 0.5g (士 30 度)；3.單極5V供電，比例電壓輸出；4.高分辨率雙軸傾角傳感器；5.數(shù)字SPI或模擬輸出；6.內置溫度傳感器；7.長期穩(wěn)定性非常好；8.高分辨率，低噪聲，工作溫度范圍寬；2)高性能模擬信號處理器ADUC845ADUC845是ADI公司新推出的高性能M位數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，它內部集成有兩 個高分辨率的Δ - Σ ADC、10/8通道輸入多路復用器、一個8位MCU和程序/數(shù)據(jù)閃速/電 擦除存儲器。同時可提供6 字節(jié)的閃速/電擦除程序存儲器，4k字節(jié)閃速/電擦除數(shù)據(jù) 存儲器和2304字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM。ADuC845可通過一個片內鎖存環(huán)PLL產(chǎn)生一個12. 58MHz的高頻時鐘，以使之運行 于32kHz外部晶振。該時鐘可通過一個從MCU核心時鐘工作頻率分離的可編程時鐘發(fā)送。 片內微控制器是一個優(yōu)化的單指令周期8052閃存MCU。該MCU在保持與8051指令系統(tǒng)兼 容的同時，具有12. 58MIPS的性能。該芯片的兩個獨立的ADC(主ADC和輔助ADC)由一個 輸入多路復用器，一個溫度傳感器和一個可直接測量低幅度信號的可編程增益放大器PGA組成。主、輔ADC都采用高頻“斬波”技術來提供優(yōu)良的直流(DC)失調和失調漂移指標，因 而非常適合用于低溫漂且對噪聲抑制和抗電磁干擾能力要求較高的應用場合。
四以下結合附圖對專利實施和技術做進一步說明

圖1在邊坡監(jiān)測中使用的移動式測斜儀系統(tǒng)框圖。圖2移動式測斜儀探頭部分結構圖。圖3便攜式測斜讀數(shù)儀部分結構圖。圖4傾斜儀探頭結構圖。
五、具體實施方案儀器連接將電纜測頭從箱中取出，把電纜測頭和測桿槽口對齊連接，然后擰緊緊 固螺絲，然后再把電纜和讀數(shù)計連接。儀器檢查。將讀數(shù)儀的開關打開，如正常將測頭豎起 并沿四個導輪平面正反方向傾斜，數(shù)顯有正負變化。測量將測頭導輪卡置在測斜管的導槽 內，將測頭放入測斜管中，放松電纜，使測頭滑至孔底。測頭在孔底停置10分鐘，以便在孔 內溫度穩(wěn)定。將測頭拉起至最近深度標志為測讀起點，每0.5m測一個數(shù)，利用電纜標志測 讀，使測頭升至測斜管頂端為止。每次測讀時都應將電纜標志對準，以防讀數(shù)不準確。將測 頭旋轉180°，重新放入測斜管中，重復上述步驟在相同的標志測讀。現(xiàn)場數(shù)據(jù)觀測記錄: 在測孔中將探頭放置在測斜管底并開始讀數(shù)，探頭每提升0. 5米讀數(shù)記錄，直到測斜管頂 部這組讀數(shù)稱為Uoutl，旋轉180°按同樣方法測量，這組數(shù)據(jù)數(shù)稱為Uout2。數(shù)據(jù)處理將 最初測量的數(shù)值稱為初測值，它是以后該測孔的基準，以后的測值稱為新測值，那么變化值 為變化值=新測值-初測值變形位移是從測斜管底端開始，將變化值的代數(shù)和累加到測斜管頂端，這樣就可 以觀查該測孔任一深度水平變化的位移。
權利要求1. 一種在邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測中使用的移動式測斜儀，其特征在于由便攜式讀數(shù)儀、雙 軸測斜儀探頭及電纜和上位機分析軟件組成，雙軸測斜儀探頭所測到的數(shù)據(jù)通過電纜傳輸 到便攜式讀數(shù)儀上面，便攜式讀數(shù)儀通過數(shù)據(jù)線與帶有分析軟件的上位機連接，打開PC端 軟件后，將數(shù)據(jù)下載在PC端。
專利摘要本實用新型是一種在邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測中使用的移動式測斜儀，針對沿海陸地與多山地區(qū)由于獨特的地形地貌和風化殼發(fā)育，加之降雨頻繁，使得邊坡穩(wěn)定問題顯得尤其突出。該便攜式測斜儀，是由便攜式讀數(shù)儀、雙軸測斜儀探頭及電纜和上位機分析軟件組成。雙軸測斜儀探頭所測到的數(shù)據(jù)通過電纜傳輸?shù)奖銛y式讀數(shù)儀上面，便攜式讀數(shù)儀通過數(shù)據(jù)線與帶有分析軟件的上位機連接，打開PC端分析軟件后，將數(shù)據(jù)下載在PC端。包括便攜式讀數(shù)儀(輕便、堅固，適于野外作業(yè))、雙軸測斜儀探頭及電纜。因進口處理軟件較貴，故讀數(shù)儀數(shù)據(jù)導出后，采用Excel處理，得出位移變化。
文檔編號G01C9/00GK201903347SQ20102063575
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權日2010年12月1日
發(fā)明者馮保記, 劉文峰, 楊松遠, 王輔宋, 韓偉 申請人:劉文峰