防扭轉萬向深孔測斜儀及測斜系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種防扭轉萬向深孔測斜儀及測斜系統(tǒng)，所述測斜儀包括測量探頭以及連接于測量探頭上并可適配地在測斜管中滑動以使測量探頭可定位于測斜管中多個測量位置處的滑輪；測量探頭內(nèi)設置有用以測量第一設定方向傾斜度的第一傾角傳感器、用以測量第二設定方向傾斜度的第二傾角傳感器以及用以測量第一設定方向方位角的磁敏方位傳感器，第一設定方向和第二設定方向位于與測量探頭軸線垂直的平面內(nèi)。本實用新型在一次測量中可同時得到兩個方向的傾斜度數(shù)據(jù)和其中一個方向的方位角，提高工作效率，消除兩個方向數(shù)據(jù)合成時存在的誤差；方位角的測量結果可提供因測斜管上下扭轉帶來的數(shù)據(jù)誤差的修正方向，使監(jiān)測結果真實反映實際邊坡深部的滑動情況。
【專利說明】防扭轉萬向深孔測斜儀及測斜系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及巖土工程中對邊坡深部變形監(jiān)測領域，尤其涉及一種防扭轉萬向 深孔測斜儀及測斜系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 巖土工程中對邊坡的傾斜測量是很重要的一環(huán)，在實現(xiàn)邊坡深部位移監(jiān)測方法方 面，國內(nèi)外主要采用鉆孔傾斜法解決。在使用鉆孔傾斜法監(jiān)測邊坡時，在鉆孔中埋設測斜 管，測斜管具有多節(jié)活動連接的管體，可隨著邊坡的滑動變形而發(fā)生區(qū)段變形；測斜管內(nèi)部 設有導槽，利用鉆孔測斜儀（深孔測斜儀）沿著導槽的移動而對測斜管的變形進行監(jiān)測即 可得到邊坡深部滑體的滑動部位、時間、滑動水平距離等數(shù)據(jù)，從而達到實現(xiàn)邊坡穩(wěn)定性監(jiān) 測的目的。
[0003] 但上述采用鉆孔測斜儀監(jiān)測的方法在應用中也出現(xiàn)了新的問題，主要表現(xiàn)在鉆孔 測斜管的扭轉問題。鉆孔內(nèi)的測斜管在實際安裝過程中，測斜管導槽沿管長可能存在扭轉。 測斜儀探頭在沿測斜管導槽從下到上測量時，測斜儀測量的傾斜數(shù)據(jù)由于測斜管導槽的扭 轉不在同一方向上，由此測量的傾斜數(shù)據(jù)計算出的位移算數(shù)和相加求鉆孔總位移必然存在 很大的誤差，使得監(jiān)測結果與巖土內(nèi)部深度變形位移與變形位置嚴重失真，影響到后繼施 工過程中信息的準確性和決策的合理性與有效性。目前，國內(nèi)外對測斜儀的研制普遍集中 在高精度技術的應用，而對于測斜儀測量方法的缺陷（因測斜管扭轉帶來的測量誤差）則 鮮有實際研究。
[0004] 此外，現(xiàn)有技術中鉆孔內(nèi)測斜儀的測量方向只有一個方向，不能同時測量一個平 面內(nèi)的兩個方向，使得測量效率不高，同時測量兩個方向時需要測量兩次，兩次測量的數(shù)據(jù) 很難在同一位置，造成兩個方向的數(shù)據(jù)合成存在誤差。 實用新型內(nèi)容
[0005] 為克服上述現(xiàn)有技術中存在的不足，本實用新型提出一種防扭轉萬向深孔測斜儀 及測斜系統(tǒng)，以提高測量數(shù)據(jù)的精確性、準確性。
[0006] 為解決上述技術問題，本實用新型提供一種防扭轉萬向深孔測斜儀，用以測量深 孔內(nèi)測斜管各測量位置處的傾斜量，所述防扭轉萬向深孔測斜儀包括測量探頭以及連接于 測量探頭上并可適配地在所述測斜管中滑動以使測量探頭可定位于測斜管中多個測量位 置處的滑輪；所述測量探頭內(nèi)設置有用以測量第一設定方向傾斜度的第一傾角傳感器、用 以測量第二設定方向傾斜度的第二傾角傳感器以及用以測量所述第一設定方向方位角的 磁敏方位傳感器，所述第一設定方向和第二設定方向位于與測量探頭軸線垂直的平面內(nèi)。
[0007] 優(yōu)選地，所述滑輪成對設置，每對滑輪中的兩個滑輪分列于所述測量探頭兩側，每 對滑輪中兩滑輪連線平行于所述第一設定方向。
[0008] 優(yōu)選地，所述第一設定方向和所述第二設定方向相互垂直。
[0009] 為解決上述技術問題，本實用新型還提供一種防扭轉萬向深孔測斜系統(tǒng)，包括手 持功能端和與所述手持功能端相連接的如上所述的防扭轉萬向深孔測斜儀；所述手持功能 端包括用以處理所述防扭轉萬向深孔測斜儀所測得的數(shù)據(jù)的并控制其他元件的CPU、用以 將所述防扭轉萬向深孔測斜儀所測得的數(shù)據(jù)傳輸給CPU的數(shù)據(jù)傳輸接口和用以進行人機 交互的人機接口，所述數(shù)據(jù)傳輸接口和人機接口分別連接CPU ;所述數(shù)據(jù)傳輸接口連接所 述防扭轉萬向深孔測斜儀。
[0010] 優(yōu)選地，所述手持功能端還包括用以調(diào)節(jié)所述測量探頭在測斜管中步進的測量探 頭步進調(diào)節(jié)模塊，所述測量探頭步進調(diào)節(jié)模塊連接所述CPU。
[0011] 優(yōu)選地，所述防扭轉萬向深孔測斜系統(tǒng)還包括后臺服務器，所述手持功能端還包 括無線通訊模塊，所述無線通訊模塊連接所述CPU ;所述手持功能端通過所述無線通訊模 塊連接所述后臺服務器。
[0012] 優(yōu)選地，所述無線通訊模塊為GPRS模塊。
[0013] 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下有益效果：本實用新型可對測斜管內(nèi)兩個 方向的傾斜度以及其中一方向的方位角同時進行測量，只需測量一次即可同時得到兩個方 向的傾斜度數(shù)據(jù)，提高工作效率，消除兩個方向數(shù)據(jù)合成時存在的誤差；方位角的測量結果 可提供因測斜管上下扭轉帶來的數(shù)據(jù)誤差的修正方向，使監(jiān)測結果真實反映實際邊坡深部 的滑動情況，提高信息的精確性和準確性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型所采用的扭轉萬向深孔測斜方法的流程圖。
[0015] 圖2是測斜管在一測量位置處的截面示意圖。
[0016] 圖3是本實用新型防扭轉萬向深孔測斜儀的結構示意圖。
[0017] 圖4是本實用新型防扭轉萬向深孔測斜系統(tǒng)的結構框圖。
[0018] 其中，附圖標記說明如下：1、防扭轉萬向深孔測斜儀；11、測量探頭；111、第一傾 角傳感器；112、第二傾角傳感器；113、磁敏方位傳感器；12、滑輪；2、手持功能端；21、CPU ; 22、數(shù)據(jù)傳輸接口；23、人機接口；24、測量探頭步進調(diào)節(jié)模塊；25、GPRS模塊；26、界面參數(shù) 設置模塊；27、電池模塊；3、后臺服務器；5、測斜管；51、導槽。

【具體實施方式】
[0019] 為了進一步說明本實用新型的原理和結構，現(xiàn)結合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施 例進行詳細說明。
[0020] 首先介紹本實用新型防扭轉萬向深孔測斜系統(tǒng)的構思，該系統(tǒng)基于通過對深孔內(nèi) 測斜管的監(jiān)測而得到深孔所在邊坡的變形位移數(shù)據(jù)，其中測斜管在深孔內(nèi)的埋設可以利用 現(xiàn)有技術，通過該監(jiān)測所獲得的該變形位移數(shù)據(jù)包括滑動部位、時間、滑動水平距離（即滑 動位移）等，尤其適用于對邊坡深部的滑動監(jiān)測。
[0021] 參閱圖1，該構思用于監(jiān)測時的方法包括如下步驟：
[0022] S10:逐一對測斜管內(nèi)多個測量位置進行傾斜度和方位角的測量，其中在同一測量 位置處同時對該測量位置所在平面內(nèi)兩個設定方向的傾斜度以及其中一所述設定方向的 方位角進行測量，相鄰兩測量位置具有設定距離。較優(yōu)地，兩個設定方向相互垂直，多個測 量位置中各測量位置等距離分布。
[0023] S20:獲取各測量位置處的傾斜度及方位角數(shù)據(jù)，根據(jù)各測量數(shù)據(jù)進行處理得到邊 坡的變形位移數(shù)據(jù)。具體地，根據(jù)各測量位置處的傾斜度以及相鄰兩測量位置的設定距離 計算測斜管在相鄰兩測量位置之間的單步滑動位移，根據(jù)方位角對各單步滑動位置進行矢 量相加得到測斜管總的滑動位移。
[0024] 圖2示出了測斜管5 -測量位置所在平面的截面示意圖，測斜管5內(nèi)具有兩組導 槽51，在測量時分別對該平面內(nèi)兩組導槽51的連線即A軸和B軸相對于水平面的傾斜度 (傾斜角度）進行測量，A軸與B軸相互垂直。將測量出的A軸的傾斜角度表示為Θ，Β軸 的傾斜角度表示為Υ。角度分正負，對Α軸的傾斜角度，向Α+方向傾斜為正角度，向Α-方 向傾斜為負角度，其中，在工程實踐中常把A+方向作為滑坡方向；同理，測量的B軸傾斜角 度，向B+方向傾斜為正角度，向B-方向傾斜為負角度。
[0025] 由于測斜管5存在扭動，測斜管5多個測量位置處的A+、A-、B+、B-四個方向不完 全重合，存在一定的轉動角度，本實用新型對在測量A軸和B軸的傾斜角度的同時，還對A+ 方向的方位角進行測量，確定每次測量的A+軸的傾斜角度所對應的方位。方位角的定義為 探管軸線方向在水平面上的投影與地球磁北方向順時針計量的夾角。定義相鄰兩測量位置 處的距離為L，L大致為測斜管5內(nèi)相鄰兩測量位置之間的管壁長度。
[0026] 測斜管5的滑動位移（即水平方向的偏移距離）的計算過程如下。
[0027] 第i次單步測量得到的參數(shù)為：A軸傾斜角度θ ρ B軸傾斜角度γ ρ A軸方位角 C? _
[0028] 計算可得到：第i次單步測量的A軸方向單步滑動位移：△ i = L · sin Θ i，其矢量 表示為

【權利要求】
1. 一種防扭轉萬向深孔測斜儀，用以測量深孔內(nèi)測斜管各測量位置處的傾斜量，其特 征在于：所述防扭轉萬向深孔測斜儀包括測量探頭以及連接于測量探頭上并可適配地在所 述測斜管中滑動以使測量探頭可定位于測斜管中多個測量位置處的滑輪； 所述測量探頭內(nèi)設置有用以測量第一設定方向傾斜度的第一傾角傳感器、用以測量第 二設定方向傾斜度的第二傾角傳感器以及用以測量所述第一設定方向方位角的磁敏方位 傳感器，所述第一設定方向和第二設定方向位于與測量探頭軸線垂直的平面內(nèi)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的防扭轉萬向深孔測斜儀，其特征在于：所述滑輪成對設置，每 對滑輪中的兩個滑輪分列于所述測量探頭兩側，每對滑輪中兩滑輪連線平行于所述第一設 定方向。
3. 根據(jù)權利要求1所述的防扭轉萬向深孔測斜儀，其特征在于：所述第一設定方向和 所述第二設定方向相互垂直。
4. 一種防扭轉萬向深孔測斜系統(tǒng)，其特征在于，包括手持功能端和與所述手持功能端 相連接的如權利要求1-3任一項所述的防扭轉萬向深孔測斜儀； 所述手持功能端包括用以處理所述防扭轉萬向深孔測斜儀所測得的數(shù)據(jù)的并控制其 他元件的CPU、用以將所述防扭轉萬向深孔測斜儀所測得的數(shù)據(jù)傳輸給CPU的數(shù)據(jù)傳輸接 口和用以進行人機交互的人機接口，所述數(shù)據(jù)傳輸接口和人機接口分別連接CPU ;所述數(shù) 據(jù)傳輸接口連接所述防扭轉萬向深孔測斜儀。
5. 根據(jù)權利要求4所述的防扭轉萬向深孔測斜系統(tǒng)，其特征在于：所述手持功能端還 包括用以調(diào)節(jié)所述測量探頭在測斜管中步進的測量探頭步進調(diào)節(jié)模塊，所述測量探頭步進 調(diào)節(jié)模塊連接所述CPU。
6. 根據(jù)權利要求4所述的防扭轉萬向深孔測斜系統(tǒng)，其特征在于：還包括后臺服務器， 所述手持功能端還包括無線通訊模塊，所述無線通訊模塊連接所述CPU ;所述手持功能端 通過所述無線通訊模塊連接所述后臺服務器。
7. 根據(jù)權利要求6所述的防扭轉萬向深孔測斜系統(tǒng)，其特征在于：所述無線通訊模塊 為GPRS模塊。
【文檔編號】G01B21/32GK204064279SQ201420562077
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權日:2014年9月26日
【發(fā)明者】王建松, 廖小平, 劉慶元, 朱本珍, 李龍飛, 高和斌, 熊晉, 潘孝城 申請人:中鐵西北科學研究院有限公司深圳南方分院