專利名稱：一種用于監(jiān)測(cè)、定位的磁性標(biāo)簽及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種土木工程安全監(jiān)測(cè)的磁性標(biāo)簽。
背景技術(shù)：
鑒于露天邊坡、山體邊坡在監(jiān)測(cè)中亟需解決的問(wèn)題，本發(fā)明基于磁場(chǎng)梯度張量定位原理和優(yōu)化算法，提供一種用于監(jiān)測(cè)、定位的磁性標(biāo)簽，布置在土層深部和表面，磁性標(biāo)簽?zāi)艿挚褂晁?、滾石、泥石流等環(huán)境破壞，監(jiān)測(cè)邊坡、山體等結(jié)構(gòu)的變形，對(duì)邊坡的滑動(dòng)、山體的坍塌等進(jìn)行預(yù)警。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于監(jiān)測(cè)、定位的磁性標(biāo)簽，解決在雨水、泥石流、滾石等環(huán)境中對(duì)邊坡、山體的深部和表面，進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)、定位的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案磁性標(biāo)簽包括激磁線圈、定向儀、RF通信控制器、天線、電源和環(huán)氧復(fù)合密封材料。將激磁線圈、RF通信控制器、天線、電源置于定向儀的中部，整體采用環(huán)氧復(fù)合材料密封。通過(guò)定向儀，使激磁線圈的磁矩保持恒定。本發(fā)明采用磁性標(biāo)簽中的激磁線圈激發(fā)磁場(chǎng)，通過(guò)磁力梯度儀監(jiān)測(cè)磁場(chǎng)的改變，基于磁場(chǎng)梯度張量定位和優(yōu)化算法反演磁性標(biāo)簽的位置改變。通過(guò)磁性標(biāo)簽中的定向儀，將未知數(shù)由磁矩參數(shù)m(mx, my, mz)和位置參數(shù)(u, v, w)簡(jiǎn)化為位置參數(shù)(u, v, w)。通過(guò)磁性標(biāo)簽中的RF通信控制器和天線，依次開啟、關(guān)閉每一個(gè)磁性標(biāo)簽的磁場(chǎng)，依次得到每一個(gè)磁性標(biāo)簽的位置，可忽略不同磁性標(biāo)簽之間的磁場(chǎng)疊加對(duì)定位原理和定位算法的影響。采用RF通信控制器，決定激磁線圈是否通電激勵(lì)磁場(chǎng)；僅在監(jiān)測(cè)定位采集數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行通電，節(jié)省電源，同時(shí)避免不同磁性標(biāo)簽之間的磁場(chǎng)疊加在磁場(chǎng)反演中存在的不適定性、多解性、局部收斂性等問(wèn)題。采用磁力梯度儀測(cè)量磁性標(biāo)簽激發(fā)的磁場(chǎng)，通過(guò)磁場(chǎng)梯度張量和優(yōu)化算法反演得到磁性標(biāo)簽的位置，即可實(shí)現(xiàn)磁性標(biāo)簽的監(jiān)測(cè)、定位。在監(jiān)測(cè)定位的磁場(chǎng)反演中，磁性標(biāo)簽的未知數(shù)僅為位置參數(shù)。
本發(fā)明的效果和益處是一種用于監(jiān)測(cè)、定位的磁性標(biāo)簽，可布置在水下、淤泥、土層深部等環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、定位，且具有操作簡(jiǎn)單、測(cè)試精度高、性能穩(wěn)定等突出優(yōu)點(diǎn)?？捎糜谶吰碌葞r土結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測(cè)，也可應(yīng)用于山體的滑坡監(jiān)測(cè)。


附圖I是本發(fā)明的磁性標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)框圖。附圖2是本發(fā)明的基于磁性標(biāo)簽 在堤岸或邊坡變形監(jiān)測(cè)中的實(shí)施示意圖。圖中1天線；2RF通信控制器；3激磁線圈；4電源；5定向儀；6環(huán)氧樹脂外殼；7磁力梯度儀；8磁性標(biāo)簽；9邊坡。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。選擇需要監(jiān)測(cè)、定位的部位，例如邊坡9的表層或深部，埋置磁性標(biāo)簽8，在結(jié)構(gòu)的非變形區(qū)選擇參考位置布置磁力梯度儀7，測(cè)量磁性標(biāo)簽8的磁場(chǎng)。磁性標(biāo)簽8激發(fā)磁場(chǎng)，由于磁性標(biāo)簽8與磁力梯度儀7的距離比激磁線圈3的尺寸大得多，將磁性標(biāo)簽8視為磁偶極子，其磁矩為|m| = ii NIR2 (I)式中，m(mx，my, mz)為磁性標(biāo)簽8的磁矩，m為磁矩的模，I為激磁線圈3中的電流，R為激磁線圈3的半徑，N為激磁線圈3的匝數(shù)，激磁線圈3由電源4提供電能。通過(guò)定向儀5,使磁性標(biāo)簽8在移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、傾斜時(shí),激磁線圈3的磁矩保持恒定，即m(mx, my, mz)保持恒定，使磁場(chǎng)梯度張量定位中的未知數(shù)由磁矩參數(shù)m(mx，my, mz)和位置參數(shù)(u，v, w)簡(jiǎn)化為位置參數(shù)(U, V, W)。地磁異常的磁感應(yīng)強(qiáng)度一般為幾百nT以下，與地磁背景磁場(chǎng)(約50000ηΤ)相比要小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。但地磁場(chǎng)的梯度值一般比地磁異常的梯度值小的多，一般約為20ηΤ/km(垂向)和5nT/km(水平)，因此可認(rèn)為磁場(chǎng)梯度張量G只是由地磁異常產(chǎn)生，另外對(duì)于基線距離很小(有的小于Im)的磁場(chǎng)梯度測(cè)量系統(tǒng)，地磁場(chǎng)對(duì)磁場(chǎng)梯度張量測(cè)量的影響可忽略不計(jì)。參考位置的磁場(chǎng)梯度張量G可視為磁性標(biāo)簽8所激勵(lì)，與地球磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。當(dāng)參考位置至磁性標(biāo)簽8超過(guò)一定的距離時(shí)，可將磁性標(biāo)簽8視為一個(gè)磁偶極子模型，則磁性標(biāo)簽8在參考位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度為
"「3(零)r mlm、B = -^ ~^---T(2)
4π r r式中，μ ^為介質(zhì)磁導(dǎo)率，m(mx，my, mz)為磁性標(biāo)簽8的磁矩，r = xi+yj+zk為磁性標(biāo)簽8至參考位置的位矢，r = I r I。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的梯度張量為
—QB1 — μ,「15(—)% SmiYj 3m3(零) ]U-^-------+ ~— + ~— +-j--(勻
Orj 4πrr rr
權(quán)利要求
1.ー種用于監(jiān)測(cè)、定位的磁性標(biāo)簽，包括激磁線圈、定向儀、RF通信控制器、天線、電源和環(huán)氧復(fù)合外殼；其特征在于激磁線圏、RF通信控制器、天線和電源位于定向儀的中心部位，定向儀的外部采用環(huán)氧復(fù)合材料整體密封；激磁線圈的匝數(shù)和半徑根據(jù)磁矩確定；其磁矩為 m = JiNIR2 (I) 式中，m(mx，my，mz)為磁性標(biāo)簽(8)的磁矩，|m|為磁矩的模，I為激磁線圈(3)中的電流，R為激磁線圈(3)的半徑，N為激磁線圈(3)的匝數(shù)。
2.使用權(quán)利要求I所述的磁性標(biāo)簽的監(jiān)測(cè)定位方法，其特征在干通過(guò)定向儀(5)，使磁性標(biāo)簽(8)在移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、傾斜時(shí)，激磁線圈(3)的磁矩保持恒定，使磁場(chǎng)梯度張量定位中的未知數(shù)由磁矩參數(shù)和位置參數(shù)簡(jiǎn)化為位置參數(shù)；采用磁力梯度儀測(cè)量磁性標(biāo)簽激發(fā)的磁場(chǎng)，通過(guò)磁場(chǎng)梯度張量和優(yōu)化算法反演得到磁性標(biāo)簽的位置。
全文摘要
一種用于監(jiān)測(cè)、定位的磁性標(biāo)簽及方法，屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。其特征是磁性標(biāo)簽由激磁線圈、定向儀、RF通信控制器、天線、電源、環(huán)氧復(fù)合密封材料組成。激磁線圈、RF通信控制器、天線、電源位于定向儀的中部，整體采用環(huán)氧復(fù)合材料密封。通過(guò)定向儀，使激磁線圈的磁矩保持恒定，磁性標(biāo)簽的未知數(shù)僅為位置參數(shù)。采用磁力梯度儀測(cè)量磁性標(biāo)簽激發(fā)的磁場(chǎng)，通過(guò)磁場(chǎng)梯度張量和優(yōu)化算法得到磁性標(biāo)簽的位置，實(shí)現(xiàn)磁性標(biāo)簽的監(jiān)測(cè)、定位。本發(fā)明的效果和益處是在水下、淤泥、土層深部等環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、定位；具有操作簡(jiǎn)單、測(cè)試精度高、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，可用于邊坡、堤岸等巖土結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測(cè)，也可廣泛應(yīng)用于水庫(kù)大壩、河道堤防等重大工程結(jié)構(gòu)沖刷監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G06K19/07GK102622636SQ20121003973
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者周智, 歐進(jìn)萍, 江勝華 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)