一种阵列式多维度测斜仪制造技术

本发明专利技术提供了一种阵列式多维度测斜仪，该阵列式多维度测斜仪包括两两相互依次连接的若干节传感器模块共同组成一个测斜阵列，每一节传感器模块均包括三轴重力加速度数据采集单元、三轴地磁数据采集单元和处理器单元，该三轴重力加速度数据采集单元用于采集其对应的传感器模块的三轴重力加速度分量数据，该三轴地磁数据采集单元用于采集其对应的传感器模块的三轴地磁分量数据，该处理器单元用于根据三轴重力加速度分量数据和/或三轴地磁分量数据，通过预设姿态解算算法计算其对应的传感器模块的姿态信息。

An Array Multidimensional Inclinometer

【技术实现步骤摘要】
一种阵列式多维度测斜仪
本专利技术涉及土木工程监测的
，特别涉及一种阵列式多维度测斜仪。
技术介绍
阵列式多维度测斜仪是利用其内置的传感器，并结合适当的算法感知自身的空间姿态位置变化。该阵列式测斜仪适用于深度测斜、挠度监测和隧道收敛性等不同方面的监测应用，其广泛应用于大坝、桥梁、道路、隧道、基坑和边坡等不同建筑结构体的连续变形监测。目前，测斜方式主要分为人工测斜和自动化测斜。现有的自动化测斜是利用三轴加速度传感器，测量和采集被测物在X轴、Y轴、Z轴上的倾角，再利用三角函数分别求出被测物在X轴、Y轴、Z轴上的位移，在计算出单节设备各自的测斜数据后，再将所有单节设备的测斜数据进行累加处理，从而得到关于被测物整体的测斜结果。但是，由于阵列式多维度测斜仪是通过若干个单节设备级联组成的，一般来说单节设备的级联数量可达到240节，当每个单节设备自身的长度和级联数量到达一定程度时，该阵列式多维度测斜仪的整体长度就会相当长，在应用过程中容易发生旋转或扭转，因而使该阵列式多维度测斜仪的测量结果不准确。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种阵列式多维度测斜仪，该阵列式多维度测斜仪包括两两相互依次连接的若干节传感器模块共同组成一个测斜阵列，每一节传感器模块均包括三轴重力加速度数据采集单元、三轴地磁数据采集单元和处理器单元，该三轴重力加速度数据采集单元用于采集其对应的传感器模块的三轴重力加速度分量数据，该三轴地磁数据采集单元用于采集其对应的传感器模块的三轴地磁分量数据，该处理器单元用于根据三轴重力加速度分量数据和/或三轴地磁分量数据，通过预设姿态解算算法计算其对应的传感器模块的姿态信息。首先，该阵列式多维度测斜仪通过一种新的姿态解算方法直接求解出每节传感器模块中上端点相对于下端点的相对空间坐标，该姿态解算方法还可以根据实际需要灵活选择是否将三轴地磁数据采集单元采集到的三轴地磁分量数据融合到计算过程中；其次，该阵列式多维度测斜仪将三轴重力加速度数据采集单元和三轴地磁数据采集单元相互结合，并利用三轴地磁数据采集单元采集到的三轴地磁分量数据对该阵列式多维度测斜仪由于发生扭转情况而导致的计算误差进行修正，从而保证测量数据的准确性和有效性；最后，该阵列式多维度测斜仪还可以灵活应用于2D或者3D等不同空间姿态位置测量场景中。本专利技术提供一种阵列式多维度测斜仪，其特征在于：所述阵列式多维度测斜仪包括两两相互依次连接的若干节传感器模块；所述若干节传感器模块共同组成一个测斜阵列；每一节传感器模块均包括三轴重力加速度数据采集单元、三轴地磁数据采集单元和处理器单元；其中，所述三轴重力加速度数据采集单元用于采集其对应的传感器模块的三轴重力加速度分量数据；所述三轴地磁数据采集单元用于采集其对应的传感器模块的三轴地磁分量数据；所述处理器单元用于根据所述三轴重力加速度分量数据和/或所述三轴地磁分量数据，通过预设姿态解算算法计算其对应的传感器模块的姿态信息；进一步，所述处理器单元包括传感器模块扭转判断子单元和姿态解算算法运行子单元；其中，所述传感器模块扭转判断子单元用于判断其对应的传感器模块整体是否发生扭转；所述姿态解算算法运行子单元用于根据所述传感器模块扭转判断子单元的扭转判断结果，对应地运行不同类型的姿态解算算法；进一步，所述姿态解算算法运行子单元根据所述扭转判断结果，对应地运行不同类型的姿态解算算法具体包括，若所述扭转判断结果指示所述传感器模块整体未发生扭转，则所述姿态解算算法运行子单元运行第一姿态解算算法计算所述传感器模块的姿态信息，若所述扭转判断结果指示所述传感器模块整体发生扭转，则所述姿态计算算法运行子单元运行第二姿态解算算法计算所述传感器模块的姿态信息；其中，所述姿态解算算法运行子单元运行所述第一姿态解算算法时，直接根据所述三轴重力加速度分量数据计算出所述姿态信息，所述姿态解算算法运行子单元运行所述第二姿态解算算法时，根据所述三轴重力加速度分量数据和所述三轴地磁分量数据计算出所述姿态信息；进一步，所述姿态解算算法运行子单元运行所述第一姿态解算算法计算出所述传感器模块的姿态信息具体包括，所述姿态解算算法运行子单元根据所述三轴重力加速度分量数据中的X轴、Y轴和Z轴各自的加速度分量Gpx、Gpy和Gpz，并根据下面公式(1)和(2)计算出所述传感器模块的横滚角和俯仰角θ，所述姿态解算算法运行子单元还根据所述三轴地磁分量数据中X轴和Y轴各自的地磁分量Bpx和Bpy，并根据下面公式(3)计算出所述传感器模块的方位角γ，进一步，所述姿态解算算法运行子单元运行所述第二姿态解算算法计算出所述传感器模块的姿态信息具体包括，所述姿态解算算法运行子单元根据所述三轴重力加速度分量数据中的X轴、Y轴和Z轴各自的加速度分量Gpx、Gpy和Gpz，并根据下面公式(1)和(2)计算出所述传感器模块的横滚角和俯仰角θ，所述姿态解算算法运行子单元还根据所述三轴地磁分量数据中X轴、Y轴和Z轴各自的地磁分量Bpx、Bpy和Bpz，以及所述横滚角与所述俯仰角θ，并根据下面公式(4)对所述传感器模块的方位角γ进行倾斜修正计算，以得到所述方位角γ进一步，所述处理器单元还包括姿态信息计算子单元；所述姿态信息计算子单元用于根据所述传感器模块的等效长度L、所述横滚角所述俯仰角θ和所述方位角γ，计算出所述传感器模块的上端点相对于所述传感器模块下端点的相对空间坐标P；其中，所述姿态信息计算子单元计算所述相对空间坐标具体包括，S1、确定所述上端点相对于所述下端点的初始空间坐标矩阵PA，其中PA＝[0，0，-L]；S2、按照从Z轴到Y轴再到X轴的坐标轴旋转顺序，确定三维旋转矩阵M；S3、根据公式P＝M·PA，计算得到所述相对空间坐标P；进一步，所述若干节传感器模块中的每一节传感器模块分别设置在筒型外壳中，相邻的两节传感器模块对应的筒型外壳通过柔性关节或者螺栓硬连接的方式进行相互连接；所述处理器单元还用于根据所述测斜阵列安装时对应的X轴方向与期望监测方向之间的相对位置关系，来确定是否采用所述三轴地磁分量数据对所述姿态信息进行修正处理，其具体为，若所述测斜阵列安装时对应的X轴方向与期望监测方向相互重合，则不采用所述三轴地磁分量数据对所述姿态信息进行修正处理，若所述测斜阵列安装时对应的X轴方向与期望监测方向不相互重合，则采用所述三轴地磁分量数据对所述姿态信息进行修正处理和/或采用人为测量不重合角以对所述姿态信息进行修正处理；进一步，所述阵列式多维度测斜仪还包括位移监测模块；所述位移监测模块用于获取所述若干节传感器模块中每一节传感器模块中每所述一节传感器模块各自的所述姿态信息；所述位移监测模块还用于根据所述若干节传感器模块相互之间的连接顺序和所述姿态信息，确定所述若干节传感器模块中不同位置监测节点对应的位移变化信息；其中，所述位移监测模块确定所述若干节传感器模块中不同位置监测节点对应的位移变化信息是通过对不同所述位置监测节点在X轴、Y轴和Z轴上各自的位移分量进行叠加来实现；进一步，所述每一节传感器模块还均包括温度数据采集单元；所述温度数据采集单元用于采集其对应的传感器模块所在位置处的温度值；根据采集得到的所述温度值进行温漂修正处理；进一步，所述阵列式多维度测斜仪还包括无线数据传输模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阵列式多维度测斜仪，其特征在于：所述阵列式多维度测斜仪包括两两相互依次连接的若干节传感器模块；所述若干节传感器模块共同组成一个测斜阵列；每一节传感器模块均包括三轴重力加速度数据采集单元、三轴地磁数据采集单元和处理器单元；其中，所述三轴重力加速度数据采集单元用于采集其对应的传感器模块的三轴重力加速度分量数据；所述三轴地磁数据采集单元用于采集其对应的传感器模块的三轴地磁分量数据；所述处理器单元用于根据所述三轴重力加速度分量数据和/或所述三轴地磁分量数据，通过预设姿态解算算法计算其对应的传感器模块的姿态信息。

【技术特征摘要】
1.一种阵列式多维度测斜仪，其特征在于：所述阵列式多维度测斜仪包括两两相互依次连接的若干节传感器模块；所述若干节传感器模块共同组成一个测斜阵列；每一节传感器模块均包括三轴重力加速度数据采集单元、三轴地磁数据采集单元和处理器单元；其中，所述三轴重力加速度数据采集单元用于采集其对应的传感器模块的三轴重力加速度分量数据；所述三轴地磁数据采集单元用于采集其对应的传感器模块的三轴地磁分量数据；所述处理器单元用于根据所述三轴重力加速度分量数据和/或所述三轴地磁分量数据，通过预设姿态解算算法计算其对应的传感器模块的姿态信息。2.如权利要求1所述的阵列式多维度测斜仪，其特征在于：所述处理器单元包括传感器模块扭转判断子单元和姿态解算算法运行子单元；其中，所述传感器模块扭转判断子单元用于判断其对应的传感器模块整体是否发生扭转；所述姿态解算算法运行子单元用于根据所述传感器模块扭转判断子单元的扭转判断结果，对应地运行不同类型的姿态解算算法。3.如权利要求2所述的阵列式多维度测斜仪，其特征在于：所述姿态解算算法运行子单元根据所述扭转判断结果，对应地运行不同类型的姿态解算算法具体包括，若所述扭转判断结果指示所述传感器模块整体未发生扭转，则所述姿态解算算法运行子单元运行第一姿态解算算法计算所述传感器模块的姿态信息，若所述扭转判断结果指示所述传感器模块整体发生扭转，则所述姿态计算算法运行子单元运行第二姿态解算算法计算所述传感器模块的姿态信息；其中，所述姿态解算算法运行子单元运行所述第一姿态解算算法时，直接根据所述三轴重力加速度分量数据计算出所述姿态信息，所述姿态解算算法运行子单元运行所述第二姿态解算算法时，根据所述三轴重力加速度分量数据和所述三轴地磁分量数据计算出所述姿态信息。4.如权利要求3所述的阵列式多维度测斜仪，其特征在于：所述姿态解算算法运行子单元运行所述第一姿态解算算法计算出所述传感器模块的姿态信息具体包括，所述姿态解算算法运行子单元根据所述三轴重力加速度分量数据中的X轴、Y轴和Z轴各自的加速度分量Gpx、Gpy和Gpz，并根据下面公式(1)和(2)计算出所述传感器模块的横滚角和俯仰角θ，所述姿态解算算法运行子单元还根据所述三轴地磁分量数据中X轴和Y轴各自的地磁分量Bpx和Bpy，并根据下面公式(3)计算出所述传感器模块的方位角γ，5.如权利要求3所述的阵列式多维度测斜仪，其特征在于：所述姿态解算算法运行子单元运行所述第二姿态解算算法计算出所述传感器模块的姿态信息具体包括，所述姿态解算算法运行子单元根据所述三轴重力加速度分量数据中的X轴、Y轴和Z轴各自的加速度分量Gpx、Gpy和Gpz，并根据下面公式(1)和(2)计算出所述传感器模块的横滚角和俯仰角θ，所述姿态解算算法运行子单元还根据所述三轴地磁分量数据中X轴、Y轴和Z轴各自的地磁分量Bpx、Bpy和Bpz，以及所述横滚角与所述俯仰角θ，并根据下面公式(4)对所述传感器模块的方位角γ进行倾斜修正计算，以得到所述方位角γ6.如权利要求4或5所述的阵列式多维度测斜仪，其特征在于：所述处理器单元还包括姿态信息计算子单元；所述姿态信息计算子单元用于根据所述传感器模块的等效长度L、所述横滚角所述俯仰角θ和所述方位角γ，计算出所述传感器模块的上端点相对于所述传感器模块下端点的相对空间坐标P；其中，所述姿态信息计算子单元计算所述相对空间坐标具体包括，S1、确定所述上端点相对于所述下端点的初始空间坐标矩阵PA，其中PA＝[0，0，-L]；S2、按照从Z轴到Y轴再到X轴的坐标轴旋转顺序，确定三维旋转矩阵M；S3、根据公式P＝M·PA，计算得到所述相对空间坐标P。7.如权利要求1所述的阵列式多维度测斜仪，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏军，杨华中，陈观福，章立峰，张鹏升，翟海青，冯乐，
申请(专利权)人：北京源清慧虹信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11