一种用于监测的高精度摆锤场强式测斜系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于监测的高精度摆锤场强式测斜系统和方法，其中系统包括有第一、第二磁感应传感器、固定点、摆线、摆锤、电磁线圈和电源；所述摆锤通过摆线连接至固定点，所述电磁线圈设置于摆线上，该系统保持竖直时第一、第二磁感应传感器分别固定于电磁线圈两侧，所述电源分别连接至第一、第二磁感应传感器和电磁线圈。本发明专利技术通过电磁线圈与两侧磁感应传感器的相对间距随倾角的改变计算倾斜角度，系统结构简单，对磁感应传感器的测量精度要求不高，且保证测量结果的一致性；同时还可通过摆锤和摆线减少摆动的阻力，提高测量精度、降低硬件成本。本发明专利技术作为一种用于监测的高精度摆锤场强式测斜系统和方法可广泛应用于工程检测领域。

A high precision pendulum field strength measurement system and method for monitoring

The invention discloses a method for monitoring the intensity of high precision pendulum inclinometer system and method, wherein the system comprises a first and a second magnetic induction sensor, fixed point, cycloid, pendulum, electromagnetic coil and power supply; the pendulum is connected to the fixed point of the cycloid, the electromagnetic coil is arranged on the upper cycloid the system keeps the vertical, first and second magnetic sensors are respectively fixed on both sides of the electromagnetic coil, the power supply is connected to the first and second magnetic induction sensor and electromagnetic coil. The relative distance of the electromagnetic coil and the magnetic induction sensor on both sides with the angle change calculation of tilt angle, the system structure is simple, the measurement accuracy of the magnetic induction sensor is not high, and ensure the consistency of the measurement result; at the same time also by cycloid pendulum and reduce resistance of swing, improves the measuring precision and reduce the cost of hardware. The invention can be widely used in the field of engineering detection as a high precision pendulum field strength measuring system and method for monitoring.

【技术实现步骤摘要】
一种用于监测的高精度摆锤场强式测斜系统和方法
本专利技术涉及工程检测领域，尤其是一种用于监测的高精度摆锤场强式测斜系统和方法。
技术介绍
深层水平位移监测是二级及以上监测安全等级工程必测项目，广泛应用与基坑、隧道、边坡、地基、轨道交通、尾矿、大坝工程的安全监测中。就建筑基坑而言，根据《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497-2009)表4.2.1，一、二级建筑基坑，深层水平位为应测，三级建筑基坑为宜测；根据《城市轨道交通工程监测技术规范》(GB50911-2013)表4.2.1，监测安全等级为一、二级，深层水平位为应测项目，监测安全等级三级为选测。因此，深层水平位移的应用广泛，是工程监测不可或缺的监测项目之一。现有深层水平位移的测量方法分为活动式和固定式。所有的测量原理均为测量单点倾角变化，通过假定或测量某点的水平位移量，累加得到整体的水平位移，如图1，左侧竖直的为基准线，右侧的曲线为变形后曲线，阴影部分为测斜仪，计算公式为：ΔSi＝(θi-θi-1).L，其中ΔSi为深度i处水平位移变化量，θ为深度i处重复测量的倾角变化量，L为量测间隔。因此，各类测量设备主要差别在于倾斜角度测量方法不同，现有解决方案主要有以下几种：A倾角传感器：利用倾角传感器直接测量单点倾角变化；B加速度计测量：测斜仪探头采用两个受力平衡的伺服加速度计测量倾斜，1个加速度计测量测斜仪测轮所在平面的倾斜，为正倾斜；另一个加速计测量与测斜仪测轮所在平面相垂直的平面的倾斜。加速度计的测斜是根据重力场投影原理进行倾角测量。现有深层水平位移的实现，主要依靠倾角传感器及加速度计测量，倾角传感器在活动式测斜系统中，精度及稳定性受温度、振动等因素影响较大；而加速度计测量原理装置大部门为进口设备，使用成本较高。现有技术中例如一种磁敏电阻型倾角传感器(CN2466604Y)，其技术方案中采用单个传感器配合轴承和重锤实现，为了避免轴承摩擦力影响，需要采用高质量、高成本的轴承，同时，在实际应用中由于批量电子元件中参数存在误差，因此容易导致不同倾角传感器之间的测量结果出现误差，降低检测精度，尤其是在工程检测中应用大量倾角传感器，由于数据不一致导致误判为基坑、隧道、边坡、地基等出现倾斜，严重影响工程施工。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是：提供一种用于监测的低成本、高精度、检测性能稳定的摆锤场强式测斜系统。为了解决上述技术问题，本专利技术的另一目的是：提供一种用于监测的低成本、高精度、检测性能稳定的摆锤场强式测斜方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种用于监测的高精度摆锤场强式测斜系统，包括有第一磁感应传感器、第二磁感应传感器、固定点、摆线、摆锤、电磁线圈和电源；所述摆锤通过摆线连接至固定点，所述电磁线圈设置于摆线上，该系统保持竖直时第一磁感应传感器和第二磁感应传感器分别固定于电磁线圈两侧，所述电源分别连接至第一磁感应传感器、第二磁感应传感器和电磁线圈。进一步，该系统封装于充满绝缘液体的容器内。进一步，所述绝缘液体为煤油和乙醇的混合液。进一步，还包括有采样电路，所述采样电路包括有第一采样模块和第二采样模块，所述第一采样模块用于连接第一磁感应传感器，所述第二采样模块用于连接第二磁感应传感器。进一步，还包括有通信电路，所述第一采样模块的信号输出端连接至通信电路的第一信号输入端，所述第二采样模块的信号输出端连接至通信电路的第二信号输入端。进一步，所述通信电路采用有线通信电路或无线通信电路。本专利技术所采用的另一技术方案是：一种用于监测的高精度摆锤场强式测斜方法，包括有以下步骤：在测斜系统中将第一磁感应传感器和第二磁感应传感器固定放置于同一水平线；测斜系统竖直放置时，将摆锤通过摆线连接至位于第一磁感应传感器和第二磁感应传感器对称轴上的固定点，并在摆线上与第一磁感应传感器和第二磁感应传感器同水平位置处设置电磁线圈；分别由第一磁感应传感器和第二磁感应传感器测量场强E1和E2；根据第一磁感应传感器和第二磁感应传感器测得场强的比值和倾角的关系计算得到倾角数据。进一步，所述根据E1与E2的比值和倾角的比例关系计算得到倾角数据这一步骤，具体为：R＝K*E1/E2，其中R为倾角数据，K为校准系数。本专利技术的有益效果是：本专利技术系统通过电磁线圈与两侧磁感应传感器的相对间距随倾角的改变得到倾斜角度的具体值，系统结构简单，通过两侧场强比例计算，对磁感应传感器的测量精度要求不高，并且批量测斜系统中即使磁感应传感器参数不同，也不影响测量结果的一致性；同时还可通过摆锤和摆线减少摆动的阻力对测量精度的影响，避免使用高成本的无摩擦轴承；使用绝缘液体可减少震动误差、增加测量的灵敏度。本专利技术的另一有益效果是：本专利技术方法通过电磁线圈与两侧磁感应传感器的相对间距随倾角的改变得到倾斜角度的具体值，系统结构简单，通过两侧场强比例计算，对磁感应传感器的测量精度要求不高，并且批量测斜系统中即使磁感应传感器参数不同，也不影响测量结果的一致性；同时还可通过摆锤和摆线减少摆动的阻力对测量精度的影响，避免使用高成本的无摩擦轴承。附图说明图1为测斜原理图；图2为本专利技术系统的结构示意图；图3为本专利技术系统测量状态示意图；图4为本专利技术方法的步骤流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：参照图2，一种用于监测的高精度摆锤场强式测斜系统，包括有第一磁感应传感器1、第二磁感应传感器2、固定点3、摆线4、摆锤5、电磁线圈6和电源；所述摆锤5通过摆线4连接至固定点3，所述电磁线圈6设置于摆线上，该系统保持竖直时第一磁感应传感器1和第二磁感应传感器2分别固定于电磁线圈6两侧，所述电源分别连接至第一磁感应传感器1、第二磁感应传感器2和电磁线圈6。当系统倾斜时第一磁感应传感器1、第二磁感应传感器2的位置也随之改变，此时摆锤5在重力作用下保持竖直，如图3所示，此时摆线4上的电磁线圈6与第一磁感应传感器1、第二磁感应传感器2的距离不同，因此第一磁感应传感器1、第二磁感应传感器2测得的场强E1、E2不同，通过E1、E2的比例值以及倾斜角度的比例关系即可计算出倾斜角度的具体数值。通常在批量元件中，元件之间的参数会存在一定误差，而使用高精度元件的成本又相对较高，尤其是现有技术中要同时采用无摩擦的高精度轴承以及高精度的传感器才能保证测量结果的高精度；本专利技术中采用随摆线摆动的电磁线圈以及两侧设置的磁感应传感器，即使是轻微摆动也能造成两侧设置的磁感应传感器的场强变化，从而精准取得场强变化并计算倾斜角度。其中摆线4可采用软线，具体可选用拉伸系数小、柔韧度大的材质；减少摆动过程中摆锤自身摩擦力的细微影响，进一步提高传感器灵敏度。进一步作为优选的实施方式，所述摆线4采用导电材料制成。首先，采用软线悬挂动极板，较少了阻力，使测量误差更小；其次，软线由导电材料制成，避免设置多余的导线用于连接电源和电磁线圈，而是直接通过导电的软线连接，排除另设导线对摆锤摆动造成的影响。参照图2，进一步作为优选的实施方式，该系统封装于充满绝缘液体8的容器7内。系统在测量过程中，可能由于摆锤5的摆动造成振动误差，对测量精度造成影响，因此将系统封装于充满绝缘液体8的容器7内，通过液体阻尼减少系统中部件的振动，提高测量精度，且绝缘液体不导电，不影响系统中各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于监测的高精度摆锤场强式测斜系统，其特征在于：包括有第一磁感应传感器、第二磁感应传感器、固定点、摆线、摆锤、电磁线圈和电源；所述摆锤通过摆线连接至固定点，所述电磁线圈设置于摆线上，该系统保持竖直时第一磁感应传感器和第二磁感应传感器分别固定于电磁线圈两侧，所述电源分别连接至第一磁感应传感器、第二磁感应传感器和电磁线圈。

【技术特征摘要】
1.一种用于监测的高精度摆锤场强式测斜系统，其特征在于：包括有第一磁感应传感器、第二磁感应传感器、固定点、摆线、摆锤、电磁线圈和电源；所述摆锤通过摆线连接至固定点，所述电磁线圈设置于摆线上，该系统保持竖直时第一磁感应传感器和第二磁感应传感器分别固定于电磁线圈两侧，所述电源分别连接至第一磁感应传感器、第二磁感应传感器和电磁线圈。2.根据权利要求1所述的一种用于监测的高精度摆锤场强式测斜系统，其特征在于：该系统封装于充满绝缘液体的容器内。3.根据权利要求2所述的一种用于监测的高精度摆锤场强式测斜系统，其特征在于：所述绝缘液体为煤油和乙醇的混合液。4.根据权利要求1所述的一种用于监测的高精度摆锤场强式测斜系统，其特征在于：还包括有采样电路，所述采样电路包括有第一采样模块和第二采样模块，所述第一采样模块用于连接第一磁感应传感器，所述第二采样模块用于连接第二磁感应传感器。5.根据权利要求4所述的一种用于监测的高精度摆锤场强式测斜系统，其特征在于：还包括有通信电路，所述第一采样模...

【专利技术属性】
技术研发人员：何钦，毛吉化，李建锋，张记峰，苏瑞明，阮园园，邝婧雯，卢金赟，李衍航，张贵鑫，钟玮，林西贤，王年忠，陈校，彭呈辉，张英颂，李华丰，李福亮，
申请(专利权)人：广州市建设工程质量安全检测中心，北京联睿科科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44