一种基于磁致位移传感器的多点位移测量系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于磁致位移传感器的多点位移测量系统及方法，使用基于磁致位移原理的位移传感器，能够通过一支探测杆搭配任意所需数量磁体的方法实现钻孔内多个测点的位移变化测量，解决了现有技术单支传感器只能测量单一测点位移的问题，具有量程大、测量精度高、结构简单、易安装、免调试等优点。

A multi-point displacement measurement system and method based on magnetic displacement sensor

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁致位移传感器的多点位移测量系统及方法
本专利技术涉及岩土安全监测
，尤其涉及一种基于磁致位移传感器的多点位移测量系统及方法。
技术介绍
传统用于土体分层位移(或分层沉降)的多点位移测量装置(即多点位移计)一般均采用位移传感器(如振弦式、电感式、电位计式、差动电阻式、差动变压器式)，为了测量钻孔内多个测点的位移，需要多组位移传感器、传递杆和锚固头的组合，通过在钻孔中不同深度安装锚固头并将锚固头固定在钻孔内实现对不同深度测点的位移测量。常规多点位移计的结构如图1所示，是由3-6支位移传感器、传感器安装基座及保护、位移传递杆及其保护管、锚固头等组成。通常埋设在土石坝、边坡、隧道等结构物内，测量结构物深层多个位置的相对位移、分层沉降、滑移等变形。在钻孔中不同深度安装多个锚固头(锚固头1、锚固头2、锚固头3)，锚固头包含灌浆式、液压式、弹性张弛式等类型用不同的方法锚固在钻孔内。各锚固头分别连接传递杆(位移传递杆1、位移传递杆2、位移传递杆3)及其保护管，并与位于孔口处的位移传感器连接，位移传感器均固定在传感器安装基座上，传感器安装基座被固定在孔口处。当任意锚固点处的岩土与孔口之间产生位移变化时，锚固点处的位移变化通过传递杆传递到孔口并经位移传感器感应，最终转换为电信号输出。用于土体分层位移(或分层沉降)时，一般采用一支或一支以上的位移传感器，通过在钻孔中安装锚头，连接在钻孔中，适用埋入安装的水管式沉降仪和适用于表面安装的静力水准仪，但这些设备均不能于水下环境工作，或因尺寸较大不适合狭小空间的安装。现有的多点位移计受工作原理的限制，存在如下缺点：1)测点数量受限，一个钻孔中最多只能布置6个测点，且测点数量越多钻孔直径要求越大；2)当有多个测点时需要多支位移传感器，钻孔中布置有多少个测点就需要多少支位移传感器；3)安装复杂。在一个钻孔需要布置对应测点数量的锚固头、传递杆及保护管；4)受使用条件及工作原理限制，用于常规多点位移计的位移传感器量程有限，量程仅有50～300mm，且传感器量程越大，相对精度越低，不能灵敏感应细微变化；5)位移传感器适应超量程能力差，当位移变化超过位移传感器量程后，需要重新调整或更换位移传感器，但大多数工程项目实际应用表明，无论是调整或是更换都难以实施或不可行。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术提出一种基于磁致位移传感器的多点位移测量系统及方法，使用基于磁致位移原理的位移传感器，实现在单根探测杆且不增加钻孔孔径的前提下布置多个测点，位移传感器测量精度高、方便调整及更换。为实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案包括：一种基于磁致位移传感器的多点位移测量系统，其特征在于，包括磁致位移传感器、若干磁体、保护管、孔口基座、保护罩和数据采集设备；所述磁致位移传感器包括测量电路、内置波导丝的探测杆以及探测杆固定盘；所述测量电路连接波导丝并能够向波导丝发出激励脉冲信号；沿波导丝传播的所述激励脉冲信号在受到磁力作用下形成扭转波，所述扭转波沿波导丝传输回测量电路；所述探测杆的长度匹配测量位置钻孔深度或匹配测量深度需要；所述探测杆固定盘一面固定连接探测杆，另一面固定连接测量电路，且探测杆固定盘直径大于探测杆外径；所述磁体为磁性材料制作的磁环结构部件；各所述磁体分别布置在钻孔中各待测点位置且所述磁环结构外径小于测量位置钻孔内径，磁环结构内径匹配保护管外径使磁体套装在保护管上同时沿保护管轴向方向产生位移；所述保护管为顶部开口底部无开口的无磁性中空管；所述保护管外径匹配磁体磁环结构内径使磁体套装在保护管上，保护管内径大于探测杆外径且保护管内部中空长度大于等于探测杆长度使探测杆插入保护管中空部分；所述孔口基座为外径大于测量位置钻孔直径的薄片部件，且带有若干孔口固定螺栓孔、若干探测杆固定盘固定螺栓孔、磁致位移传感器固定孔以及保护罩安装位；所述孔口固定螺栓孔位于孔口基座靠近外延且大于测量位置钻孔直径；所述磁致位移传感器固定孔位于孔口基座中央位置，其开孔大小匹配探测杆外径且小于探测杆固定盘直径使探测杆插入同时稳定承载探测杆固定盘；所述保护罩可拆卸的设置于孔口基座的保护罩安装位上并覆盖探测杆固定盘和测量电路；所述保护罩顶部还设有穿过电源线和信号传输电缆的开孔；所述数据采集设备通过信号传输电缆与测量电路相连接，所述磁体相对于探测杆的位置变化被测量电路测量计算得到磁体位移测量数据进而通过信号传输电缆输出至数据采集设备。进一步地，所述磁体为圆形磁环结构或多边形磁环结构或根据测量需要定制的非规则异形磁环结构。进一步地，所述保护管还包括设置于管外壁的磁体定位点用以定位磁体套装在保护管上的位置；所述磁体定位点为根据测量需要和/或测量经验所制定的钻孔内测量位置在保护管上的对应点。进一步地，所述探测杆固定盘与孔口基座采用螺栓固定连接。进一步地，所述数据采集设备包括数据记录存储模块和数据显示输出模块，所述数据记录存储模块用于存储记录磁体位移测量数据，再由数据显示输出模块输出显示各磁体位移方向和位移距离。一种采用如上所述的基于磁致位移传感器的多点位移测量系统的多点位移测量方法，其特征在于，包括以下步骤：A、在需要测量的钻孔安装设置上述基于磁致位移传感器的多点位移测量系统；B、分别设定每个磁体的基准扭转波回传时间及其所对应的磁体基准位置；C、测量电路连续向波导丝发送激励脉冲信号并持续接收对应各磁体的反馈扭转波；D、测量电路比对接收到的各磁体的反馈扭转波回传时间与该磁体的基准扭转波回传时间之间的相对误差，并依据相对误差计算各磁体的位移方向和位移距离；E、测量电路将计算得到的各磁体位移方向和位移距离发送至数据采集设备，通过数据采集设备存储记录并输出显示各磁体位移方向和位移距离。进一步地，所述步骤A包括以下分步骤：A1、根据测量需要确定要使用的磁体数量从而确定钻孔内的测量点数量，同时确定各测量点分别所处的位置以确定磁体安装位置；A2、在需要测量的钻孔内依据预先确定的磁体数量以及各磁体安装位置设置并固定各磁体和保护管；A3、使用固定材料对保护管与钻孔之间的空隙进行回填固定；A4、使用螺栓将孔口基座固定安装于钻孔孔口并确保孔口基座上的磁致位移传感器固定孔与保护管顶部开口对齐；A5、将探测杆从磁致位移传感器固定孔插入保护管内直至探测杆固定盘与孔口基座相接触，使用螺栓将探测杆固定盘固定于孔口基座；A6、将电源线与电源相连接，将保护罩对应安装在孔口基座保护罩安装位上。进一步地，所述分步骤A2包括将各磁体按照安装位置预先套装在保护管上并将设置有磁体的保护管装入钻孔，或使用液压膨胀环/膨胀卡将磁体固定于钻孔内，或使用非磁性沉降盘将各磁体按照安装位置预先固定在保护管上并将设置有磁体的保护管装入钻孔。进一步地，所述分步骤A3采用的固定材料包括水泥砂浆和/或砂石料和/或沙土。进一步地，所述步骤B包括以下分步骤：B1、在系统设置到位后，测量电路向波导丝发送一次激励脉冲信号；B2、激励脉冲信号在波导丝内以固定速度传播过程中受磁体影响产生扭转波，扭转波以固定速度回传至测量电路；由于系统内各磁体相对测量电路距离有远近差异使每个磁体所产生扭转波回传到测量电路的所需时间有长短差异；B3、测量电路记录每个磁体所产生扭转波回传到测量电路的所需时间并将所需时间与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁致位移传感器的多点位移测量系统，其特征在于，包括磁致位移传感器、若干磁体、保护管、孔口基座、保护罩和数据采集设备；所述磁致位移传感器包括测量电路、内置波导丝的探测杆以及探测杆固定盘；所述测量电路连接波导丝并能够向波导丝发出激励脉冲信号；沿波导丝传播的所述激励脉冲信号在受到磁力作用下形成扭转波，所述扭转波沿波导丝传输回测量电路；所述探测杆的长度匹配测量位置钻孔深度或匹配测量深度需要；所述探测杆固定盘一面固定连接探测杆，另一面固定连接测量电路，且探测杆固定盘直径大于探测杆外径；所述磁体为磁性材料制作的磁环结构部件；各所述磁体分别布置在钻孔中各待测点位置且所述磁环结构外径小于测量位置钻孔内径，磁环结构内径匹配保护管外径使磁体套装在保护管上同时沿保护管轴向方向产生位移；所述保护管为顶部开口底部无开口的无磁性中空管；所述保护管外径匹配磁体磁环结构内径使磁体套装在保护管上，保护管内径大于探测杆外径且保护管内部中空长度大于等于探测杆长度使探测杆插入保护管中空部分；所述孔口基座为外径大于测量位置钻孔直径的薄片部件，且带有若干孔口固定螺栓孔、若干探测杆固定盘固定螺栓孔、磁致位移传感器固定孔以及保护罩安装位；所述孔口固定螺栓孔位于孔口基座靠近外延且大于测量位置钻孔直径；所述磁致位移传感器固定孔位于孔口基座中央位置，其开孔大小匹配探测杆外径且小于探测杆固定盘直径使探测杆插入同时稳定承载探测杆固定盘；所述保护罩可拆卸的设置于孔口基座的保护罩安装位上并覆盖探测杆固定盘和测量电路；所述保护罩顶部还设有穿过电源线和信号传输电缆的开孔；所述数据采集设备通过信号传输电缆与测量电路相连接，所述磁体相对于探测杆的位置变化被测量电路测量计算得到磁体位移测量数据进而通过信号传输电缆输出至数据采集设备。...

【技术特征摘要】
1.一种基于磁致位移传感器的多点位移测量系统，其特征在于，包括磁致位移传感器、若干磁体、保护管、孔口基座、保护罩和数据采集设备；所述磁致位移传感器包括测量电路、内置波导丝的探测杆以及探测杆固定盘；所述测量电路连接波导丝并能够向波导丝发出激励脉冲信号；沿波导丝传播的所述激励脉冲信号在受到磁力作用下形成扭转波，所述扭转波沿波导丝传输回测量电路；所述探测杆的长度匹配测量位置钻孔深度或匹配测量深度需要；所述探测杆固定盘一面固定连接探测杆，另一面固定连接测量电路，且探测杆固定盘直径大于探测杆外径；所述磁体为磁性材料制作的磁环结构部件；各所述磁体分别布置在钻孔中各待测点位置且所述磁环结构外径小于测量位置钻孔内径，磁环结构内径匹配保护管外径使磁体套装在保护管上同时沿保护管轴向方向产生位移；所述保护管为顶部开口底部无开口的无磁性中空管；所述保护管外径匹配磁体磁环结构内径使磁体套装在保护管上，保护管内径大于探测杆外径且保护管内部中空长度大于等于探测杆长度使探测杆插入保护管中空部分；所述孔口基座为外径大于测量位置钻孔直径的薄片部件，且带有若干孔口固定螺栓孔、若干探测杆固定盘固定螺栓孔、磁致位移传感器固定孔以及保护罩安装位；所述孔口固定螺栓孔位于孔口基座靠近外延且大于测量位置钻孔直径；所述磁致位移传感器固定孔位于孔口基座中央位置，其开孔大小匹配探测杆外径且小于探测杆固定盘直径使探测杆插入同时稳定承载探测杆固定盘；所述保护罩可拆卸的设置于孔口基座的保护罩安装位上并覆盖探测杆固定盘和测量电路；所述保护罩顶部还设有穿过电源线和信号传输电缆的开孔；所述数据采集设备通过信号传输电缆与测量电路相连接，所述磁体相对于探测杆的位置变化被测量电路测量计算得到磁体位移测量数据进而通过信号传输电缆输出至数据采集设备。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁体为圆形磁环结构或多边形磁环结构或根据测量需要定制的非规则异形磁环结构。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述保护管还包括设置于管外壁的磁体定位点用以定位磁体套装在保护管上的位置；所述磁体定位点为根据测量需要和/或测量经验所制定的钻孔内测量位置在保护管上的对应点。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述探测杆固定盘与孔口基座采用螺栓固定连接。5.如权利要求1至4之一所述的系统，其特征在于，所述数据采集设备包括数据记录存储模块和数据显示输出模块，所述数据记录存储模块用于存储记录磁体位移测量数据，再由数据显示输出模块输出显示各磁体位移方向和位移距离。6.一种采用权利要求1至5之一所述的基于磁致位移传感器的多点位移测量系统的多点位移测量方法，其特征在于，包括以下步骤：A、在需要测量的钻孔安装设置上述基于磁致位移传感器的多点位移测量系统；B、分别设定每个磁体的基准扭转波回传时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭斌，赵初林，雷霆，沈省三，赵营海，
申请(专利权)人：基康仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11