阵列式位移监测系统技术方案

本发明专利技术提供一种阵列式位移监测系统，包括多个监测节，监测节之间通过柔性连接管连接，在监测节内设有加速度传感器，加速度传感器与采集装置电连接，采集装置与运算装置电连接，运算装置与数据发送装置电连接。通过采用阵列的加速度传感器对监测节的姿态进行监测，通过对多节监测节的联合解算，得出被监测物体的变形量。通过降低对传感器精度的需求，采用五轴的方案，克服了三轴传感器测量精度较低的问题，虽然增加了两个轴的加速度计，但达到同样精度要求的情况下，降低了对加速度计的精度要求，实际反而大大降低了监测系统的成本。

【技术实现步骤摘要】
阵列式位移监测系统
本专利技术涉及岩土工程、大坝工程、地质工程等监测系统领域，特别是一种阵列式位移监测系统。
技术介绍
位移监测系统是用于岩土工程、大坝工程、地质工程监测的系统，通过内置的加速度传感器来监测边坡或大型构件物的变形量，用于预防地质灾害和确保大型构件物的变形在许可的范围内。现有新技术中通常采用陀螺仪来的转角变化，对变形进行测量。例如中国专利文献CN1558181A中记载的大坝面板挠度或坝体内部变形监测方法及其装置。但是该方案对陀螺仪的精度要求较高，设备成本较高。CN103727911A中还记载了一种基于MEMS阵列的组装式深部位移监测设备及系统，采用)倾角传感器阵列来获得地下深部位移监测结果。如前述的倾角传感器是基于转角的监测来获得位移结果，对精度要求较高。这些方法都还需要埋设安装监测系统特殊的运行管道，导致设备整体成本仍然较高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种阵列式位移监测系统，能够在确保监测精度的前提下，大幅降低设备成本。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种阵列式位移监测系统，包括多个监测节，监测节之间通过柔性连接管连接，在监测节内设有加速度传感器，加速度传感器与采集装置电连接，采集装置与运算装置电连接，运算装置与数据发送装置电连接。优选的方案中，在监测节内设有一个三轴加速度传感器，用于监测X、Y、Z三轴位移数据。优选的方案中，在监测节内设有一个一轴加速度传感器，一轴加速度传感器的监测方向沿着监测节的轴向；在监测节的两端位置还设有两个二轴加速度传感器，两个二轴加速度传感器的监测方向沿着监测节的横截面方向。优选的方案中，两个二轴加速度传感器的监测方向在圆周上相差30～60°。优选的方案中，标定时，首先做一个二轴加速度传感器和一轴加速度传感器的正交标定，然后再做另一个二轴加速度传感器和一轴加速度传感器的正交标定，以使系统内测量轴正交；加速度阈值判断，以0.866为阈值，决定选取哪个轴为测量轴，超过该阈值就切换另外一组测量轴进行测量。优选的方案中，所述的柔性连接管为不锈钢波纹管，不锈钢波纹管的两端通过螺纹与监测节固定连接；或者所述的柔性连接管为耐压胶管，耐压胶管内设有钢丝网骨架；在柔性连接管内填充有直径在1～12mm之内的球状颗粒物。优选的方案中，数据发送装置还与无线传输装置电连接，无线传输装置与云服务器连接；云服务器通过交互系统与终端连接。优选的方案中，在使用过程中，对监测信号进行降噪处理，具体步骤为：S1、信号分解：根据原始信号的特征选取合适的小波基函数，并确定分解的阶数和分解后的各层小波系数，选择合适的分解阶数避免信号降噪不彻底或者过渡降噪；S2、小波系数阈值量化处理：根据获得的各层小波系数的特征，选择合适的阈值函数与阈值准则，对分解后的高频噪声信号进行阈值量化处理；S3、小波重构还原：将第i层分解的低频近似系数和经过阈值量化处理的高频细节系数进行小波重构，还原后的信号即为降噪后的信号。优选的方案中，阈值准则采用无偏风险估计准则、固定阈值准则、极大极小阈值准则和启发式的阈值准则中的一种。优选的方案中，加速度传感器的误差数学模型为：其中：Ax、Ay、Az为监测节X、Y、Z轴的实际测量值；ax、ay、az为真实加速度值；Ax0、Ay0、Az0为零偏；Sx、Sy、Sz为标度因数；Kij为安装误差系数，对应加速度计敏感轴与正交方向的失准角；Kii为二阶非线性系数。本专利技术提供了一种阵列式位移监测系统，通过采用阵列的加速度传感器对监测节的姿态进行监测，通过对多节监测节的联合解算，得出被监测物体的变形量。本专利技术通过降低对传感器精度的需求，以及优选方案中的误差补偿，能够在确保监测精度的前提下，大幅降低整个系统的成本，也能够降低系统的抗干扰能力，例如磁性和温度等因素对系统的影响，提高系统的稳定性。优选的，采用五轴的方案，克服了三轴传感器测量精度较低的问题，虽然增加了两个轴的加速度计，但达到同样精度要求的情况下，降低了对加速度计的精度要求，实际反而大大降低了监测系统的成本。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术的整体结构示意图。图2为本专利技术的单节监测节的结构示意图。图3为本专利技术的单节监测节另一优选方案的结构示意图。图3-1为图3的横截面示意图。图4为本专利技术的二轴加速度传感器的电路示意图。图5为本专利技术的主控电路示意图。图6为本专利技术的数据发送装置电路示意图。图7为本专利技术的阵列式位移监测系统的数据传输框图。图8为本专利技术实验过程中阵列式位移监测系统测试图。图9为本专利技术的监测信号降噪后的示意图。图10为本专利技术在某水利工程中实际使用时的监测三维姿态图。图11为本专利技术在某水利工程中实际使用时的X-Y投影图。图12为本专利技术在某水利工程中实际使用时的X-Z投影图。图13为本专利技术在某水利工程中实际使用时的Y-Z投影图。图14为本专利技术在某水利工程中的布置示意图。图中：监测节1，加速度传感器100，三轴加速度传感器101，第一二轴加速度传感器102，第二二轴加速度传感器103，一轴加速度传感器104，采集装置105，运算装置106，第一数据发送装置107，第二数据发送装置108，柔性连接管2，线缆3，柔性监测装置4，无线传输装置5，云服务器6，交互系统7，终端8，水利工程9。具体实施方式实施例1：如图1、4～6、10中，一种阵列式位移监测系统，包括多个监测节1，监测节1之间通过柔性连接管2连接，在监测节1内设有加速度传感器100，如图4中，加速度传感器100与采集装置105电连接，采集装置105用于采集信号，并对采集的电信号进行滤波降噪处理，采集装置105与运算装置106电连接，运算装置106用于将电信号转换成数字信号，运算装置106与数据发送装置电连接，数据发送装置采用485或CAN总线发送数据。由此结构，将本专利技术如图14中所示的设置在水利工程9中，包括竖直方向和沿水流方向，其中竖直方向的阵列式位移监测系统用于监测水利工程9或者大型闸门的竖向变形，而沿水流方向的阵列式位移监测系统用于监测水利工程9或者大型闸门的不均匀沉降导致的变形。通过加速度传感器100测量监测节1的姿态变化从而获得水利工程9或者滑坡等的内部变形量。实施例2：在实施例1的基础上，优选的方案如图2中，在监测节1内设有一个三轴加速度传感器101，用于监测x、y、z三轴位移数据。三轴加速度传感器101采用例如ADXL3系列三轴加速度传感器，在三轴加速度传感器中设有质量块，质量块在x、y、z三轴正交方向被弹性支承，并设有差动式电容检测电路以检测质量块的位移，从而计算得到x、y、z三轴位移数据。实施例3：在实施例1的基础上，为避免实施例2中的x、y、z三轴之间的互相影响，尤其是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阵列式位移监测系统，包括多个监测节(1)，监测节(1)之间通过柔性连接管(2)连接，其特征是：在监测节(1)内设有加速度传感器(100)，加速度传感器(100)与采集装置(105)电连接，采集装置(105)与运算装置(106)电连接，运算装置(106)与数据发送装置电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种阵列式位移监测系统，包括多个监测节(1)，监测节(1)之间通过柔性连接管(2)连接，其特征是：在监测节(1)内设有加速度传感器(100)，加速度传感器(100)与采集装置(105)电连接，采集装置(105)与运算装置(106)电连接，运算装置(106)与数据发送装置电连接。


2.根据权利要求1所述的一种阵列式位移监测系统，其特征是：在监测节(1)内设有一个三轴加速度传感器(101)，用于监测X、Y、Z三轴位移数据。


3.根据权利要求1所述的一种阵列式位移监测系统，其特征是：在监测节(1)内设有一个一轴加速度传感器(104)，一轴加速度传感器(104)的监测方向沿着监测节(1)的轴向；
在监测节(1)的两端位置还设有两个二轴加速度传感器，两个二轴加速度传感器的监测方向沿着监测节(1)的横截面方向。


4.根据权利要求3所述的一种阵列式位移监测系统，其特征是：两个二轴加速度传感器的监测方向在圆周上相差30～60°。


5.根据权利要求3或4任一项所述的一种阵列式位移监测系统，其特征是：标定时，首先做一个二轴加速度传感器和一轴加速度传感器(104)的正交标定，然后再做另一个二轴加速度传感器和一轴加速度传感器(104)的正交标定，以使系统内测量轴正交；
加速度阈值判断，以0.866为阈值，决定选取哪个轴为测量轴，超过该阈值就切换另外一组测量轴进行测量。


6.根据权利要求1所述的一种阵列式位移监测系统，其特征是：所述的柔性连接管(2)为不锈钢波纹管，不锈钢波纹管的两端通过螺纹与监测节(1)固定连接；或者所述的柔性连接管(2)为耐压胶管，耐压...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡德所，郑天翱，陈声震，
申请(专利权)人：蔡德所，
类型：发明
国别省市：湖北;42