[发明专利]一种基于无线传感技术的岩土工程沉降监测系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于无线传感技术的岩土工程沉降监测系统，包括至少两段沉降传递板件，沉降传递板件内设有Flexforce弯曲传感器，相邻沉降传递板件通过传感器连接铰连接；各弯曲传感器均通过传感器信号采集线缆连接至数据采集传输装置，数据采集传输装置与数据采集分析终端通过无线发射装置连接。本发明还提供了一种基于无线传感技术的岩土工程沉降监测方法。本发明结合Flexforce传感技术的灵敏、3D打印构件的便捷迅速以及无线蓝牙传输稳定的优势，形成的岩土工程沉降监测系统具有应用范围广泛、即时性高、数据稳定的特点，降低了监测成本，提高了监测质量；具有可无线传输、体积小、成本低、易于安装使用的优点。

技术领域

本发明涉及一种基于Flexforce无线传感技术的岩土工程沉降监测系统，主要用于测量大型岩土工程建筑物如地基、路面、隧道等发生的沉降，属于工程结构健康监测技术领域。

背景技术

对于岩土工程中的建筑物而言，沉降对其工程质量有重要的影响，尤其是在部分较为大型的岩土工程如基础、隧道及铁路路基工程中，沉降控制直接影响到工程的使用安全。不同类型建筑结构的沉降测量主要由沉降传感器实现，目前现有技术方法种类较多，其中较为成熟的有液位沉降测量系统。

对于基于光纤传感器的测量沉降，现有技术中已有一些基本的技术方法，如专利号CN103362114A公开的基于布拉格光纤传光栅传感技术测量填土不同层深的沉降，该类型传感器结构简单，可以测量不同深度以及不同点位的沉降量；专利号CN103968804A公开的基于低相干干涉技术的沉降测量系统，该系统利用扫描光程的变化反映地面沉降，可以大范围的布设于隧道、铁路路基、大型的地基等等；专利号202119406U公开的专利将光纤光栅传感器密封在悬臂梁表面，然后将此悬臂梁密封在一个小型的盒状体内部，并将其埋入土体内部以感知沉降大小。专利号CN20187656U与专利号CN103175508A公开的结合光纤光栅传感技术测量应变、位移以及压力等参数，将这些参数综合成一套预警系统。这些常规的传感手段的复杂性在于制作各个传感部件的复杂性，加工精度难以控制，且加工一般较为复杂，而3D打印恰好可以克服这些缺陷。

3D打印又名快速成型技术，是一种使用粉末状金属或塑料等可粘合材料，以数字模型文件为基础的构造物体的逐层打印技术。与传统制造业不同，三维打印偏重于依靠先进的计算机建模及分析系统，对所需物品的结构和尺寸进行设计和逐层分区，将三维图形转化为大量二维模型用以指导打印机进行逐层打印。由于制造部分采用全机械自动化方式完成，3D打印技术与传统制造方式相比有着诸多优势，首先计算机对物件的高精度分解能实现对结构极其复杂构件的制造，各类难以用传统器械进行人工制造的构件亦可快速直接且精确地进行打印，从而有效地缩短了产品研发周期；其次，使用3D打印技术制造构件无需传统器具及人工，即可将三维模型转化为实物，减少了制作过程中产生的误差。

Flexforce弯曲传感器是一种由超薄电阻片构成的新型电阻式传感器，与传统的弯曲传感器相比具有更高的精度，更易携带且数据获取也更为便利，优势十分明显。由于其轻薄的特性，Flexforce弯曲传感器比传统传感器更易通过外部封装被固定在测量曲面上，更为准确地进行无线输出。同时，外部封装很好地将传感器与外部隔开，使得传感器极少受环境影响，从而能够实现垂直多点同步测量以及多次、循环使用。兼具轻质、便携、可循环、不易被环境影响、可无线模拟输出等诸多优势的Flexforce弯曲传感器经过封装即可埋入待测材料进行全自动准分布式测量。Flexforce传感器应用了当前较为先进的弯曲传感技术，广泛使用于医学、力学等多个研究领域，在土木工程中，Flexforce传感器已应用于测定建筑结构表面出现变形或裂缝的发展情况。

蓝牙是一种相对成熟的无线通信技术，不同设备通过分别安装蓝牙模块进行即时无线数据交换，使得移动终端能够便捷高效地接收数据。相对于其余无线通信技术，蓝牙以更小的功耗和更低的成本实现了无线通信，节约制造成本，有利于推广应用。同时由于蓝牙技术具有较强的抗衰减能力，位移传感器能够在土体内部长时间提供更为稳定的数据输出。