[发明专利]一种用于监测的高精度摆锤电阻式测斜装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程检测领域，尤其是一种用于监测的高精度摆锤电阻式测斜装置和方法。

背景技术

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：ΔS_i＝(θ_i-θ_i-1).L，其中ΔS_i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装置中，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。例如一种磁敏电阻型倾角传感器(CN2466604Y)，其中采用磁敏电阻无接触地测量倾斜角度，但其结构中仍采用轴承结构，难以消除摩擦力的影响，无法保证低成本实现高精度；例如气体摆式倾角传感器(CN2160886Y)，其采用热敏电阻，要求电阻温度系数大、稳定性好，同样无法保证低成本实现高精度；而现有技术中电解液式倾斜仪则是利用浸入电解液的电极深度随倾斜角改变的原理来工作，电解液可能挥发对其浓度或电解液体积造成变化，从而影响测量精度，因此对密封性要求高，从而增加其硬件成本。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种用于监测的低成本、高精度摆锤电阻式测斜装置。

为了解决上述技术问题，本发明的另一目的是：提供一种用于监测的低成本、高精度摆锤电阻式测斜方法。

本发明所采用的技术方案是：一种用于监测的高精度摆锤电阻式测斜装置，包括有电源、圆弧形电阻和摆锤，所述圆弧形电阻固定设置，所述圆弧形圆心位置设置有固定点，所述摆锤通过一段长度大于R的线连接至固定点，R为圆弧形对应圆的半径，所述线上设置有导电的接触电极，所述圆弧形电阻在圆弧形所在平面垂直于水平面时与接触电极导电接触，所述圆弧形电阻的两端分别设置第一电极和第二电极，所述电源的输出端与第一电极连接，所述电源的输入端与第二电极连接。

进一步，还包括有电压采样电路，所述电压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采样第一电极与接触电极之间的电压，所述第二采样模块用于采样第二电极与接触电极之间的电压。

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。

进一步，所述电源为恒压源或恒流源。

进一步，所述线由导电材料制成。

本发明所采用的另一技术方案是：一种用于监测的高精度摆锤电阻式测斜方法，包括有以下步骤：

将圆弧形电阻的两端与电源连接，所述圆弧形电阻的圆弧形所在平面与水平面垂直放置；

在圆弧形电阻对应的圆心位置设置固定点，固定点上设置有连接摆锤的线，线上设置有与圆弧形电阻接触的接触电极；

测量圆弧形电阻一端与接触电极之间的电压V1以及圆弧形电阻另一端与接触电极之间的电压V2；

根据V1与V2的比值和倾角的比例关系计算得到倾角数据。