[发明专利]级联多节点空间任意姿态倾角形变监测装置及计算方法

权利要求书

1.级联多节点空间任意姿态倾角形变监测装置，其特征在于，包括无线采集器、倾角计及RS485连接线，倾角计通过RS485总线级联多个节点组网，总线被无线采集器轮询采集上传到云平台，每个倾角计节点有不同的寄存器物理地址来区分。

2.根据权利要求1所述的级联多节点空间任意姿态倾角形变监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括与倾角计电性连接的扬声器和报警灯，倾角计包括微处理器、灯光驱动电路模块、扬声器驱动电路模块、三轴的MEMS加速度计、无线通信模块及电源模块，当倾角计三轴角度与初始姿态角度有明显变化时，微处理器会唤醒无线通信模块向云平台报告并驱动扬声器、报警灯本地报警。

3.根据权利要求1所述级联多节点空间任意姿态倾角形变监测装置的计算方法，其特征在于，倾角计由三轴的MEMS 加速度计构成，三维空间任意姿态可以通过倾角计的三个角度来表征：

R（Roll）表示水平面与加速度计x轴之间的夹角，也反映了设备沿y轴旋转的角度；

P（Pitch）表示水平面与加速度计y轴之间的夹角，也反映了设备沿x轴旋转的角度；

Y（Yaw）表示重力矢量与z轴之间的夹角，反映了重力因素产生的倾角；

当位于x和y轴的0 g以及z轴的1g初始位置时，所有计算的角度均为0°；

P,R,Y 三维角度的计算方法如下：

（1）

（2）

（3）

其中，atan2（y,x）是基于arctan()的函数，值域为-180°~180°，

。

4.根据权利要求3所述级联多节点空间任意姿态倾角形变监测装置的计算方法，其特征在于，

对于地面不均匀沉降监测：当地面支撑的持力层发生不均匀的沉降或者塌陷时，可将倾角计固定在水平的平面上，z轴竖直；

对于垂直直立面的监测：挡土墙鼓起、岩体的倾倒，可将倾角计固定在垂直的岩土面上，y轴竖直；

对于旋转90°的垂直直立面的形变监测：当多点级联时，固定在垂直的平面上倾角计x轴竖直；

对于监测区域的不规则形态，倾角的初始安装姿态随着岩体土体的形状而固定，可能是任意倾斜的角度。

5.根据权利要求4所述级联多节点空间任意姿态倾角形变监测装置的计算方法，其特征在于，

根据多种情况的安装的姿态，监测方法选取如下的自动判断方法选出三轴中的两个主要变化的角度来判断形变，以消除不确定度，

当|z|为max最大时，主要表征形变的P和R的两维角度，

当|y|为max最大时，主要表征形变的Y和P的两维角度，

当|x|为max最大时，主要表征形变的R和Y的两维角度，

安装完毕后，处理器按照（1）-（3）式，记录并存储设备的初始姿态 P0, R0, Y0，

安装后，微处理器周期性判断上述P(t), R(t),Y(t) 角度的变化，如每1min 计算一次，然后在三个角度中选取的2个主要形变的角度作为判断依据，

当 | P(t) – P0 | ， | R(t) – R0 |， | Y(t) – Y0 | 的绝对值差大于判定阈值时，说明蠕变达到一定程度，监测装置通过无线通信模块向云平台报警。

6.根据权利要求5所述级联多节点空间任意姿态倾角形变监测装置的计算方法，其特征在于，对于发生错断式坠落时，三轴加速度计内置的加速度平方根失重计算，会通过中断信号以最高优先级通知处理器，并触发报警灯及扬声器本地报警。