[发明专利]无管全向自修正实时位移测量管

说明书

技术领域

本发明涉及一种位移测量管。

背景技术

在土石墙，面板墙，岩石边坡，土建基坑等岩土施工中内部位移监测极其重要。目前监测这种位移的常用方法是在施工过程中随设高精度测斜管，或钻孔沉设测斜管。再将测斜仪导入测斜管中分点、分时、分段监测被测物体内部位移量。这种监测必须借助测斜管，而测斜管的安装状态将直接影响测斜仪的精度。能够获得被测物体内部真实位移量，极大程度上依赖于测斜管的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以精确反映被测物体的即时全维度位移量的无管全向自修正实时位移测量管。

本发明的技术解决方案是：

一种无管全向自修正实时位移测量管，其特征是：包括管体，管体中设置倾角仪，倾角仪上安装三轴加速度仪、三轴陀螺仪、三轴磁力计，三轴加速度仪、三轴陀螺仪与KALMAN过滤器连接，由加速仪和陀螺仪通过KALMAN过滤器得出整体水平方向夹角；三轴磁力计、KALMAN过滤器与微处理器连接，由磁力计和所述水平方向夹角合成得出整体在大地坐标系中间的位置，即转动矩阵；倾角仪与微处理器连接，倾角仪读数乘以此转动矩阵即能得出倾角仪在大地坐标系间的自修正后的全向转动角度；

所述整体为倾角仪、三轴加速度仪、三轴陀螺仪、三轴磁力计、KALMAN过滤器组合体。

在管体中设置3D打印定位底座，三轴加速度仪、三轴陀螺仪、三轴磁力计，三轴加速度仪、三轴陀螺仪、KALMAN过滤器装于3D打印定位底座上。

本发明取消了测斜管，监测仪的结构原理与传统测斜仪完全不同。只要将本发明直接安装在被测物体内部（或预设在被测物体的特定位置）就可即时全方位连续测量位移量。

本发明在高精度倾角仪上安装了三轴加速度仪、三轴陀螺仪、三轴磁力计，采用KALMAN过滤器，即时自动演算和修正倾角仪坐标、被测物体坐标、大地绝对坐标三者之间的关系，从而精确反映被测物体的即时全维度位移量。

本发明的优点还在于：

1、施工简便成本低

无需测斜管，无需测斜仪操作人员，安装简便；

2、实时连续

每秒可监测50次以上。连续反映被监测物体指定方向上的位移量。为施工安全提供量化指标。

3、测量精度高

由KALMAN的过滤功能，能即时、自动、演算修正之坐标系的相对正确位置，反映被测物体对大地坐标系中的真实三维位移量。（而传统的测斜设备最大缺点是需预先假设转动方向，才能确定侧斜管的导槽方向）。

4、安全警告功能

由于装有3轴加速仪，有些微小的局部变化可以比传统侧斜管在更短得时间内被反应并传递到业主终端。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是本发明的工作原理框图。

具体实施方式

一种无管全向自修正实时位移测量管，包括管体1，管体中设置倾角仪5，倾角仪上安装三轴加速度仪、三轴陀螺仪、三轴磁力计2，三轴加速度仪、三轴陀螺仪与KALMAN过滤器6连接，由加速仪和陀螺仪通过KALMAN过滤器得出整体水平方向夹角；三轴磁力计、KALMAN过滤器与微处理器连接，由磁力计和所述水平方向夹角合成得出整体在大地坐标系中间的位置，即转动矩阵；倾角仪与微处理器7连接，倾角仪读数乘以此转动矩阵即能得出倾角仪在大地坐标系间的自修正后的全向转动角度；

所述整体为倾角仪、三轴加速度仪、三轴陀螺仪、三轴磁力计、KALMAN过滤器组合体。

在管体中设置3D打印定位底座3，三轴加速度仪、三轴陀螺仪、三轴磁力计，三轴加速度仪、三轴陀螺仪、KALMAN过滤器装于3D打印定位底座上。

图中还有走线槽，其作用是：用来安装链接高精度倾角仪和加速仪主板的信号线。

工作原理：高精度倾角仪得出的转角是倾角仪在自身坐标系中得角度，这个自身坐标系和我们大地坐标系（如：北-西-上坐标系）得关系在以前传统的做法中是依靠先在结构物中间安装一根确定好方向得“测斜管”，然后让倾角仪严格按照侧斜管中的导槽来固定或移动，从而确定得。本发明不需测斜管，采用以下的自动步骤来确定 （如图）：

1、首先将倾角仪和加速仪，陀螺仪，和磁力计的各坐标轴对准固定好；

2、然后由加速仪和陀螺仪通过KALMAN过滤器得出整体水平方向夹角；

3、然后由磁力计和水平方向夹角合成得出整体（包括倾角仪）在大地坐标系中间得位置，即：倾角仪和大地坐标系之间的转动矩阵；

4、这样，倾角仪读数乘以此转动矩阵即能得出倾角仪在大地坐标系间的自修正后的全向转动角度。