專利名稱：錨索沿程連續位移測量儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于測量的技術領域，具體地涉及一種錨索沿程連續位移測量儀，其可用于測量錨索或錨桿的表面沿程變形。
背景技術：
泥石流、邊坡失穩是目前常見的地質災害。如果能夠在其發生之前監測到，就會預先采取措施，從而將損失降到最低。建筑物的變形監測是安全管理的一項重要手段。目前監測高邊坡和建筑物的傾斜變形一般采用測斜儀等。這些測量儀一般采用單點測量，測量范圍有限，難以自動化，造價很高。
發明內容本實用新型的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供一種連續測量、測量范圍大、自動化程度高、成本較低的錨索沿程連續位移測量儀。本實用新型的技術解決方案是這種錨索沿程連續位移測量儀，包括測量裝置、數據傳輸裝置、數據分析裝置，測量裝置由測量單元組成，測量單元包含外殼PVC管、MEMS加速度傳感器和數據線，MEMS加速度傳感器在外殼PVC管內并連接有數據線；數據傳輸裝置包含數據采集器、無線發射器、無線接收器、數據存儲器和太陽能電池；數據采集器分別與測量裝置、無線發射器、太陽能電池相連，數據存儲器分別與數據分析裝置、無線接收器、太陽能電池相連，通過無線發射器和無線接收器收發數據，數據采集器與數據分析裝置相連。由于采用太陽能電池而無需額外供電，所以可以長時間野外獨立工作，實現無人值守、定時間隔測量記錄；數據的傳遞可以通過數據線傳遞到數據分析裝置，也可以采用GPRS、或無線以太網和無線射頻傳遞到數據分析裝置；由于測量單元使用MEMS加速度傳感器，就能夠感知外殼的傾角并將其轉換為數字信號，再通過數據采集器、數據傳輸裝置傳給數據分析裝置，就能夠實現錨索沿程連續位移的自動化測量，而這種測量儀較設置多個測斜儀的現有技術來說，成本低很多。
圖I示出了根據本實用新型的錨索沿程連續位移測量儀的測量裝置的結構示意圖；圖2示出了根據本實用新型的錨索沿程連續位移測量儀的MEMS加速度傳感器的結構局部放大示意圖；圖3示出了根據本實用新型的測量裝置的橫截面示意圖；圖4示出了采用根據本實用新型的錨索沿程連續位移測量儀的整體結構示意圖；圖5示出了采用本實用新型的錨索沿程連續位移測量儀的一個測量單元的位移計算示意圖；圖6示出了本實用新型的錨索沿程連續位移測量儀應用于邊坡破壞的分析示意圖。
具體實施方式
如圖1、4所示，這種錨索沿程連續位移測量儀，包括測量裝置10、數據傳輸裝置、數據分析裝置12，測量裝置由測量單元4組成，測量單元包含外殼PVC管1、MEMS加速度傳感器2和數據線5，MEMS加速度傳感器2在外殼PVC管內并連接有數據線5 ;數據傳輸裝置包含數據采集器13、無線發射器8、無線接收器11、數據存儲器14和太陽能電池9 ;數據采集器13分別與測量裝置10、無線發射器8、太陽能電池9相連，數據存儲器14分別與數據分析裝置12、無線接收器11、太陽能電池9相連，通過無線發射器8和無線接收器11收發數據，數據采集器13與數據分析裝置12相連。MEMS (如圖2所示)，其實就是在一個硅基板上集成了機械和電子元 器件的微小機構，通過對電子部分使用半導體工藝和機械部分使用微機械工藝或者增加新的結構層來制作MEMS產品。MEMS主要包括微型機構、微型傳感器、微型執行器和相應的處理電路等幾部分，它是融合多種微細加工技術，并應用現代信息技術的最新成果的基礎上發展起來的高科技前沿學科。MEMS技術的發展開辟了一個全新的技術領域和產業，采用MEMS技術制作的微傳感器、微執行器、微型構件、微機械光學器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空航天、汽車、生物醫學、環境監控、軍事以及其它很多領域都有著十分廣闊的應用前景。本實用新型中使用的MEMS加速度傳感器只是其中一個非常小的應用分支，MEMS加速度傳感器即微電子機械系統(Micro-Electro-Mechanical-System)加速度傳感器,能夠感知外殼的傾角并將其轉換為數字信號，再通過數據采集器13、無線接收器11與遠程控制微機聯通。優選地,測量單元4的數量為多個,每個測量單元4中的MEMS加速度傳感器2串聯，并通過鋼絲3及數據線5連接。優選地，每個測量單元內的MEMS加速度傳感器2的數量是2個，目的是分別測量兩個正交方向上(E和N)的傾角。優選地，MEMS加速度傳感器2在外殼PVC管I的中心，由于采用的是PVC，忽略PVC管的變形，MEMS加速度傳感器2放在PVC管中間，即可精確的測得PVC管在兩個正交方向上(E和N)的傾角；同時可以避免MEMS加速度傳感器受到干擾或破壞。優選地，如圖3所示，在外殼PVC管I的內部設有纖維保護套6和柔性高分子材料層7。優選地，數據分析裝置12包含服務器。下面說明采用本實用新型的測量單元測量位移的原理①單段測量單元的位移計算取一段測量單元如圖5，假設原來AB軸為垂直的，以桿件AB為Z軸建立空間直角坐標系，定義平面XAY中，以X軸正方向為N，Y軸正方向為E。設A點為位移“O”點，在經歷時間At后,實測桿件的傾角變化為Δ Δ ΘΕ，其中Β'為B端變化后的位置,B1SB'在平面XAZ上的投影，B2S B'在平面YAZ內的投影，B3S B'在平面B1B' B2與AB軸的交點；Λ θ Ν為沿南北方向的夾角變化(Z BAB1), Δ ΘΕ為沿東西方向的夾角變化(Z BAB2)；在XAZ平面中，B1B3為B端沿南北方向上的位移，記為Λ Bn ;在YAZ平面中，B2B3為B端沿東西方向的位移，記為Λ BE，BB3 SB端變化到B'后，垂直高度上的位移，記為ABh，以上三個方向上的位移可用下面的公式來求得
權利要求1.錨索沿程連續位移測量儀，包括測量裝置(10)、數據傳輸裝置、數據分析裝置(12)，其特征在于測量裝置由測量單元(4)組成，測量單元包含外殼PVC管(1)、MEMS加速度傳感器⑵和數據線(5)，MEMS加速度傳感器⑵在外殼PVC管內并連接有數據線(5);數據傳輸裝置包含數據采集器(13)、無線發射器(8)、無線接收器(11)、數據存儲器(14)和太陽能電池(9);數據采集器(13)分別與測量裝置(10)、無線發射器(8)、太陽能電池(9)相連，數據存儲器(14)分別與數據分析裝置(12)、無線接收器(11)、太陽能電池(9)相連，通過無線發射器(8)和無線接收器(11)收發數據，數據采集器(13)與數據分析裝置(12)相連。
2.根據權利要求I所述的錨索沿程連續位移測量儀，其特征在于測量單元(4)的數量為多個，每個測量單元⑷中的MEMS加速度傳感器⑵串聯，并通過鋼絲(3)及數據線(5)連接。
3.根據權利要求I或2所述的錨索沿程連續位移測量儀，其特征在于每個測量單元內的MEMS加速度傳感器的數量是2個。
4.根據權利要求I或2所述的錨索沿程連續位移測量儀，其特征在于MEMS加速度傳感器⑵在外殼PVC管⑴的中心。
5.根據權利要求I所述的錨索沿程連續位移測量儀，其特征在于在外殼PVC管(I)的內部設有纖維保護套(6)和柔性高分子材料層(7)。
6.根據權利要求I所述的錨索沿程連續位移測量儀，其特征在于數據分析裝置(12)包含服務器。
專利摘要公開了一種連續測量、測量范圍大、自動化程度高、成本較低的錨索沿程連續位移測量儀，包括測量裝置、數據傳輸裝置、數據分析裝置，測量裝置由測量單元組成，測量單元包含外殼PVC管、MEMS加速度傳感器和數據線，MEMS加速度傳感器在外殼PVC管內并連接有數據線；數據傳輸裝置包含數據采集器、無線發射器、無線接收器、數據存儲器和太陽能電池；數據采集器分別與測量裝置、無線發射器、太陽能電池相連，數據存儲器分別與數據分析裝置、無線接收器、太陽能電池相連，通過無線發射器和無線接收器收發數據，數據采集器與數據分析裝置相連。
文檔編號G01B21/32GK202599385SQ201220120740
公開日2012年12月12日 申請日期2012年3月27日 優先權日2012年3月27日
發明者張國新, 李炳奇, 黃濤, 周秋景, 李海楓 申請人:中國水利水電科學研究院