一种深层水平位移自动化监测装置

技术领域

本发明涉及监测技术领域，具体为一种深层水平位移自动化监测装置。

背景技术

在土石坝、面板坝、路堤、基坑、岩石边坡等领域，深层水平位移的监测是非常重要的。

目前，市场主流固定测斜仪上的倾角传感器基本都采用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)。在测量过程中，MEMS传感部件对震动很敏感，被测物体的震动影响测量结果。特别是在岩土工程行业，传感器埋设在基坑周边，而基坑施工必然受吊机挖坑、重车行走、冲击施工等影响，传感器数据自然会产生漂移，导致测量结果不准确。

并且，目前深层水平位移监测方法一般采用定点观测，需要人工干预，监测效率低且存在误差。同时，受限于人力、时间和环境等因素，监测频率和精度也难以保证。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种深层水平位移自动化监测装置，从而解决或者至少缓解了现有技术中存在的上述问题和其它方面问题中的一个或多个。

为了实现前述目的，本发明提供了一种深层水平位移自动化监测装置，其中，包括监测单元、主控单元和供电单元；

所述监测单元包括测斜管和多个串联设置于所述测斜管内的电解式倾角传感器组件，所述测斜管竖直设置于土体预开设的钻孔内，所述测斜管内从下至上依次设置有多个所述电解式倾角传感器组件；

所述主控单元包括STEM32主机芯片和显示器，所述显示器与所述STEM32主机芯片电连接，所述STEM32主机芯片与多个所述电解式倾角传感器组件电连接；

所述供电单元用于给所述监测单元和主控单元供电。

在如前所述的深层水平位移自动化监测装置中，可选地，所述电解式倾角传感器组件包括标距延长杆、安装板、电解式倾角传感器、单片机A和单片机B，所述安装板竖直设置于所述标距延长杆的中间位置，所述电解式倾角传感器、单片机A和单片机B设置于所述安装板上，所述电解式倾角传感器与所述单片机A电连接，所述单片机A与所述单片机B电连接，多个所述电解式倾角传感器组件内的单片机B通过信号电缆串接且与所述STEM32主机芯片电连接。

在如前所述的深层水平位移自动化监测装置中，可选地，所述标距延长杆靠近两端处均设置有滑轮组，所述滑轮组包括安装套、高位滑轮和低位滑轮，所述安装套固定套设于所述标距延长杆外壁，所述高位滑轮设置于所述安装套的一侧，所述低位滑轮设置于所述安装套的另一侧，所述测斜管内壁对应所述高位滑轮设置有高位导向槽，所述测斜管内壁对应所述低位滑轮设置有低位导向槽，所述电解式倾角传感器组件通过所述高位滑轮与所述高位导向槽及所述低位滑轮与所述低位导向槽的配合与所述测斜管滑动连接。

在如前所述的深层水平位移自动化监测装置中，可选地，所述标距延长杆底部设置有U型卡口，所述标距延长杆底部通过所述U型卡口与所述标距延长杆顶部卡接。

在如前所述的深层水平位移自动化监测装置中，可选地，所述安装板上设置有用于保护所述电解式倾角传感器、单片机A和单片机B的保护壳。

在如前所述的深层水平位移自动化监测装置中，可选地，所述供电单元包括锂电池和太阳能板。

在如前所述的深层水平位移自动化监测装置中，可选地，所述主控单元还包括电平转换器，所述电平转换器与所述STEM32主机芯片电连接。

在如前所述的深层水平位移自动化监测装置中，可选地，所述主控单元还包括天线和4G模块，所述STEM32主机芯片通过所述天线和4G模块与云服务器通信连接。

在如前所述的深层水平位移自动化监测装置中，可选地，所述主控单元设置于保护盒内，所述保护盒顶部对应所述天线开设有圆孔，所述保护盒前端面开设有盒盖，所述盒盖通过搭扣与所述保护盒连接，所述盒盖的外侧壁设置有把手，所述保护盒顶部设置有手提把手。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

根据本发明的深层水平位移自动化监测装置设置有电解式倾角传感器，与目前使用的MEMS传感部件相比，电解式倾角传感器无可移动的部位，不会受吊机挖坑、重车行走、冲击施工等影响，且电解式倾角传感器精度更高。还设置有主控单元，主控单元自动采集电解式倾角传感器的数据，并对数据进行监控，取代了人力，提高了可靠性。

附图说明

图1为本发明深层水平位移自动化监测装置的结构示意图；

图2为本发明深层水平位移自动化监测装置中电解式倾角传感器组件的示意图；

图3为本发明深层水平位移自动化监测装置中电解式倾角传感器的结构示意图；

图4为本发明深层水平位移自动化监测装置的连接框图；

图5为本发明深层水平位移自动化监测装置中主控单元的结构示意图；

图6为本发明深层水平位移自动化监测装置中保护盒的结构示意图；

图7为本发明深层水平位移自动化监测装置中云服务器端显示位移及角度的示意图。

图中，1、监测单元；11、测斜管；12、电解式倾角传感器组件；121、电解式倾角传感器；122、单片机A；123、单片机B；124、保护壳；125、标距延长杆；126、信号电缆；127、U型卡口；128、高位滑轮；2、保护盒；21、把手；22、搭扣；23、手提把手；3、太阳能板；4、STEM32主机芯片；5、显示器；6、电平转换器；7、天线；8、4G模块；9、锂电池；10、定时器；11、电源接口；12、太阳能充电口通道；13、232数据接口；14、开关按钮。

具体实施方式

参照附图和具体实施方式，下面将以示例方式来说明根据本发明的深层水平位移自动化监测装置的结构组成、特点和优点等，然而所有描述不应用于对本发明形成任何限制。

此外，对于在本文提及的实施方式中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，本发明仍然允许在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或者删减而不存在任何的技术障碍，从而应当认为这些根据本发明的更多实施方式也是在本文的记载范围之内。

图1为本发明的深层水平位移自动化监测装置的结构示意图。在图中示出了主控单元、太阳能板3、测斜管11及设置于测斜管11内的电解式倾角传感器组件12。

在图1中的深层水平位移自动化监测装置以串联两组电解式倾角传感器组件12为例；根据其它实施方式，电解式倾角传感器组件12也可以为其他组数。

根据图1中的深层水平位移自动化监测装置，对土体进行钻孔，将测斜管11安装于钻孔内，并且测斜管11上端部高出土体表面150-200mm。测斜管11内从下至上依次设置有两组电解式倾角传感器组件12，电解式倾角传感器组件12之间通过信号电缆126连接，主控单元接收来着电解式倾角传感器组件12采集到的信号。

其中，太阳能板3用于给主控单元和电解式倾角传感器组件12供电。

图2为本发明的深层水平位移自动化监测装置中电解式倾角传感器组件12的示意图。

如图2中所示，电解式倾角传感器组件12包括标距延长杆125、安装板、电解式倾角传感器121、单片机A122和单片机B123，安装板竖直设置于标距延长杆125的中间位置，且标距延长杆125中间位置弯曲，标距延长杆125常取1m。电解式倾角传感器121、单片机A122和单片机B123设置于安装板上，电解式倾角传感器121与单片机A122电连接，单片机A122与单片机B123电连接，单片机A122采集电解式倾角传感器121采集到的数据并传输给单片机B123，单片机B123用于数据传输，其通过信号电缆126将数据传输给主控单元，也可通过无线信号模块发送到后台。单片机A122和单片机B123实现双隔离，数据的采集和传输分隔开，有效提高倾角数据传输的稳定性与安全性。

其中，安装板上设置有用于保护解式倾角传感器、单片机A122和单片机B123的保护壳124。

另外，标距延长杆125靠近两端处均设置有滑轮组，滑轮组包括安装套、高位滑轮128和低位滑轮，安装套固定套设于标距延长杆125外壁，高位滑轮128设置于安装套的一侧，低位滑轮设置于安装套的另一侧，测斜管11内壁对应高位滑轮128设置有高位导向槽，测斜管11内壁对应低位滑轮设置有低位导向槽，电解式倾角传感器组件12通过高位滑轮128与高位导向槽及低位滑轮与低位导向槽的配合与测斜管11滑动连接，即电解式倾角传感器组件12可沿导向槽轻松放入测斜管11内。

进一步地，标距延长杆125底部设置有U型卡口127，标距延长杆125顶部形状与U型卡口127相匹配，可卡入U型卡口127中，即为测斜管11内放置多个电解式倾角传感器组件12提供了便利性。

图3为本发明的深层水平位移自动化监测装置中电解式倾角传感器121的结构示意图。

如图3中所示，电解式倾角传感器121应用了液体摆原理，传感器由一个装有电解液的容器和三个与电解液接触的电极组成，其中，三个电极包括：两个激励电极和一个拾取电极。在容器中，电解液受到重力矢量的垂直平分作用，电解液会在容器中的平衡位置上保持水平，当电解液式倾角传感器倾斜时，电解液会交替覆盖和暴露两个激励电极，在激励电极上施加恒定交流电压时，在中心拾取电极处测量的输出电量与倾斜角度呈线性比例变化。电解式倾角传感器121提供±15°的中段测量，在一个单轴上的精度高达±0.005度。并且电解式倾角传感器121采用工业级的、全金属的、密封的传感器设计，可以在较为极端的环境中使用。

进一步地，电解式倾角传感器121的电源和电线接地端之间设置自恢复保险丝，自恢复保险丝具有过流过热保护、自动恢复双重功能。当线路出现异常的大电流时，自恢复保险丝的电阻会变成非常大，产生很高的温度从而阻止电流的通过；当温度恢复正常，自恢复保险丝的电阻变成比较小，从而恢复线路导通。避免在电解式倾角传感器121连接到每个通道时，因为接线问题导致短路从而烧坏采集器的情况发生，提高了安全性。

图4为本发明的深层水平位移自动化监测装置的连接框图。

图5为本发明的深层水平位移自动化监测装置中主控单元的结构示意图。

如图4-5中所示，深层水平位移自动化监测装置包括监测单元1、主控单元和供电单元。其中，主控单元包括STEM32主机芯片4、显示器5和电平转换器6。STEM32主机芯片4分别与显示器5和电平转换器6电连接。供电单元包括锂电池9和太阳能板3。在监测开始前，使用外接电源给锂电池9进行充电，在使用过程中，可通过太阳能板3给其供电。其中，电平转换器6将12V电压降到低电压供主控单元使用。显示器5选用数码管显示器，数码管显示器可显示STEM32主机芯片4采集到的倾角数据以及锂电池9电量等。

另外，主控单元包括还包括天线7和4G模块8，STEM32主机芯片4通过天线7和4G模块8与云服务器通信连接，STEM32主机芯片4可以将采集到的数据传输到云服务器。主控单元用于实现监测单元1和云服务器之间的正向数据采集与反向指令控制两个主要流程。其中，对应4G模块8，STEM32主机芯片4上设置有4G卡槽，并且在STEM32主机芯片4上设置有指示灯，指示灯用于显示4G信号的强弱。例如，指示灯绿色时，4G信号强。指示灯红色时，4G信号弱。

并且，STEM32主机芯片4自带存储功能，在无法与云服务器连接的特殊情况下，可将数据存储于STEM32主机芯片4自身。在STEM32主机芯片4上设置有232数据接口13，PC端可通过232数据接口13直接与STEM32主机芯片4连接，并读取存储的数据。STEM32主机芯片4对应锂电池9设置有电源接口11，对应太阳能板3设置有太阳能充电口通道12。STEM32主机芯片4上设置有开关按钮14，开关按钮14用于控制装置的上电和去电。STEM32主机芯片4上设置有定时器10，定时器10控制设备的唤醒与睡眠，维持深层水平位移自动化监测装置的整套系统持续工作。在正常等待时设置设备处于睡眠模式，减少电源供电压力，在需要测取数据时唤醒设备，保证设备在预定时间能够自动地不间断采集数据。

图6为本发明的深层水平位移自动化监测装置中保护盒2的结构示意图。

如图6中所示，主控单元设置于保护盒2内，保护盒2顶部对应天线7开设有圆孔，天线7可从圆孔中穿过。保护盒2前端面开设有盒盖，盒盖通过搭扣22与保护盒2连接，盒盖的外侧壁设置有把手21，通过设置盒盖，便于对盒体内的器件进行维护和更换。保护盒2顶部设置有手提把手23，通过设置手提把手23，方便保护盒2的携带和搬运。保护盒2对应显示器5可设置有观察窗。

进一步地，保护盒2尺寸设置为180×260×80mm，保护盒2顶部的圆孔直径为20mm。保护盒2外壳采用轻质铸铝高强材料，整体刚度高，轻巧且方便携带，能最大限度保证内部现场采集器的正常工作，内壁涂抹防水隔温材料，不仅能防止在雨雪天和施工过程中设备内部进水损坏，还能避免室外阳光直射导致内部温度过高零件烧坏。

结合本发明的以上实施方式，深层水平位移自动化监测装置的使用过程为：在本装置工作之前，在上位机上预设好各电解式倾角传感器121的地址与睡眠间隔，完成对测点的配置工作，并事先对现场采锂电池9进行充电，保证电量充足。测斜管11通常安装在穿过不稳定土层至下部稳定地层的垂直钻孔内，将多个电解式倾角传感器组件12依次放入测斜管11内，并完成各组件的连接。

在监测过程中，电解式倾角传感器121工作，单片机A122采集电解式倾角传感器121的倾角数据并传输给单片机B123，单片机B123通过信号电缆126将数据传输给STEM32主机芯片4，显示器5可以实时显示该数据供现场人员查看。STEM32主机芯片4通过天线7或4G模块8将数据传输给云服务器，云服务器中预先设置有位移变化模型，可将电解式倾角传感器121采集到的倾角数据转化为对应的位移变化值，此处不过多描述。当云服务器监测到位移变化值超过警戒线时，可向现场人员发出警报，其中警报发出途径为短信的方式等。并且，如图7所示，在云服务器端，可以实时输出倾角数值和位移变化值。工作人员也可以通过云服务器向STEM32主机芯片4发出指令，用以控制电解式倾角传感器121。

本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明书中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施方式进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的范围内。