传感百科-测斜仪

                                                                                    测斜仪
概述
   测斜仪是一种用于测量钻孔、基坑、地基基础、墙体、坝体和边坡等工程构筑物的顶角、方位角的仪器。
    测斜仪是一种测定钻孔倾角和方位角的原位监测仪器。在国外，上世纪五十年代就利用测斜仪对土石坝、路基、边坡及其隧道等岩土工程进行原位监测。我国从八十年代开始引进美、日、英等国生产的测斜仪对一些重大的岩土工程进行原位监测，取得了良好效果。一些相关的研究机构随后研制出电阻应变式、加速度计式和电子计式等智能型测斜仪。到目前为止，各种各样的测斜仪广泛应用于水利水电、矿产冶金、交通与城建岩土工程领域，在保证岩土工程设计、施工及其使用安全中，发挥了重要的作用。
简介
    测斜仪分为便携式测斜仪和固定式测斜仪。便携式测斜仪分为便携式垂直测斜仪和便携式水平测斜仪；固定式分为单轴和双轴测斜仪。目前人工监测应用最广的是便携式测斜仪，而固定式测斜仪多用于自动化监测。测斜仪是一种通过测定钻孔倾斜角从而求得水平向位移的原位监测仪器。
           测斜仪的基本配置包括测斜仪套管、测斜仪探头、控制电缆及测斜读数仪。
原理
    测斜管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。使用数字垂直活动测斜仪探头，控制电缆，滑轮装置和读数仪来观测测斜管的变形。第一次观测可以建立起测斜管位移的初始断面。其后的观测会显示当地面发生运动时断面位移的变化。观测时，探头从测斜管底部向顶部移动，在半米间距处暂停并进行测量倾斜工作。探头的倾斜度由两支受力平衡的伺服加速度计测量所得。一支加速度计测量测斜管凹槽纵向位置，即测斜仪探头上测轮所在平面的倾斜度。另一支加速度计测量垂直于测轮平面的倾斜度。倾斜度可以转换成侧向位移。对比当前与初始的观测数据，可以确定侧向偏移的变化量，显示出地层所发生的运动位移。绘制偏移的变化量可以得到一个高分辨率的位移断面图。此断面图有助于确定地面运动位移的大小，深度，方向和速率。
        测斜仪的工作原理右图所示。当测斜探头在测斜管内自下而上逐段滑动测量时，探头内的传感器敏感地反映出测斜管在每一深度段L处的倾斜角度变化，进而根据倾斜角求出不同高程处的水平位移增量，即

  

由测斜管底部测点开始逐段累加，可得任一高程处的水平位移，即

  

式中：di为第i测量段的水平位移增量；θi为第i测量段管轴线与铅垂线的夹角；Sj为测斜管底端固定点(i=0)以上i=j点处的位移。
在测斜仪观测时，为了消除和减少仪器的零漂及装配误差等，应在位移的正方向及测头调转180度以后的反方向各测读一次数据，取正反两方向测读数据的代数平均值作为倾角测值。

特点
性能卓越：便携式数字垂直活动测斜仪以其耐久性，高精度和反应快速而赢得世界广泛的赞誉。
可重复探测：为确保在各种测斜管上同样可以探测，测斜仪探头配备了坚固的轮架，密封的轮轴和特殊设计的测轮。
使用寿命长：探头结构紧凑，允许通过小半径曲线，安装使用期限超过了其他所有厂商的测斜仪。
计算机率定：每个测斜仪探头都经过专门设计的计算机率定工作台严格率定
可靠的控制电缆：控制电缆非常耐用而且便于搬运，即使在低温下也可以保持灵活耐用的特点。控制电缆还具有耐化学腐蚀及耐磨损的特性，并提供了极好的空间稳定性。柔韧的橡皮深度标记永久可靠地硬化在电缆护套上。标记不会松散，也没有会损坏电缆护套及导线的毛刺。
深度控制一致：滑轮装置为推荐辅助设备，它有助于操作者完成统一的深度控制。只能单向活动的电缆夹具确保了探头的位置一致。
系统的完整性：测斜仪系统包括高质量的测斜管，垂直和水平的活动测斜仪，垂直和水平的固定测斜仪，记录读数装置，图表分析软件和专用附件。
传感器测头参数

读数仪表参数
           时钟精度：不大于±5ppm；

存贮单元：可分四个工作区，在设定孔深假定为50米（缺省值，出厂时可设置）的情况下，每个工作区可存放2000多个测孔数据；最大每个孔深可设250米。

存储方法：面板按键存储数据和无线遥控器按键存储；

参数输入：可自主输入传感器三次方参数；

位移显示：可选择显示原始数据或直接显示位移量；

电池：3.7V/3000mAH聚合物可充电锂电池；

显示屏：240*128图形点阵LCD显示屏；

本机工作电流：不大于10mA（无背光及外接传感器）；

通讯方式：USB接口UART，波特率：9600bps；

充电时间：2~8小时。
监测应用步骤
       准备工作
 布置观测点与成孔：对于一个场地或者结构物,观测点应该因地制宜，合理布置。一般要求相邻观测点的水平距离为一个成孔深，也可根据岩土工程等级适当加密或减少观测点。施工时尽量要求钻孔是铅锤的，偏差角应小于2°。终孔直径应大于测斜管外径30mm，钻孔深度应超过最深位移带5m。所有钻孔在埋设测斜管前应该进行验收，合格后才能埋设。
测斜管的安装：测斜管的安装质量是测试效果的关键，应该遵循如下步骤：
1）将测斜管装上管底盖，用螺丝或胶固定；
2）将测斜管按顺序逐根放入钻孔中，测斜管与测斜管之间用接管连接，并用螺丝固定。测斜管在安装中应注意导槽的方向，导槽方向必须与设计要求定准的方向一致。将组装好的测斜管按次序逐节放入钻孔中，直至孔口；
3）当确认测斜管安装完好后即可进行回填(一般用膨润土球或原土沙。回填时每填至3～5m时要进行一次注水，使膨润土球或原土沙遇水后，与孔壁结合的牢固，直至孔口；
4）测斜管地表管口段浇注混凝土，做成混凝土墩台以保护管口和管口转角的稳定性。墩台上应设置位移和沉降观测标点；
5）露在地表上的测斜管应注意做好保护，盖上管盖，防止物体落入；6）安装完成后的测斜管应先用模拟测斜仪试放，试放时测斜管互成90°的两个导向槽都应从上到下试放到，保证模拟测斜仪顺测斜管能顺畅通过。
测斜仪的组装：在测试之前必须对测斜仪进行检验校正，并做好测试前的准备工作，再进行组装。
 测试过程
      首先将测斜仪置入测斜管内，要使导向轮完全进入导向槽内。方向应为导向轮的正向与被测位移坐标(+X)的正向一致时测值为正，相反为负。然后根据电缆上标明的记号，每基本长度测读一次测斜管轴线相对基准轴线的倾角。测试方式应遵循下面两个要点:当测斜管下部可靠固定在基岩中(埋入深度应大于5000mm)，可认定基岩没有位移。此时测量可至下而上测读一次，直至管口；当测斜管底部悬挂(底部未与基岩固定)，此时测量应由上至下进行测量。
监测数据采集与整理分析