专利名称：一种基于无线自动双轴测斜仪的岩土工程监测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于岩土工程技术领域，特别涉及一种基于无线自动双轴测斜仪的 岩土工程监测系统，以及该系统的操作流程和应用。
背景技术：
地下空间开发、软土地基与路堤施工，隧道施工以及边坡工程等岩土工程 项目的实施过程中，地面沉降和地下侧向变形是岩土工程师最为关注的问题之 一。目前，传统测斜仪仍然是应用最广的测量地下侧向变形的工具。然而，传 统的测斜仪需要大量人工手动操作，其操作方法是由测量人员把倾斜测杆放 到测量钻孔的底部，再把测杆向上提，记录预定土层深度内的每点的倾斜角度， 再经计算把测量数据转化成地层侧向变形。通常，测量过程需要很长的时间， 如果需要取得二维地层侧向变形数据，则所需的时间和工作量将增加一倍。如 果遇到大规模的测量工程，耗费在地下变形测量的工作量和时间将十分巨大， 极不乎合经济原则。此外，传统的测斜仪测量边坡变形是一项十分困难和危险 的工作，尤其在台风或暴雨等情况下，甚至会危及测量人员生命。鉴于上述问 题，本发明利用微型机电系统(MEMS )和无线通信技术，提出一种成本低廉 但功能强大的无线岩土工程自动监测系统，通过开发用户交互软件与数据收集 系统，实现全自动实时无线地层侧向位移监测，用以代替传统的成本高昂、劳 动密集的监测设备与方案。
由于我国正处于大规模建设时期，大型基建项目不断增加，安全、准确且 经济的岩土工程测量系统将极具市场价值。
发明内容
本发明的目的是针对现有的岩土工程测斜仪成本高昂、劳动密集、操作时 间长和安全度低等问题，提供一种成本低廉但功能强大的无线岩土工程自动监 测系统。
为了达到这个目的，本发明采用的技术方案如下
利用一种低耗电量的、由仿真装置制成的双轴微型机电系统(MEMS)加 速度计和测量传感器，配合塑料保护外壳制成的轻便低成本组件，再连接一个 可控制该组件上下运行的马达系统，结合自动时间控制器，实现组件在测斜导 管内上下运行，以在整个土层内连续量测两个正交水平方向(X， Y)的地层则向位 移。测量操作与数据采集利用用户交互软件与数据采集系统完成，用户交互软 件与数据采集系统是利用LABVIEW 7.1软件建立的，可以将轻便低成本组件内 的测量传感器数据采集、扩增和校准，釆集的数据包括供电电压、X方向的输出 信号和Y方向的输出信号。用户交互软件与数据采集系统将采集到的数据转换 成侧向位移数据，其结果显示为每个测点的编号、位置以及相应的X方向和Y 方向的位移，绘制出两个方向位移随土层深度变化图，并能将采集到的所有数 据自动保存在电子表格中以供日后使用。在数据传输方面，本发明应用移动设 备和无线技术，基于GSM或GPRS网络进行高度可靠的无线数据传输，以实行监 测工作的无线全自动化。
本发明的优点是提供一个全新的、成本低廉但功能强大的无线岩土工程 监测系统。此系统能有效减少测量工作所需的人员，縮短工作时间。此系统的 自动量测和无线传输功能，可避免测量人员在危险的环境工作，是一个既安全 又经济的先进系统。
附图1 MEMS加速度计和测量传感器原理框图。
附图2基于MEMS加速度计和测量传感器设计的测斜仪。
附图3自动运行岩土工程则向变形监测系统。
附图4数据采集系统和无线通信系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。 本发明包括如下步骤
(1) 利用一种低耗电量、由仿真装置制成的双轴微型机电系统(MEMS)加 速度计和测量传感器(如附图1所示)配合自制塑料保护外壳来制成一个 轻便低成本组件，如附图2所示。
(2) 连接一个可控制组件上下运行的马达系统，结合自动时间控制器，控制 组件在测斜导管内上下运行，实现对整个地层内两个正交水平方向(X， Y) 地层侧向位移的连续量测，如附图3所示。
(3) 利用软件LABVIEW 7. 1开发一个用户交互软件和数据采集系统，把测量 传感器中的数据采集、扩增和校准，采集的数据包括供电电压、X方向的 输出信号和Y方向的输出信号。
(4) 利用交互软件和数据采集系统，将采集到的数据转换成侧向位移数据， 其结果显示为每个测点的编号、位置以及相应的X和Y方向位移，并绘制 出两个方向上位移随土层深度变化图，再把所有数据自动保存在电子表格 中。数据采集程序应用移动设备无线技术，基于GSM或GPRS网络进行高 度可靠的无线数据传输，实行监测过程全自动化，如附图4所示。
权利要求
1、一种基于无线自动双轴测斜仪的岩土工程监测系统，其特征在于由一种低成本测斜仪，自行开发的用户交互软件与数据采集系统组成，利用移动设备与无线技术，实现对地层侧向变形的全自动实时无线监测。
2、 根据权利要求1所述的一种低成本测斜仪，其特征在于有一个轻便 低成本组件，能自动在测斜导管内上下运行，实现在整个地层的两个正交水平 方向(X， Y)侧向位移的连续测量。
3、 根据权利要求2所述的轻便低成本组件，其特征在于由一种低耗电 量的双轴微型机电系统(MEMS)加速度计和测量传感器制成，并配有塑料保 护外壳。
4、 根据权利要求2所述的轻便低成本组件，其特征在于连接一个微型 马达系统，结合自动时间控制器，实现轻便低成本组件在测斜管导内的上下运 行。
5、 根据权利要求1所述的用户交互软件与数据采集系统，其特征在于 利用LABVIEW 7. 1建立，可实现测斜仪数据的采集与分析，并使整个数据测 量和分析过程具有鲁棒性。
6、 根据权利要求5所述的用户交互软件与数据采集系统，其特征在于 可以采集测量传感器中的数据，并进行扩增和校准，采集的数据包括供电电压、 X方向的输出信号和Y方向输出信号。
7、 根据权利要求5所述的用户交互软件与数据采集系统，其特征在于-可以将所有测量数据结果自动保存在电子表格中，以供日后使用。
8、 根据权利要求6所述的测量传感器中的数据，其特征在于X、 Y方向的输出信号可转换成侧向位移数据，其结果显示为每个测量点的编号、位置以及相应的X、 Y方向的位移，并能绘出两个方向的位移随土层深度的变化图。
9、 根据权利要求1所述的一个移动设备与无线技术，其特征在于利用 GSM或GPRS网络，进行高可靠性的无线数据传输，实行监测与数据采集的全自 动无线化。
全文摘要
本发明提供了一种基于无线自动双轴测斜仪的岩土工程监测系统，其特征在于由一种低成本测斜仪，自行开发的用户交互软件与数据采集系统组成，利用移动设备与无线技术，实现对地层侧向变形的全自动实时无线监测。本发明系统能有效地减少测量工作所需的人手，缩短操作时间。其自动量测和无线功能，可避免测量人员在危险的环境下工作，是一套既安全又经济的测量系统。
文档编号G01C9/00GK101551246SQ200910039248
公开日2009年10月7日 申请日期2009年5月6日 优先权日2009年5月6日
发明者吴玉棠, 周翠英 申请人:中山大学