一种基于三轴MEMS原理的杆式测斜仪的制作方法

本实用新型涉及一种基于三轴MEMS原理的杆式测斜仪，涉及到边坡、基坑、尾矿等安全监测行业领域。

背景技术：

目前在边坡、基坑、尾矿安全监测等领域，土体内部位移变化是一个重要的监测对象，内部位移主要通过杆式测斜仪进行测量。基本原理是：杆式测斜仪的长度固定，通过倾斜角度的变化，通过三角函数的关系计算水平位移L=Len*Sin(α)，其中Len为杆式测斜仪的长度，α为倾斜角度。

传统测斜仪仅仅只能测量水平的倾角变化，在被测物整体发生旋转而水平方向未发生倾斜的工况下，传统测斜仪亦无法测量。

上述传统监测系统实现存在以下的不足：

传统测斜仪仅能实现单点的水平倾角变化，当被测物整体发生旋转变形时，无法测量其扭转的情况，对于测量，存在一定的风险。

综上所述，传统的测斜仪功能单一，难以满足当前工况下的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于三轴MEMS原理的杆式测斜仪，即可实现X、Y方向的水平方向倾角的测量，亦可实现Z方向垂直轴的变化功能。

本实用新型要解决的技术问题：（1）既能测量X、Y方向水平的倾角变化，又能同时测量垂直方向的位置变化。

本实用新型为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种基于三轴MEMS原理的杆式测斜仪，他包括三轴MEMS倾角传感器、线性稳压器件、微型控制器、温度传感器、RS485通信模块；

微型控制器与三轴MEMS倾角传感器通过IIC总线通信连接，并通过RS485通信模块与上位机进行数据通信；

微型控制器分别与线性稳压器件、温度传感器、RS485通信模块连接。

通过IIC总线通信，X、Y、Z三轴加速度值，并通过RS485与上位机进行数据通信。

本实用新型的有益效果：

本实用新型内部设计有数字输出的三轴MEMS倾角传感器、微型控制器、RS485驱动电路、温度传感器等，通过微型控制器的控制，可实现测斜采集、方向角度采集功能，并通过串口总线进行传输，弥补了传统监测系统中不足。

附图说明

图1是本实用新型的杆式测斜仪模块结构框图；

图2是本实用新型实际安装示意图

图2中：21测斜仪电子仓； 22 滑动导轮； 23 测斜仪杆体；

图3是本实用新型三轴加速度传感器的测量方向示意图；

图4是本实用新型不同位置下MEMS输出加速度值示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述：

一种基于三轴MEMS原理的杆式测斜仪，他包括三轴MEMS倾角传感器1、线性稳压器件2、微型控制器3、温度传感器4、RS485通信模块5；

微型控制器3与三轴MEMS倾角传感器1通过IIC总线通信连接，并通过RS485通信模块5与上位机进行数据通信；

微型控制器3分别与线性稳压器件2、温度传感器4、RS485通信模块5连接。

举例说明：

本实用的杆式测斜仪内部设计有三轴MEMS加速度传感器，器件型号为恩智浦MMA8451Q。其可测量三个方向轴的加速度值，如图3、4所示。MMA8451Q成本低，相比SCA100T-D01的成本，MMA8451Q是一款性价比较高的实现方案。同时其为IIC总线数字输出，通过查询寄存器可直接读取其测量值，省去了ADC、REF基准源的使用，因此，使用MMA8451Q其对应的采集系统设计相对简单。

本实用新型测斜仪内部采用STM32F103作为主控制器，控制器驱动控制模数转换器对MEMS倾角传感器输出信号进行采集，得到倾斜角度值，与地磁方向传感器通过IIC总线通信，得到方向值。并将数据通过RS485传输给上位机。

为了对MEMS进行温度补偿，同时也为了测量环境温度值，本实用新型还设计有DS18B20温度传感器用于采集内部温度值。

实现串口总线通信、数据传输功能的设计方案是：设计一个RS485驱动电路，器件采用MAX3485，用于串口命令的收发及数据的传输功能。

将杆式测斜仪安装固定在测斜仪管内部，安装后注意调整其竖直方向，尽量保持竖直安装。

使用时禁止碰撞、跌落的发生，较少冲击对MEMS内部结构的损伤。