一种总线型高密度测斜系统和方法与流程

本发明涉及工程检测领域，尤其是一种总线型高密度测斜系统和方法。

背景技术：

深层水平位移监测是二级及以上监测安全等级工程必测项目，广泛应用与基坑、隧道、边坡、地基、轨道交通、尾矿、大坝工程的安全监测中。就建筑基坑而言，根据《建筑基坑工程监测技术规范》(gb50497-2009)表4.2.1，一、二级建筑基坑，深层水平位为应测，三级建筑基坑为宜测；根据《城市轨道交通工程监测技术规范》(gb50911-2013)表4.2.1，监测安全等级为一、二级，深层水平位为应测项目，监测安全等级三级为选测。因此，深层水平位移的应用广泛，是工程监测不可或缺的监测项目之一。

测斜仪依据探头是否固定在被测物体上分为固定式和活动式两种。基坑工程监测中常用的是活动式测斜仪，即先埋设测斜管，每隔一定的时间将探头放入管内沿导槽滑动，测量间距宜为0.5m(li＝0.5m)，通过量测测斜管每0.5m斜度变化推算水平位移。固定式测斜仪是将测斜探头作为单点传感器，每隔一定固定距离(一般3～8m，即li＝3～8m)，埋设于测斜管中，通过假定传感器之间测斜管斜度与传感器测量斜度变化相同，从而推算水平位移。测斜原理图1，左侧竖直的为基准线，右侧的曲线为变形后曲线，阴影部分为测斜仪，计算公式为：δsi＝(θi-θi-1).l，其中δsi为深度i处水平位移变化量，θ为深度i处重复测量的倾角变化量，l为量测间隔。

现有的活动式测斜仪作为目前工程监测应用最广泛的方法之一，通过预埋测斜管，数据采集中，每n/2米(n为整数)进行数据采集，然后计算水平位移，具有便携、经济、数据采集密度高等特点，然而其实际应用中存在以下诸多缺点：

第一、测量辅助设施(测斜管)埋设难度高：测斜管通长绑扎于预制钢筋笼上，并在工程桩浇筑前同钢筋笼同步下放至钻孔内，然后与支护桩一体浇筑，后经桩头破除，续接及砌筑保护墩等多道工序才能完成辅助设施的埋设，而在整个工序中，因测斜管接管不牢、密封不紧、吊装变形、方向错位等任何一个疏漏，均可造成该部位支护结构无法进行深层水平位移测量。若采用在桩身旁土体进行钻孔埋设，则同样面临沉管困难、测斜管周边填充不密实、泥浆沉淀导致深度不满足设计要求、土体与支护结构变形不协调及埋设费用高昂等多种问题。

第二、劳动强度大、数据采集慢：活动式测斜的数据采集主要采用人工提升测斜传感器，每0.5m悬停，待数据稳定采集测斜数据，为减小误差，采用正、反测两次。以25米测斜孔计算，假定每次悬停5秒待数据稳定，则在整个数据采集中，设备下放50m，提升50m，人工需悬停100次，500秒，整个采集过程单孔只是要约15分钟，若一般工程按15孔计算，则，单独测斜项目需2个人不停采集225分钟(即约3.5小时)，劳动强度十分大，采集效率低。

第三、数据精度差：有测斜原理(详见本文第1节)可知，岩土体或支护结构深层水平位移采用某深度0.5米长度内倾角变化量值，通过换算得到该深度的水平位移变化量，单点位移计算如下：

δsi＝(θi-θi-1).l

δsi—深度i处水平位移变化量；

θ—深度i处重复测量的倾角变化量；

l—量测间隔。

由公式可知，其主要误差源有：θ重复测量中深度无法完全保持一致，导致i深度处水平位移计算误差。

现有的固定式测斜仪主要应用于需永久监测的工程，如大坝、永久边坡、尾矿等，其具备数据自动采集、远程传输、采集频次高、单点精度高等特点，然而其实际应用中存在以下诸多缺点：

第一、测量辅助设施(测斜管)埋设难度高：与活动式测斜仪同，不在叙述；

第二、设备成本高：单点固定式采集仪国内外价格差异极大，大致为1500～20000元/点，一般工程限于造价无法应用；

第三、采集密度低，数据拟合度差：鉴于成本原因，固定式测斜仪一般安装间隔为3～10m一点；且，因单个传感器需引线至测斜管口(管口直径70mm)，传感器过多将导致导线太多无法进行安装。因此，固定式测斜仪所测量数据所绘制数据曲线与实际变形拟合度差。

现有技术中如一种实时测量地下变形的方法和装置(cn102889876a)，其设置监测节点时采用的是同轴电缆通讯方式，该方式在线基坑施工现场易受到广播、低频、特性阻抗等干扰，并且其检测精度受制于电缆质量、电源质量等，进而影响到设备成本、监测精度和数据链完整度，不利于测斜检测网的高密度布置和使用。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种总线型高密度、高精度、自动化测斜系统。

为了解决上述技术问题，本发明的另一目的是：提供一种总线型高密度、高精度、自动化测斜方法。

本发明所采用的技术方案是：一种总线型高密度测斜系统，包括有数据采集模块和至少两个传感单元，所述传感单元包括有总线串联上接口、总线串联下接口、控制模块和测斜传感模块，所述总线串联上接口通过总线连接至总线串联下接口，所述控制模块通过总线与数据采集模块通信，所述控制模块还与测斜传感模块连接，所述传感单元的总线串联上接口用于连接数据采集模块的输入端或其他传感单元的总线串联下接口，所述数据采集模块的输入端与至少一个传感单元的总线串联上接口连接。

进一步，所述总线串联上接口和总线串联下接口采用rs485接口。

进一步，所述数据采集模块采用总线收发器。

进一步，所述传感单元还包括有总线电压控制模块，所述总线串联上接口的电源端通过总线电压控制模块分别连接至控制模块和测斜传感模块。

进一步，所述总线串联上接口的电源端电压为9v，所述总线电压控制模块为5v稳压电路。

进一步，所述测斜传感模块包括有至少一个测斜传感器，所述控制模块与测斜传感器连接。

进一步，所述传感单元包括有一硬质管，所述控制模块和测斜传感模块均设置于硬质管内部，所述总线串联上接口和总线串联下接口分别设置于硬质管两端。

本发明所采用的另一技术方案是：一种总线型高密度测斜方法，包括有以下步骤：

设置多个传感单元并对其编号，传感单元之间通过rs485总线级联并连接至数据采集模块；

数据采集模块采用时分多路复用技术与多个传感单元通信，获取传感单元的测斜数据；

当所有传感单元的测斜数据采集完成后，由数据采集模块自动发送到上级服务器。

进一步，所述数据采集模块采用时分多路复用技术与多个传感单元通信，获取传感单元的测斜数据这一步骤，具体为：数据采集模块根据传感单元的编号顺序发送采集指令，当符合指令的传感单元收到指令后上传测斜数据到数据采集模块，上传完毕后退出总线并发送完成指令至数据采集模块，数据采集模块发送下一个采集指令。

本发明的有益效果是：本发明系统通过总线挂载方式连接各传感单元，从而实现高密度的数据采集，与被测物水平位移高度拟合，数据精度高，并且该系统安装方便，传感单元中的模块损坏不影响整体线路工作，因此故障率低；并且同一时间段传感单元可以单独占用总线，实现低功耗采集传输，降低干扰。

本发明的另一有益效果是：本发明方法通过总线挂载方式连接各传感单元，从而实现高密度的数据采集，与被测物水平位移高度拟合，数据精度高，并且采用该方法的系统安装方便，传感单元中的模块损坏不影响整体线路工作，因此故障率低，并且利用分时占用采集原理，实现低功耗对总线上的数据进行采集传输，降低干扰。

附图说明

图1为测斜原理图；

图2为本发明系统的架构图；

图3为本发明系统中传感单元的电路结构示意图；

图4为本发明系统中总线电压控制模块一具体实施例电路原理图；

图5为本发明系统中传感单元的构造示意图；

图6为本发明方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

参照图2和图3，一种总线型高密度测斜系统，包括有数据采集模块和至少两个传感单元，所述传感单元包括有总线串联上接口、总线串联下接口、控制模块和测斜传感模块，所述总线串联上接口通过总线连接至总线串联下接口，所述控制模块通过总线与数据采集模块通信，所述控制模块还与测斜传感模块连接，所述传感单元的总线串联上接口用于连接数据采集模块的输入端或其他传感单元的总线串联下接口，所述数据采集模块的输入端与至少一个传感单元的总线串联上接口连接。

如图2所示，在数据采集模块的输入端同时接入多个传感单元，也可以传感单元之间可以级联后连接至数据采集模块的输入端，接入方式灵活，可根据现场情况作相应的调整设置。

进一步作为优选的实施方式，所述总线串联上接口和总线串联下接口采用rs485接口，通过rs485串行总线通信，采用平衡发送和差分接收，具有抑制共模干扰的能力且总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mv的电压，避免通信质量受到外界环境、通信线路质量等因素的干扰。另外，采用rs485接口便于外设灵活扩充以适应不同深度的支护结构，在基坑监测现场应用十分便利且有利于降低成本，适宜于规模推广。

进一步作为优选的实施方式，所述数据采集模块采用总线收发器。

在大规模应用上述传感单元的情况下，由于传感单元级联线路长且线路复杂，实际应用中可能出现传感单元供电不稳定的情况。因此，进一步作为优选的实施方式，所述传感单元还包括有总线电压控制模块，所述总线串联上接口的电源端通过总线电压控制模块分别连接至控制模块和测斜传感模块。

为了保证供应电压或电流的恒定，在传感单元中增加总线电压控制模块，采用宽电压处理以及多级电压控制，总线供应的高电压经过总线电压控制模块之后输出稳定的电压以保证各级传感单元的供电，从而保证精准测量角度的精度。

进一步作为优选的实施方式，所述总线串联上接口的电源端电压为9v，所述总线电压控制模块为5v稳压电路，其中5v稳压电路的一种具体实施电路可参照图4的原理图。

进一步作为优选的实施方式，所述测斜传感模块包括有至少一个测斜传感器，所述控制模块与测斜传感器连接。

参照图5，以设置有两个测斜传感模块的传感单元为例，进一步作为优选的实施方式，所述传感单元包括有一硬质管1，所述控制模块(图中未示出)和测斜传感模块41、42均设置于硬质管1内部，所述总线串联上接口2和总线串联下接口3分别设置于硬质管两端。所述硬质管内可采用灌胶密封，两端外漏连接接口。

参照图6，一种总线型高密度测斜方法，包括有以下步骤：

设置多个传感单元并对其编号，传感单元之间通过rs485总线级联并连接至数据采集模块；

数据采集模块采用时分多路复用技术与多个传感单元通信，获取传感单元的测斜数据；

当所有传感单元的测斜数据采集完成后，由数据采集模块自动发送到上级服务器。

进一步作为优选的实施方式，所述数据采集模块采用时分多路复用技术与多个传感单元通信，获取传感单元的测斜数据这一步骤，具体为：数据采集模块根据传感单元的编号顺序发送采集指令，当符合指令的传感单元收到指令后上传测斜数据到数据采集模块，上传完毕后退出总线并发送完成指令至数据采集模块，数据采集模块发送下一个采集指令。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出种种的等同变换或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。