本发明主要涉及到工程检测和健康监测应用领域，特指一种主要适用于测量铁路和公路等路基或类似结构体的沉降变化的高端精密传感器及剖面沉降监测方法。
背景技术：
路基沉降监测是铁路和公路施工和营运过程中不可缺少的重要一环，监测数据一方面可以监控填土施工过程中路基的稳定性能，控制填土的速率，另一方面可反映路基的施工质量和路基营运过程中的健康与安全。
目前工程上应用的测量路基沉降主要方法有观测桩法、沉降板法和水平测斜法。观测桩法和沉降板法测量易受施工干扰和破坏，无法对运营期的路基进行监测，水平测斜法单次测量时间长，只能测量相对沉降。
由此可见，以上几种方法均停留在人工测量的阶段，具有工作量大，无法长期持续观测，测量数据有限，不能准确有效的反应沉降变化和规律，无法构建自动化监测系统等缺点，无法满足高速发展的工程检测和健康监测行业的智能化和信息化要求。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种结构简单、安装便捷、测试简单、测量精度高和长期稳定可靠的路基沉降监测传感器，并以该传感器为基础，进一步提供一套便捷可行的路基沉降自动化监测解决方案，长期有效的对路基的不均匀沉降变化进行监测和预警。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种压差式剖面沉降计，包括液体仓、空气仓和压力变送器，所述压力变送器将液体仓和空气仓完全隔离，所述空气仓接气管与大气相通，所述液体仓外接水管并填充液体后与大气相通，所述压力变送器用来感应空气仓和液体仓两者之间的压强差。
作为本发明装置的进一步改进：所有器件均封装于壳体内，形成一体化器件。
作为本发明装置的进一步改进：所述壳体的外形为流线体圆筒型。
作为本发明装置的进一步改进：所述压力变送器安装于壳体的竖直中心。
作为本发明装置的进一步改进：所述压差式剖面沉降计为多个，且采用串接的方式。
作为本发明装置的进一步改进：所述壳体上设置有水管接口、气管接口和电缆接口，且水管接口、气管接口和电缆接口均采用对称设计，一进一出。
作为本发明装置的进一步改进：所述压差式剖面沉降计还包括采集控制单元，所述采集控制单元固定安装于空气仓中。
作为本发明装置的进一步改进：所述采集控制单元包括采集模块、微控制模块、电源模块和通讯模块；所述电源模块用来为整个采集控制电路和压力变送器提供工作电源；所述压力变送器输出的差分电压信号通过采集模块的差分信号运算放大器放大后送入采集模块的模数转换电路，转换为数字信号并发送给所述微控制模块处理；所述微控制模块包括mcu电路和存储电路，所述mcu电路通过计算得到液位的高度，所述存储电路用来存储数据；所述通讯模块用来完成信号的传递。
本发明进一步提供一种基于上述压差式剖面沉降计的剖面沉降监测方法，将多个压差式剖面沉降计传感器通过串接的方式连接组成一个剖面的路基沉降监测系统；在施工时预先埋设沉降管，通过沉降管中预留的钢丝绳将所有压差式剖面沉降计拖拉至设计的位置。
作为本发明方法的进一步改进：通过钻孔埋设钢管到基岩的方法建造不动基准点；在钢管顶部安装一个压差式剖面沉降计作为基准测量值，每个测点液位的高度变化值与基准点液位的高度变化值的差值即为测点的实际沉降变化值。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的压差式剖面沉降计利用压力变送器作为敏感元件，能够将测点的空间位移变化转换为测量液体的压强变化，传感器尺寸很小，与量程大小无关，安装简单方便，无需固定，放入沉降管预定位置即可，大大降低了安装的难度和空间要求，对施工无干扰，适用于各种路基沉降监测。
2、本发明的压差式剖面沉降计的压力变送器采用高灵敏度的进口扩散硅晶体作为压力感应元件，采集控制电路采用高性能进口元器件，尺寸微小、精度高、温度和环境影响微弱，长期使用稳定可靠。
3、本发明的压差式剖面沉降计测量的参数为液体的压强，当测点发生垂直位移变化时液体压强立即变化，响应速度非常快，适用于动态和静态的数据测量。
4、本发明的剖面沉降监测方法在系统安装时可根据设计图纸预先在室内将每个剖面的压差式剖面沉降计连接好并填充液体，待调试正常后整体运输到施工现场，放入沉降管设计位置即可，非常简单快捷，大大降低了监测系统现场的施工难度，提高了安装效率。
5、本发明的剖面沉降监测方法通过钻孔到基岩并放置钢管的方式建造不动基准点，监测系统的所有测点均与基准点的测量数据相关处理，得到每个测点的绝对沉降值。
6、本发的明剖面沉降监测方法采用标准rs485数字信号传输，系统构建简单方便，系统集成优势明显，便于实现高度信息化和智能化的路基沉降自动化监测系统。
附图说明
图1是本发明在具体应用实例中的结构原理示意图。
图2是本发明在具体应用实例中的使用原理示意图。
图3是本发明在具体应用实例中采集模块的电路原理示意图。
图4是本发明在具体应用实例中微控制模块的电路原理示意图。
图5是本发明在具体应用实例中电源模块的电路原理示意图。
图6是本发明在具体应用实例中通讯单元模块的电路原理示意图。
图例说明：
1、气管接口；2、电缆接口；3、钢丝绳；4、水管接口；5、壳体；6、密封圈；7、液体仓；8、采集控制单元；9、空气仓；10、压力变送器；11、基岩；12、钢管；13、工作平台；14、采集站；15、水箱；16、压差式剖面沉降计；17、气管；18、屏蔽线缆；19、水管；20、沉降管；21、路基。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明的压差式剖面沉降计16，其原理是采用高精度的压力变送器10感应液体的压强的变化，通过采集和控制电路计算传感器垂直方向上的位移变化。即：基于液体压力变送器原理和连通器液体压力传导原理设计，利用压力变送器10感应液体压强的变化并转换为标准电压信号输出，采集控制单元8采集到电压信号并自动计算出液体的高差变化。
本发明的压差式剖面沉降计16主要包括液体仓7、空气仓9和压力变送器10，压力变送器10将液体仓7和空气仓9完全隔离，空气仓9接气管17与大气相通，液体仓7外接水管19并填充液体后与大气相通，压力变送器10感应的是空气仓9和液体仓7两者之间的压强差。由于两个腔体均与大气相通，实际感应的就是液体产生的压强。当压差式剖面沉降计16发生垂直方向的位移变化时，液体高度发生变化，导致压强也发生变化，根据压强计算公式p=ρgh，在已知液体密度的情况下即可计算出液体高度的变化。
本实施例中，所有器件均封装于壳体5内，形成一体化器件。各部件与壳体5的内侧壁之间设置有密封圈6，以达到密封的效果。
本实施例中，压差式剖面沉降计16的外形采用流线体圆筒型设计，避免在拖拉时被沉降管20连接口卡住。
本实施例中，压力变送器10安装于器体的竖直中心，这样的话，传感器旋转对测量数据没有影响。
作为较佳的实施例，压差式剖面沉降计16可以为多个，且采用串接的方式。同时，水管接口4、气管接口1、电缆接口2均采用对称设计，一进一出，方便多个压差式剖面沉降计16进行串接。
本实施例中，压差式剖面沉降计16包括采集控制单元8，该采集控制单元8固定安装于空气仓9中，以起到防水防潮的作用。可以理解，采集控制单元8也可以通过密封安装于壳体5中的任何位置，只要满足实际需要即可。
参见图3-图6所示，在具体应用实例中采集控制单元8主要包括采集模块、微控制模块、电源模块和通讯模块。电源模块主要为整个采集控制电路和压力变送器10提供工作电源，为保证系统的精度电源单元采用高精度和低温漂的集成电源芯片（如ref5005）。压力变送器10输出的差分电压信号通过采集模块的差分信号运算放大器放大后送入采集模块的模数转换电路，转换为数字信号并发送给微控制模块处理。差分信号放大器采用低偏置的程控放大器（如in128a），通过电阻精确的控制差分电压信号的放大倍数。模数转换模块采用16位的ads1000，该ad芯片体积小、iic接口、操作简单、精度高。微控制模块包括mcu电路和存储电路，mcu控制模数转换电路获取数字信号后通过计算得到液位的高度，存储电路采用高速的串口存储器，记录传感器的编号、型号和标定参数等信息，便于智能化管理和计算。通讯模块采用增强型rs485电路，传输距离远，抗干扰和防雷击性能优越，适应恶劣的野外施工环境。
如图2所示，本发明进一步提供一种剖面沉降监测方法，基于多个压差式剖面沉降计16设计，将多个压差式剖面沉降计16的水管19、气管17和电缆线等串接后放入预埋的沉降管20中，配备水箱15和基准点，实现测量一个路基21剖面的不均匀沉降。多个剖面通过无线或有线等通讯方式互联，组成路基21的不均匀沉降自动化监测系统。
本发明方法的详细流程为：
将多个本发明上述的压差式剖面沉降计传感器16通过串接的方式连接组成一个剖面的路基21的沉降监测系统。路基21施工时预先埋设沉降管20，安装前，先在项目部根据设计方案将每个剖面的压差式剖面沉降计16的水管19、气管17、屏蔽线缆18和钢丝绳3串接起来。待填充液体、排出气泡和调试正常后运输到施工现场，通过沉降管20中预留的钢丝绳3将所有压差式剖面沉降计16拖拉至设计的位置，大大降低了监测系统现场施工的难度，提高了安装效率。
一个路基21剖面的沉降监测系统应包括一个不动基准点，本发明通过钻孔埋设钢管12到基岩11的方法建造不动基准点。
在钢管12顶部安装一个压差式剖面沉降计16作为基准测量值，每个测点液位的高度变化值与基准点液位的高度变化值的差值即为测点的实际沉降变化值。多个剖面沉降监测系统间距不远时根据现场情况可通过水管19连接后共用一个基准点。
每个剖面安装一个水箱15灌满液体接入监测系统，同时将气管17接入水箱15的上部，有效避免液体快速蒸发的同时也提高了系统测量的稳定性。
进一步，本发明还包括一个采集站14，用户根据需求配接蓄电池、太阳能电池、无线数据传输模块、总线采集模块和防雷模块等设备，实现高度信息化和智能化的路基21的不均匀沉降自动化监测系统。
上述采集站14、水箱15、作为基准的压差式剖面沉降计16均安装于一个工作平台13（水泥平台）上。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。