直管式倾斜与振动传感器及其使用方法
【专利摘要】本发明公开了一种直管式倾斜与振动传感器，包括了前后向倾斜与振动测试管、左右向倾斜与振动测试管、铅直向振动测试管、管座、倾斜与振动指示器、罩壳、底座等，其特征在于：所述底座顶面的中间安置有管座，该管座内安置有所述的前后向倾斜与振动测试管、左右向倾斜与振动测试管和铅直向振动测试管，所述罩壳顶面的中间有倾斜与振动指示器。所述的直管式倾斜与振动传感器能全天候不间断地实时输出二维方向倾斜与三维方向振动的测试数据，具有量程大、精度高、结构简单合理、集成度好，工作可靠等特点，为监测山谷、丘陵、大坝、河堤、路堤或基坑的顶面或边坡等处地质灾害，提供了一种新的测试仪器设备。
【专利说明】直管式倾斜与振动传感器及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测试江河、山体、大坝、河堤、路堤或基坑等顶面或边坡处倾斜与振动的传感器，具体的说是一种直管式倾斜与振动传感器。
【背景技术】
[0002]目前，常采用电磁信号仪、边坡内部位移监测系统、倾角仪、振动仪等方法对山谷、丘陵、大坝、河堤、路堤或基坑的顶面或边坡等处的倾斜与振动进行测试，但该些仪器设备存在着安装复杂，不能长期暴露在野外，不能同时测试二维方向上倾斜与三维方向上振动的数据，不能连续实时输出测试信号等方面的不足。
【发明内容】
[0003]针对现有倾斜与振动测试仪器设备的不足，本发明提出了一种直管式倾斜与振动传感器及其使用方法，它能全天候、连续不间断地进行测试，实时输出二维方向倾斜与三维方向振动的数据。
[0004]本发明解决技术问题采用了如下的技术方案:
一种直管式倾斜与振动传感器，包括前后向倾斜与振动测试管、左右向倾斜与振动测试管、铅直向振动测试管、管座、倾斜与振动指示器、罩壳、底座，所述直管式倾斜与振动传感器的底座为圆盘形状，该底座顶面的中间安置有管座，该管座的后侧有电路板，所述的底座上有罩壳，该罩壳的顶部为圆弹头形状，罩壳顶面的中间设有倾斜与振动指不器；在所述倾斜与振动指示器的正中心有水平发光指示器，前侧有前发光指示器，后侧有后发光指示器，左侧有左发光指示器，右侧有右发光指示器；在所述底座的后侧面上有电缆固定头，当所述的直管式倾斜与振动传感器处于水平状态时，水平发光指示器会亮，其他的发光指示器均不亮；当所述的直管式倾斜与振动传感器向正前方向倾斜时，前发光指示器会亮，其他的发光指示器均不亮；当所述的直管式倾斜与振动传感器向右、后方向倾斜时，右发光指示器和后发光指示器均会亮，其他的发光指示器均不亮，当直管式边坡倾斜与振动传感器向任何方向倾斜时，该方向上的发光指示器会亮；当所述直管式倾斜与振动传感器接受到任何方向的振动时，所述的水平发光指示器会闪烁发亮。
[0005]所述的管座为正方形体，在该管座内的左下方，并平行于管座的前、后侧面中心线方向有一通孔，该通孔内安置有前后向倾斜与振动测试管；在该管座内的后上方，并平行于管座的左、右侧面中心线方向有一通孔，该通孔内安置有左右向倾斜与振动测试管；在该管座内的右前方，并平行于管座的顶、底面中心线方向有一通孔，该通孔内安置有铅直向振动测试管。
[0006]所述前后向倾斜与振动测试管、左右向倾斜与振动测试管和铅直向振动测试管的结构均相同，且分别包括了管身、端盖a、端盖b、磁铁a、磁铁b、磁铁C、导杆、油、霍尔元件
a、霍尔元件b、电缆。所述的管身为等直径直圆管形状，该管身的一端有端盖a，另一端有端盖b，该管身内的中间固定有磁铁c，所述磁铁c的S级朝向端盖a，所述磁铁c的N级朝向端盖b，所述磁铁C中心沿所述测试管中心线方向有一通透的导孔，该导孔内活动安置有一根导杆，所述导杆的一端安置磁铁a，另一端安置磁铁b，所述磁铁a的S级朝向所述磁铁c的S级，所述磁铁b的N级朝向所述磁铁c的N级，所述的磁铁a位于端盖a —侧，磁铁b位于端盖b—侧，所述端盖a的内侧面中心安置一只霍尔元件a，所述端盖b的内侧面中心安置一只霍尔元件b，该霍尔元件a和霍尔元件b的电缆分别从所述端盖a和端盖b的外侧面引出，所述的测试管内注满油，形成封闭的测试腔。当所述的测试管处于水平状态时，所述磁铁a至霍尔元件a与磁铁b至霍尔元件b的间距相等；当所述的测试管向端盖a方向倾斜时，所述的磁铁a将靠近霍尔元件a，且磁铁b将远离霍尔元件b ；当所述的测试管向端盖b方向倾斜时，所述的磁铁b将靠近霍尔元件b，且磁铁a将远离霍尔元件a ；当所述的测试管沿其中心线方向发生振动时，所述的磁铁a、导杆和磁铁b沿测试管中心线方向移动振荡。
[0007]—种直管式倾斜与振动传感器的使用方法，在江河、山体、大坝、河堤、路堤或基坑等的顶面或边坡处，选择出倾斜与振动测试点，并在该些测试点处设置水平的传感器基座；再在传感器基座上安置所述的直管式倾斜与振动传感器，把该直管式倾斜与振动传感器的正前面朝向易发生倾斜或振动的方向；然后，把直管式倾斜与振动传感器的电缆与直管式倾斜与振动测试仪联接，视直管式倾斜与振动传感器罩壳顶面水平发光指示器的指示或直管式倾斜与振动测试仪的显示，把所述直管式倾斜与振动传感器调成水平状态后予以固定，最后，观察所述直管式倾斜与振动传感器罩壳顶面发光指示器的指示或视直管式倾斜与振动测试仪的显示，测试得该顶面或边坡测试点处二维方向上倾斜和三维方向上振动的数据。
[0008]本发明中的直管式倾斜与振动传感器基于以下工作原理:直管式倾斜与振动传感器管座内的前后向倾斜与振动测试管、左右向倾斜与振动测试管和铅直向振动测试管的结构均相同，以下统称为测试管。该测试管利用磁铁具有同性相斥、异性相吸的特性，将固定在测试管管身内的磁铁c分别对磁铁a和磁铁b产生相同排斥力，该排斥力相似弹簧的推力将磁铁a和磁铁b从磁铁c两侧推开，因磁铁a和磁铁b连接于导杆的两端，该导杆活动于磁铁c的导孔内。当所述的测试管处于水平状态时，磁铁c对磁铁a和磁铁b产生一对相等的排斥力，使磁铁c与磁铁a、磁铁c与磁铁b的间距保持相等，即磁铁a至霍尔兀件a的间距与磁铁b至霍尔元件b的间距相等，由于霍尔元件a与霍尔元件b接收到的磁力线相等，所以霍尔元件a与霍尔元件b输出相等的传感信号；当测试管向端盖a方向倾斜时，磁铁c对磁铁a和磁铁b仍产生排斥力，但在重力的作用下，使得磁铁c与磁铁a的间距比磁铁c与磁铁b的间距大，即磁铁a靠近霍尔元件a，且磁铁b远离霍尔元件b，由于霍尔元件a比与霍尔元件b接收到的磁力线强，所以霍尔元件a比霍尔元件b输出的传感信号大；反则，当测试管向端盖b方向倾斜时，霍尔元件b比霍尔元件a输出的传感信号大。现在管座内按前后中心线方向和左右中心线方向均安置所述的测试管，所以直管式倾斜与振动传感器能测试出前后或左右二维方向上的倾斜。
[0009]另外，当沿测试管中心线方向传来振动，该测试管能接受到该振动，测试管内的磁铁a、导杆和磁铁b在惯性力作用下，沿所述测试管中心线方向来回移动振荡，霍尔元件a和与霍尔元件b接收到变化的磁力线，霍尔元件a和与霍尔元件b均输出相应变化的传感信号；但当垂直测试管中心线方向传来振动，该测试管则不能接受到该振动，不能形成测试管内磁铁a、导杆和磁铁b的来回移动振荡，霍尔元件a和与霍尔元件b则均无传感信号输出。现在管座内按前后中心线方向、左右中心线方向和顶、底面中心线方向均安置所述的测试管，所以直管式倾斜与振动传感器能测试出前后或左右和上下三维方向上的振动。
[0010]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
本发明提出的一种直管式倾斜与振动传感器及其使用方法，利用磁铁具有同性相斥、异性相吸的特性，将传感器结构传动的作用力为非接触弹性力且基本无阻尼，具有量程大、精度高、灵敏度高、结构简单合理、集成度好，体积小、工作可靠、成本低等特点，能全天候不间断地实时输出二维方向上倾斜与三维方向上振动的测试数据，为监测山谷、丘陵、大坝、河堤、路堤或基坑的顶面或边坡等处的地质灾害，提供了一种新的测试仪器设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明的直管式倾斜与振动传感器结构正剖视示意图。
[0012]图2为本发明的直管式倾斜与振动传感器结构侧剖视示意图。
[0013]图3为本发明的直管式倾斜与振动传感器结构俯剖视示意图。
[0014]图4为本发明的测试管结构正剖视示意图。
[0015]图5为本发明的测试管结构侧剖视示意图。
[0016]图中标号:1顶面或边坡、2传感器基座、3直管式倾斜与振动传感器、4前后向倾斜与振动测试管、5左右向倾斜与振动测试管、6铅直向振动测试管、7管座、8倾斜与振动指器、9水平发光指示器、10前发光指示器、11后发光指示器、12左发光指示器、13右发光指示器、14罩壳、15电路板、16底座、17电缆固定头、18管身、19端盖a、20端盖b、21磁铁a、22磁铁b、23磁铁c、24导杆、25油、26霍尔元件a、27霍尔元件b、28电缆。
【具体实施方式】
[0017]参见图1?图5，为本发明的一种直管式倾斜与振动传感器3，包括了前后向倾斜与振动测试管4、左右向倾斜与振动测试管5、铅直向振动测试管6、管座7、倾斜与振动指示器8、罩壳14、底座16等，所述直管式倾斜与振动传感器3的底座16为圆盘形状，该底座16顶面的中间安置有管座7，在该管座7的后侧有电路板15，所述的底座16上有罩壳14，该罩壳14的顶部为圆弹头形状，以及罩壳14顶面的中间有倾斜与振动指示器8，在所述倾斜与振动指示器8的正中心有水平发光指示器9，前侧有前发光指示器10，后侧有后发光指示器11，左侧有左发光指示器12，右侧有右发光指示器13，在所述底座16的后侧面上有电缆固定头17。当所述的直管式倾斜与振动传感器3处于水平状态时，水平发光指示器9会亮，其他的发光指示器均不亮；当所述的直管式倾斜与振动传感器3向正前方向倾斜时，前发光指示器10会亮，其他的发光指示器均不亮；当所述的直管式倾斜与振动传感器3向右、后方向倾斜时，右发光指示器13和后发光指示器11均会亮，其他的发光指示器均不亮。以此类推，当直管式边坡倾斜与振动传感器3向任何方向倾斜时，该方向上的发光指示器会亮。另夕卜，当所述直管式倾斜与振动传感器3接受到任何方向的振动时，所述的水平发光指示器9会闪烁发亮。
[0018]所述的管座7为正方形体，在该管座7内的左下方，并平行于管座7的前、后侧面中心线方向有一通孔，该通孔内安置有前后向倾斜与振动测试管4;在该管座7内的后上方，并平行于管座7的左、右侧面中心线方向有一通孔，该通孔内安置有左右向倾斜与振动测试管5 ;在该管座7内的右前方，并平行于管座7的顶、底面中心线方向有一通孔，该通孔内安置有铅直向振动测试管6。
[0019]所述前后向倾斜与振动测试管4、左右向倾斜与振动测试管5和铅直向振动测试管6的结构均相同，以下统称为测试管，该测试管包括了管身18、端盖al9、端盖b20、磁铁a21、磁铁b22、磁铁c23、导杆24、油25、霍尔元件a26、霍尔元件b27、电缆28。所述的管身18为等直径直圆管形状，该管身18的一端有端盖al9，另一端有端盖b20，该管身18内的中间固定有磁铁c23，所述磁铁c23的S级朝向端盖al9，所述磁铁c23的N级朝向端盖b20，所述磁铁c23中心沿所述测试管中心线方向有一通透的导孔，该导孔内活动安置有一根导杆24，所述导杆24的一端安置磁铁a21，另一端安置磁铁b22，所述磁铁a21的S级朝向所述磁铁c23的S级，所述磁铁22b的N级朝向所述磁铁c23的N级，所述的磁铁a21位于端盖al9 一侧,磁铁b22位于端盖b20 —侧,所述端盖al9的内侧面中心安置一只霍尔元件a26,所述端盖b20的内侧面中心安置一只霍尔元件b27，该霍尔元件a26和霍尔元件b27的电缆28分别从所述端盖al9和端盖b20的外侧面引出，所述的测试管内注满油25，形成封闭的测试腔。当所述的测试管处于水平状态时，所述磁铁a21至霍尔元件a26与磁铁b22至霍尔元件b27的间距相等；当所述的测试管向端盖al9方向倾斜时，所述的磁铁a21将靠近霍尔元件a26，且磁铁b22将远离霍尔元件b27 ;当所述的测试管向端盖b20方向倾斜时，所述的磁铁b22将靠近霍尔元件b27，且磁铁a21将远离霍尔元件a26 ;当所述的测试管沿其中心线方向发生振动时，所述的磁铁a21、导杆24和磁铁b22沿测试管中心线方向移动振荡。
[0020]一种直管式倾斜与振动传感器3的使用方法，其特征在于:在江河、山体、大坝、河堤、路堤或基坑等的顶面或边坡I处，选择出倾斜与振动测试点，并在该些测试点处设置水平的传感器基座2 ;接着，在传感器基座2上安置所述的直管式倾斜与振动传感器3，把该直管式倾斜与振动传感器3的正前面朝向易发生倾斜或振动的方向；然后，把直管式倾斜与振动传感器3的电缆与直管式倾斜与振动测试仪联接，视直管式倾斜与振动传感器3罩壳14顶面水平发光指示器9的指示或直管式倾斜与振动测试仪的显示，把所述直管式倾斜与振动传感器3调成水平状态后予以固定。最后，观察所述直管式倾斜与振动传感器3罩壳14顶面发光指示器9的指示或视直管式倾斜与振动测试仪的显示，测试得该顶面或边坡I测试点处二维方向上倾斜和三维方向上振动的数据。
[0021]顶面或边坡I是被测试对象；传感器基座2的作用是在测试点安置直管式倾斜与振动传感器3 ;直管式倾斜与振动传感器3的作用是测试顶面或边坡I在二维方向上的倾斜和三维方向上的振动；前后向倾斜与振动测试管4的作用是测试直管式倾斜与振动传感器3的前、后方向上倾斜与振动；左右向倾斜与振动测试管5的作用是测试直管式倾斜与振动传感器3的左、右方向上倾斜与振动；铅直向振动测试管6的作用是测试直管式倾斜与振动传感器3的铅直方向上振动；管座7的作用是安置前后向倾斜与振动测试管4、左右向倾斜与振动测试管5和铅直向振动测试管6 ;倾斜与振动指示器8的作用是安置水平发光指示器9、前发光指示器10、后发光指示器11、左发光指示器12和右发光指示器13 ;水平发光指示器9的作用是显示直管式倾斜与振动传感器3呈水平或振动的状态；前发光指示器10的作用是显示直管式倾斜与振动传感器3向前方倾斜的状态；后发光指示器11的作用是显示直管式倾斜与振动传感器3向后方倾斜的状态；左发光指示器12的作用是显示直管式倾斜与振动传感器3向左侧倾斜的状态；右发光指示器13的作用是显示直管式倾斜与振动传感器3向右侧倾斜的状态；罩壳14的作用是保护管座7上的前后向倾斜与振动测试管4、左右向倾斜与振动测试管5、铅直向振动测试管6、电路板15，以及安置倾斜与振动指示器8 ;电路板15的作用是直管式倾斜与振动传感器3的控制电路；底座16的作用是安置管座
7、电路板15、罩壳14和电缆固定头17 ;电缆固定头17的作用是引出直管式倾斜与振动传感器3的电缆；管身18的作用是安置磁铁c23、端盖al9和端盖b20，其内注满油25，形成测试腔；端盖al9的作用是管身18端部的盖子，并安置霍尔元件a26和引出电缆28 ;端盖b20的作用是管身18端部的盖子，并安置霍尔元件b27和引出电缆28 ;磁铁a21的作用是为霍尔元件a26提供作为信号源的磁力线，并对磁铁c23产生排斥力；磁铁b22的作用是为霍尔元件b27提供作为信号源的磁力线，并对磁铁c23产生排斥力；磁铁c23的作用是分别对磁铁a21和磁铁b22产生相等的排斥力，使磁铁a21与磁铁c23、磁铁c23与磁铁b22保持间隔；导杆24的作用是两端分别连接磁铁a21或磁铁b22，并活动置于磁铁c23的中心孔内；油25的作用是润滑和防止磁铁a21和磁铁b22抖动；霍尔元件a26的作用是传感信号转换器；霍尔元件b27的作用是传感信号转换器；电缆28的作用是输出霍尔元件a26或霍尔元件b27的传感信号。
【权利要求】
1.一种直管式倾斜与振动传感器，包括前后向倾斜与振动测试管、左右向倾斜与振动测试管、铅直向振动测试管、管座、倾斜与振动指示器、罩壳、底座，其特征在于:所述直管式倾斜与振动传感器的底座为圆盘形状，该底座顶面的中间安置有管座，该管座的后侧有电路板，所述的底座上有罩壳，该罩壳的顶部为圆弹头形状，罩壳顶面的中间设有倾斜与振动指示器；在所述倾斜与振动指示器的正中心有水平发光指示器，前侧有前发光指示器，后侧有后发光指示器，左侧有左发光指示器，右侧有右发光指示器；在所述底座的后侧面上有电缆固定头，当所述的直管式倾斜与振动传感器处于水平状态时，水平发光指示器会亮，其他的发光指示器均不亮；当所述的直管式倾斜与振动传感器向正前方向倾斜时，前发光指示器会亮，其他的发光指示器均不亮；当所述的直管式倾斜与振动传感器向右、后方向倾斜时，右发光指示器和后发光指示器均会亮，其他的发光指示器均不亮，当直管式边坡倾斜与振动传感器向任何方向倾斜时，该方向上的发光指示器会亮；当所述直管式倾斜与振动传感器接受到任何方向的振动时，所述的水平发光指示器会闪烁发亮。
2.根据权利要求1所述的直管式倾斜与振动传感器，其特征是:所述的管座为正方形体，在该管座内的左下方，并平行于管座的前、后侧面中心线方向有一通孔，该通孔内安置有前后向倾斜与振动测试管；在该管座内的后上方，并平行于管座的左、右侧面中心线方向有一通孔，该通孔内安置有左右向倾斜与振动测试管；在该管座内的右前方，并平行于管座的顶、底面中心线方向有一通孔，该通孔内安置有铅直向振动测试管。
3.根据权利要求1所述的直管式倾斜与振动传感器，其特征是`:所述前后向倾斜与振动测试管、左右向倾斜与振动测试管和铅直向振动测试管的结构均相同，且分别包括了管身、端盖a、端盖b、磁铁a、磁铁b、磁铁C、导杆、油、霍尔元件a、霍尔元件b、电缆； 所述的管身为等直径直圆管形状，该管身的一端有端盖a，另一端有端盖b，该管身内的中间固定有磁铁c,所述磁铁c的S级朝向端盖a,所述磁铁c的N级朝向端盖b,所述磁铁c中心沿所述测试管中心线方向有一通透的导孔，该导孔内活动安置有一根导杆，所述导杆的一端安置磁铁a，另一端安置磁铁b，所述磁铁a的S级朝向所述磁铁c的S级，所述磁铁b的N级朝向所述磁铁c的N级，所述的磁铁a位于端盖a —侧，磁铁b位于端盖b —侦牝所述端盖a的内侧面中心安置一只霍尔元件a，所述端盖b的内侧面中心安置一只霍尔元件b，该霍尔元件a和霍尔元件b的电缆分别从所述端盖a和端盖b的外侧面引出，所述的测试管内注满油，形成封闭的测试腔； 当所述的测试管处于水平状态时，所述磁铁a至霍尔元件a与磁铁b至霍尔元件b的间距相等；当所述的测试管向端盖a方向倾斜时，所述的磁铁a将靠近霍尔元件a，且磁铁b将远离霍尔元件b ;当所述的测试管向端盖b方向倾斜时，所述的磁铁b将靠近霍尔元件b，且磁铁a将远离霍尔元件a;当所述的测试管沿其中心线方向发生振动时，所述的磁铁a、导杆和磁铁b沿测试管中心线方向移动振荡。
4.一种权利要求1所述直管式倾斜与振动传感器的使用方法，其特征在于:在江河、山体、大坝、河堤、路堤或基坑等的顶面或边坡处，选择出倾斜与振动测试点，并在该些测试点处设置水平的传感器基座；再在传感器基座上安置所述的直管式倾斜与振动传感器，把该直管式倾斜与振动传感器的正前面朝向易发生倾斜或振动的方向；然后，把直管式倾斜与振动传感器的电缆与直管式倾斜与振动测试仪联接，视直管式倾斜与振动传感器罩壳顶面水平发光指示器的指示或直管式倾斜与振动测试仪的显示，把所述直管式倾斜与振动传感器调成水平状态后予以固定，最后，观察所述直管式倾斜与振动传感器罩壳顶面发光指示器的指示或视直管式倾斜与振动测试仪的显示，测试得该顶面或边坡测试点处二维方向上倾斜和三维方向上振动的数 据。
【文档编号】G01D21/02GK103712649SQ201310660715
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】汪哲荪, 王德才 申请人:合肥工业大学