一种路基磁性位移传感器及沉降监测装置的制作方法

本实用新型涉及沉降监测技术领域，特别是涉及一种路基磁性位移传感器及沉降监测装置。

背景技术：

沉降监测是岩土工程领域常用的监测方法，广泛用于大坝、路基、堤防等工程填筑过程中及完工后的沉降监测。分层沉降目前主要采用分层沉降仪进行监测，其工作原理主要根据电磁感应原理，将套有磁感应沉降环的沉降管按土体填筑进度逐段接长，当土体沉降时将带动沉降磁环同步下沉，将连接有刻度标尺的探头缓慢放入沉降管中，当探头遇到沉降磁环时，产生电磁感应信号送至地表仪器显示，同时发出声光报警，读取标尺在孔口的刻度即为沉降磁环所在位置与管口的距离。通过对比随时间变化各沉降磁环所在位置的变化，即可得到各沉降磁环位置地层的沉降量。

该方法在实际监测中存在诸多缺点：(1)人工测读精度差，劳动强度大，工作效率低；(2)台风或暴雨天气，特别是夜晚，人员观测危险系数高；(3)人工观测无法实现实时、持续观测，难以满足信息化发展的需要。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种路基磁性位移传感器及沉降监测装置，以实现对沉降的准确、高效监测。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种路基磁性位移传感器，所述路基磁性位移传感器设置在路基体内；所述路基磁性位移传感器包括：沉降管、沉降磁环和磁致伸缩位移传感器；

所述沉降管的内部设置所述磁致伸缩位移传感器；所述沉降磁环固定在路基体内，且与所述沉降管的外壁滑动连接；所述磁致伸缩位移传感器包括电子仓和波导杆；所述波导杆穿过所述沉降磁环，所述波导杆的一端与所述电子仓的一端连接，所述波导杆的另一端悬空；所述电子仓用于将发出的激励信号加载到所述波导杆上，接收在与所述沉降磁环对应的波导管的位置产生的第一力磁耦合弹性波和在所述波导管悬空的一端产生的第二力磁耦合弹性波，得到路基位移值。

可选的，所述电子仓包括通讯控制电路和与所述通讯控制电路连接的激励脉冲产生电路、磁弹性波检测电路、时间测量电路；所述通讯控制电路用于向所述激励脉冲产生电路发送脉冲控制信号、将所述磁弹性波检测电路检测到的第一力磁耦合弹性波和第二力磁耦合弹性波发送至所述时间测量电路、接收所述时间测量电路发送的第一力磁耦合弹性波对应的第一时间差信号、接收所述时间测量电路发送的第二力磁耦合弹性波对应的第二时间差信号以及由所述时间差信号得到路基位移值。

可选的，所述路基磁性位移传感器还包括：沉降磁环锚爪；所述沉降磁环通过所述沉降磁环锚爪固定在路基体内。

可选的，所述路基磁性位移传感器还包括上固定盘和下固定盘；所述上固定盘设置在所述沉降管的一端；所述下固定盘设置在所述沉降管的另一端；所述上固定盘与所述下固定盘之间的沉降管内部设置所述路基磁性位移传感器；所述上固定盘与所述沉降磁环之间的距离大于对应路基层的最大位移量；所述上固定盘和所述下固定盘用于固定所述路基磁性位移传感器。

可选的，所述磁致伸缩位移传感器还包括：传感器外壳；所述电子仓和所述波导杆均位于所述传感器外壳的内部；所述电子仓固定在所述传感器外壳上；所述传感器外壳通过所述上固定盘、所述下固定盘固定在所述沉降管的内部。

可选的，所述路基磁性位移传感器还包括：外界单片机控制器和外部采集装置；所述外界单片机控制器、所述外部采集装置均与所述电子仓通讯连接；所述外界单片机控制器用于向所述电子仓发送监测控制信号，以控制所述电子仓发出激励信号；所述外部采集装置用于采集路基位移值。

可选的，所述电子仓还包括：定时控制器；所述定时控制器与所述通讯控制电路连接；所述定时控制器用于每隔设定的时间向所述通讯控制电路发送监测控制信号，以使得所述通讯控制电路控制所述激励脉冲产生电路产生激励信号。

本实用新型还提供了一种沉降监测装置，包括多个上述所述的路基磁性位移传感器；一个所述路基磁性位移传感器位于一个路基层体内；相邻两个所述路基磁性位移传感器的沉降管的端部固定连接。

可选的，所述沉降监测装置还包括：外界单片机控制器和外部采集装置；所述外界单片机控制器、所述外部采集装置均与各所述路基磁性位移传感器的电子仓通讯连接；所述外界单片机控制器用于向所述电子仓发送监测控制信号，以控制所述电子仓发出激励信号；所述外部采集装置用于采集各路基层的位移值。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提出了一种路基磁性位移传感器及沉降监测装置。该设置在路基体内的路基磁性位移传感包括：沉降管、沉降磁环和磁致伸缩位移传感器；沉降管的内部设置磁致伸缩位移传感器；沉降磁环固定在路基体内，且与沉降管的外壁滑动连接；磁致伸缩位移传感器包括电子仓和波导杆。本实用新型通过设置磁致伸缩位移传感器，实现了实时、连续自动监测，避免了人工测读，提高了对沉降监测的准确性，提高了监测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1一种路基磁性位移传感器的结构示意图；

图2为本实用新型通讯控制电路和tdc测时电路的电路原理图；

图3为本实用新型激励脉冲产生电路的电路原理图；

图4为本实用新型磁弹性波检测电路的电路原理图；

图5为本实用新型时刻鉴别电路的电路原理图；

图6为本实用新型通信接口的原理图；

图7为本实用新型实施例2一种沉降监测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1

图1为本实用新型实施例1一种路基磁性位移传感器的结构示意图。

参见图1，本实施例的所述路基磁性位移传感器设置在路基体内；所述路基磁性位移传感器包括：沉降管3、沉降磁环5和磁致伸缩位移传感器。

所述沉降管3的内部设置所述磁致伸缩位移传感器；所述沉降磁环5固定在路基体内，且与所述沉降管3的外壁滑动连接；所述磁致伸缩位移传感器包括电子仓6和波导杆7；所述波导杆7穿过所述沉降磁环5，所述波导杆7的一端与所述电子仓6的一端连接，所述波导杆7的另一端悬空；所述电子仓6用于将发出的激励信号加载到所述波导杆7上，接收在与所述沉降磁环5对应的波导管的位置产生的第一力磁耦合弹性波和在所述波导管悬空的一端产生的第二力磁耦合弹性波，得到路基位移值。

本实施例中所述波导杆7内为波导丝，所述波导杆7悬空的一端设置有阻尼器。

作为一种可选的实施方式，所述电子仓6包括通讯控制电路和与所述通讯控制电路连接的激励脉冲产生电路、磁弹性波检测电路、时间测量电路；所述通讯控制电路用于向所述激励脉冲产生电路发送脉冲控制信号、将所述磁弹性波检测电路检测到的第一力磁耦合弹性波和第二力磁耦合弹性波发送至所述时间测量电路、接收所述时间测量电路发送的第一力磁耦合弹性波对应的第一时间差信号、接收所述时间测量电路发送的第二力磁耦合弹性波对应的第二时间差信号以及由所述时间差信号得到路基位移值。其中，所述时间测量电路包括时刻鉴别电路和tdc测时电路；所述时刻鉴别电路用于确定所述第一力磁耦合弹性波对应的第一时间停止信号以及所述第二力磁耦合弹性波对应的第二时间停止信号；所述tdc测时电路用于计算所述第一时间停止信号和所述第一时间停止信号的差值，得到时间差信号。所述通讯控制电路和tdc测时电路的电路原理图如图2所示，所述激励脉冲产生电路的电路原理图如图3所示，所述磁弹性波检测电路的电路原理图如图4所示，所述时刻鉴别电路的电路原理图如图5所示。

作为一种可选的实施方式，所述磁弹性波检测电路为检测线圈。

作为一种可选的实施方式，所述路基磁性位移传感器还包括：沉降磁环锚爪4；所述沉降磁环锚爪4安装在所述沉降磁环5上，并卡在路基体内，使得所述沉降磁环5固定在路基体内。

作为一种可选的实施方式，所述沉降管3采用pvc管，所述沉降管3的长度一般为2m～4m；沉降管3与基岩之间采用砂浆或原状土回填。

作为一种可选的实施方式，所述路基磁性位移传感器还包括上固定盘1和下固定盘88；所述上固定盘1设置在所述沉降管3的一端；所述下固定盘8设置在所述沉降管3的另一端；所述上固定盘1与所述下固定盘8之间的沉降管3内部设置所述路基磁性位移传感器；所述上固定盘1与所述沉降磁环5之间的距离大于对应路基层的最大位移量；所述上固定盘1和所述下固定盘8用于固定所述路基磁性位移传感器。

作为一种可选的实施方式，所述磁致伸缩位移传感器还包括：传感器外壳2；所述电子仓6和所述波导杆7均位于所述传感器外壳2的内部；所述电子仓6固定在所述传感器外壳2上；所述传感器外壳2通过所述上固定盘1、所述下固定盘8固定在所述沉降管3的内部。具体的，所述上固定盘1与所述传感器外壳2通过螺栓固接；所述下固定盘8与所述传感器外壳2通过螺栓固接，所述上固定盘1的外径与所述下固定盘8的外径均与所述沉降管3的内径相同，所述上固定盘1、所述下固定盘8通过1排4个螺丝固接在所述沉降管3的不同深度，用于固定传感器外壳2。

作为一种可选的实施方式，所述路基磁性位移传感器还包括：外界单片机控制器和外部采集装置。所述电子仓6上连接有通讯电缆；所述通讯电缆一端连接电子仓6，另一端穿过上固定盘1与下固定盘8上的预留孔引致管口，并与外界单片机控制器和外部采集装置连接。所述外界单片机控制器、所述外部采集装置均通过通讯电缆与所述电子仓6通讯连接；所述外界单片机控制器用于向所述电子仓6发送监测控制信号，以控制所述电子仓6发出激励信号；所述外部采集装置用于采集路基位移值。具体的，所述电子仓6中的所述通讯控制电路通过通信接口与所述外界单片机控制器和所述外部采集装置连接。通信接口的原理图如图6所示。

作为一种可选的实施方式，所述电子仓6还包括：定时控制器；所述定时控制器与所述通讯控制电路连接；所述定时控制器用于每隔设定的时间向所述通讯控制电路发送监测控制信号，以使得所述通讯控制电路控制所述激励脉冲产生电路产生激励信号。

作为一种可选的实施方式，所述沉降磁环5的内径与所述沉降管3的外径相同。

作为一种可选的实施方式，所述电子仓6与所述波导杆7通过螺纹固接。

本实施例中的所述路基磁性位移传感器的工作原理为：由外界单片机控制器或定时控制器通过通讯控制电路控制激励脉冲产生电路产生一定周期的脉冲信号作为激励源，然后经脉宽调制、功率放大，产生一定幅值的窄脉冲激励信号，将其加载到波导丝上，与永久磁铁相耦合，产生力磁耦合弹性波；检测线圈检测到与沉降磁环5对应的波导管的位置产生的第一力磁耦合弹性波和在波导管悬空的一端产生的第二力磁耦合弹性波，将其经过信号滤波放大电路进行信号调理；通过时刻鉴别电路得到第一力磁耦合弹性波、第二力磁耦合弹性波对应的时间停止信号，送入tdc测时电路进行时间测量。

tdc测时电路计算第一力磁耦合弹性波对应的第一时间停止信号与激励信号产生时间(电流脉冲)的时间差，得到第一时间差t1，计算第二力磁耦合弹性波对应的第二时间停止信号与激励信号产生时间(电流脉冲)的时间差，得到第二时间差t2。设沉降管3长度为h，根据h＝(t1/t2)×h计算出沉降磁环5的位置，从而得到路基位移值，再以通信方式和数据输出方式发送给其他设备。

本实施例的路基磁性位移传感器实现了对沉降的实时、连续自动监测，避免了人工测读，提高了对沉降监测的准确性，提高了监测效率，大大降低了人工成本；结构简单，安装简单方便。

实施例2

本实用新型还提供了一种沉降监测装置，图7为本实用新型实施例2一种沉降监测装置的结构示意图。

参见图7，本实施例的沉降监测装置包括多个上述实施例1所述的路基磁性位移传感器；一个所述路基磁性位移传感器位于一个路基层体内；相邻两个所述路基磁性位移传感器的沉降管3的端部固定连接。路基磁性位移传感器的具体结构在此不再赘述，参见实施例1即可。

作为一种可选的实施方式，所述路基磁性位移传感器中的沉降管3采用pvc管，单根沉降管3的长度一般为2m～4m；沉降管3底部埋设于基岩内，埋设深度一般0.5m～1.0m，沉降管3与基岩之间采用砂浆或原状土回填；沉降管3随填筑体分层填筑逐根连接直至填筑体顶面，最靠近填筑体顶面的沉降管3的管口低于填筑体顶面。

作为一种可选的实施方式，所述沉降监测装置还包括：外界单片机控制器和外部采集装置；所述外界单片机控制器、所述外部采集装置均与各所述路基磁性位移传感器的电子仓6通讯连接；所述外界单片机控制器用于向所述电子仓6发送监测控制信号，以控制所述电子仓6发出激励信号；所述外部采集装置用于采集各路基层的位移值。

作为一种可选的实施方式，相邻两个所述路基磁性位移传感器的沉降管3的端部通过管箍固定连接。

本实施例的沉降监测装置，各个路基磁性位移传感器中的沉降管3内通过上固定盘1、下固定盘8装有磁致伸缩位移传感器，沉降管3的外壁套有沉降磁环5，沉降磁环5与上固定盘1之间的距离大于该层路基的最大位移量。沉降管3随路基填筑逐根连接直至路基顶面。

本实施例的沉降监测装置的实现原理为：

当路基发生位移时，通过沉降磁环锚爪4，带动套在沉降管3外部的沉降磁环5移动，沉降磁环5与波导杆7之间产生相对位移，电子仓6中的激励信号沿波导杆7传播，与沉降磁环5相耦合，产生力磁耦合弹性波；电子仓6中检测线圈检测到与沉降磁环5对应的波导管的位置产生的第一力磁耦合弹性波和在波导管悬空的一端产生的第二力磁耦合弹性波，将其经过信号滤波放大电路进行信号调理；通过时刻鉴别电路得到第一力磁耦合弹性波、第二力磁耦合弹性波对应的时间停止信号，送入tdc测时电路进行时间测量。tdc测时电路计算第一力磁耦合弹性波对应的第一时间停止信号与激励信号产生时间(电流脉冲)的时间差，得到第一时间差t1，计算第二力磁耦合弹性波对应的第二时间停止信号与激励信号产生时间(电流脉冲)的时间差，得到第二时间差t2。设沉降管3长度为h，根据h＝(t1/t2)×h计算出沉降磁环5的位置。由于磁致伸缩位移传感器固定不动，因此磁致伸缩位移传感器测出的位移变化量即为该层路基的位移量。

该沉降监测装置实现了对多层沉降的实时、连续自动监测，避免了人工测读，提高了对分层沉降监测的准确性，提高了监测效率，大大降低了人工成本；结构简单，安装简单方便；具有高精度、无温漂、无接触、寿命长、稳定性好等优点，有效克服了现有技术中存在的缺点和不足；可广泛适用于岩土工程领域的沉降监测中，具有广泛的应用价值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。