本實(shí)用新型涉及監(jiān)測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種變形測量裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在巖土層深部水平位移的監(jiān)測過程中，通常采用鉆孔測斜儀。在建設(shè)實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)時，可選用固定式測斜儀進(jìn)行長期監(jiān)測。在監(jiān)測系統(tǒng)安裝之前，需要在監(jiān)測位置鉆探一定深度的測斜孔并安設(shè)測斜管，在測斜管內(nèi)有兩組沿坡體滑動方向、垂直坡體滑動方向的導(dǎo)向槽，測斜儀在其導(dǎo)輪和測斜管導(dǎo)向槽的引導(dǎo)下移動到監(jiān)測位置。各個固定式測斜儀通過雙軸傾斜傳感器測量在其測斜管安裝位置處的傾角改變，并通過基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)計算出該測斜位置的相對位移。

發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計固定式測斜儀布設(shè)方案時，由于前期勘查資料不足造成測斜儀布設(shè)深度存在設(shè)計誤差，導(dǎo)致埋設(shè)的測斜儀無法捕捉到滑動面的動態(tài)響應(yīng)特征。其次，傳統(tǒng)設(shè)計的固定式鉆孔測斜儀在現(xiàn)場安裝時，所有線纜布置在測斜儀的外面，與連接鋼纜混在一起，在安裝時十分不便。此外，在安裝測斜管時，其接口位置可能存在不閉合的情況，即導(dǎo)向槽槽口不連續(xù)，導(dǎo)致測斜儀下放困難。另外，測斜管質(zhì)量和測斜管布設(shè)狀態(tài)也會直接影響到測斜儀的測量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供的一種變形測量裝置及系統(tǒng)，安裝簡單方便，并且有效提高了對變形數(shù)據(jù)進(jìn)行測量的精度。

第一方面，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種變形測量裝置，包括設(shè)置于地表下面的至少兩個具有中空結(jié)構(gòu)的柱體單元，相鄰兩個柱體單元之間采用柔性關(guān)節(jié)進(jìn)行連接，每個柱體單元內(nèi)安裝有傳感器、處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓電源。

優(yōu)選地，所述柔性關(guān)節(jié)為具有兩個自由度的二維柔性關(guān)節(jié)，該二維柔性關(guān)節(jié)包括十字軸承、密封所述柔性關(guān)節(jié)的橡膠套、兩個固定連接件和分別設(shè)置于兩個固定連接件靠近所述柱體單元一端的密封帽，所述兩個固定連接件通過所述十字軸承進(jìn)行連接，每個所述固定連接件通過一個所述密封帽與一個所述柱體單元固定連接。

優(yōu)選地，所述固定連接件靠近所述柱體單元的一端可拆卸連接有定向卡槽，以保證連接的兩個柱體單元具有一致的方向。

優(yōu)選地，相鄰兩個柱體單元之間的連接線穿過所述二維柔性關(guān)節(jié)的內(nèi)部，在所述二維柔性關(guān)節(jié)的兩端分別設(shè)置有防水接頭，所述連接線通過所述二維柔性關(guān)節(jié)兩端與所述防水接頭進(jìn)行連接。

優(yōu)選地，所述柱體單元和二維柔性關(guān)節(jié)采用不銹鋼材料制成。

優(yōu)選地，所述傳感器包括與所述處理器電性相連的雙軸傾斜傳感器。

優(yōu)選地，所述傳感器還包括與所述處理器電性相連的水位計和加速度傳感器。

第二方面，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種變形測量系統(tǒng)，包括變形測量裝置以及設(shè)置于地表上面與所述變形測量裝置通信連接的網(wǎng)關(guān)，該網(wǎng)關(guān)用于匯總并所述變形測量裝置采集的變形測量數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程通信傳輸模塊將采集的變形測量數(shù)據(jù)上傳至一數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。

優(yōu)選地，所述網(wǎng)關(guān)包括設(shè)置于地表上面且用于為所述變形測量裝置提供電能的電源供給模塊，該電源供給模塊包括市電、太陽能供電和燃料電池中的至少一個。

優(yōu)選地，所述變形測量系統(tǒng)還包括一個支架，該支架用于將所述變形測量裝置的柱體單元固定安裝于待監(jiān)測載體上。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種變形測量裝置及系統(tǒng)，通過將具有中空結(jié)構(gòu)的柱體單元設(shè)置于地表下面，在相鄰的兩個柱體單元之間采用柔性關(guān)節(jié)進(jìn)行連接，增加了變形測量裝置安裝時的方便性。另外，在每個柱體單元內(nèi)安裝有傳感器、處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓電源，將采集到的變形測量數(shù)據(jù)通過設(shè)置于地表上面的網(wǎng)關(guān)上傳至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，有效提高了對變形數(shù)據(jù)進(jìn)行測量的精度。

為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本實(shí)用新型的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)該看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施方式提供的一種變形測量系統(tǒng)的組成框圖。

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施方式提供的一種變形測量裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施方式提供的一種二維柔性關(guān)節(jié)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施方式提供的一種在第一視角下的柔性關(guān)節(jié)的整體平面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是圖4中的柔性關(guān)節(jié)的爆炸平面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記分別為：

圖標(biāo)：100-變形測量系統(tǒng)；200-變形測量裝置；300-網(wǎng)關(guān)；400-支架；500-電源供給模塊；201-柱體單元；202-柔性關(guān)節(jié)；203-橡膠套；2021-十字軸承；2022-固定連接件；2023-密封帽；2024-定向卡槽；2025-防水接頭；2026-線纜。

具體實(shí)施方式

在設(shè)計固定式測斜儀布設(shè)方案時，由于前期勘查資料不足造成測斜儀布設(shè)深度存在設(shè)計誤差，導(dǎo)致埋設(shè)的測斜儀無法捕捉到滑動面的動態(tài)響應(yīng)特征。其次，傳統(tǒng)設(shè)計的固定式鉆孔測斜儀在現(xiàn)場安裝時，所有線纜布置在測斜儀的外面，與連接鋼纜混在一起，在安裝時十分不便。此外，在安裝測斜管時，其接口位置可能存在不閉合的情況，導(dǎo)向槽槽口不連續(xù)，導(dǎo)致測斜儀下放困難。另外，測斜管質(zhì)量和測斜管布設(shè)狀態(tài)也會直接影響到測斜儀的測量精度。

鑒于此，本實(shí)用新型的設(shè)計者通過長期的探索和嘗試，以及多次的實(shí)驗(yàn)和努力，不斷的改革創(chuàng)新，設(shè)計出了一種變形測量裝置及系統(tǒng)，可以較好地改善上述問題。

為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。另外，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本實(shí)用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

如圖1所示，是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種變形測量系統(tǒng)100的組成框圖。該變形測量系統(tǒng)100可以包括變形測量裝置200和網(wǎng)關(guān)300。實(shí)施時，所述變形測量裝置200可設(shè)置于地表的下面，所述網(wǎng)關(guān)300可安裝于地表的上面。其中，所述變形測量裝置200以有線方式與所述網(wǎng)關(guān)300相連，以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本實(shí)施例中，所述網(wǎng)關(guān)300實(shí)時采集所述變形測量裝置200測得的變形測量數(shù)據(jù)，并將該變形測量數(shù)據(jù)通過遠(yuǎn)程通信傳輸模塊(例如GPRS、CDMA等)上傳至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器進(jìn)行存儲和處理等。

所述網(wǎng)關(guān)300還可以包括電源供給模塊500，該電源供給模塊500可用于為所述變形測量裝置200提供持續(xù)穩(wěn)定的電能。其中，所述電源供給模塊500可以包括市電、太陽能供電和燃料電池中的至少一個。另外，所述變形測量系統(tǒng)100還可以包括一個支架400，在現(xiàn)場安裝時，所述支架400可將所述變形測量裝置200中的多個測量單元依次下放并固定安裝在待監(jiān)測載體上，比如測斜孔等。

如圖2所示，是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種變形測量裝置200的整體結(jié)構(gòu)示意圖。該變形測量裝置200可包括至少兩個柱體單元201，每個柱體單元201的內(nèi)部具有中空結(jié)構(gòu)。在相鄰的兩個柱體單元201之間可采用柔性關(guān)節(jié)202進(jìn)行可拆卸連接。另外，所述柔性關(guān)節(jié)202處還設(shè)置有用于密封所述柔性關(guān)節(jié)202的橡膠套203。其中，所述柱體單元201和柔性關(guān)節(jié)202可采用不銹鋼材料制造而成，如此，能夠增加所述柱體單元201和柔性關(guān)節(jié)202的抗化學(xué)腐蝕能力以及提高其機(jī)械抗壓強(qiáng)度，可以承受巨大的壓力、拉力、割力以及其它變形力等，從而有效防止變形現(xiàn)象的發(fā)生。

另外，在具有中空結(jié)構(gòu)的柱體單元201中可設(shè)置有電路板，在該電路板上可安裝傳感器、處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓電源等。其中，所述傳感器與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器電性連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓電源分別與所述處理器電性連接，所述穩(wěn)壓電源還與所述電源供給模塊500電性相連。

本實(shí)施例中，所述傳感器用于采集待監(jiān)測載體的變形測量數(shù)據(jù)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，所述處理器采集模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，并傳輸?shù)降乇淼木W(wǎng)關(guān)300，所有測量單元的采集數(shù)據(jù)在網(wǎng)關(guān)300處匯總后發(fā)送給所述數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。所述穩(wěn)壓電源用于對所述電源供給模塊500輸出的電壓進(jìn)行變換后提供給所述處理器，以保證所述處理器的可靠工作。

為了獲得精確的變形測量數(shù)據(jù)，所述傳感器可包括雙軸傾斜傳感器、水位計以及加速度傳感器等。針對不同的應(yīng)用場景、監(jiān)測需求以及監(jiān)測內(nèi)容，可選擇不同的傳感器組合成傳感器鏈，該傳感器鏈中的傳感器可重新進(jìn)行拆分和組合等。本實(shí)施例中，所述雙軸傾斜傳感器為標(biāo)配傳感器，所述水位計和加速度傳感器為可選傳感器。

詳細(xì)地，所述雙軸傾斜傳感器被設(shè)置在不銹鋼中空柱體單元中，可安裝于測斜孔中，用于測量滑坡的深部變形數(shù)據(jù)，其他監(jiān)測載體還包括橋梁、隧道、大壩和深基坑等，只是安裝方式不同。所述兩軸傾角傳感器設(shè)置于測斜孔中，用于測量所述待監(jiān)測載體的角度變化值，從而計算出變形位移值，實(shí)現(xiàn)對變形測量數(shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)測。其中，所述雙軸傾角傳感器的測量范圍可以進(jìn)行選擇，例如正負(fù)15度和30度等。在所述柱體單元201若作為傳感器鏈的最下端一個測量單元，在其內(nèi)部可設(shè)置水位計，用于測量鉆孔內(nèi)部的水位數(shù)據(jù)。如圖3所示，是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種柔性關(guān)節(jié)202的立體結(jié)構(gòu)示意圖。該柔性關(guān)節(jié)202可以包括十字軸承2021、兩個固定連接件2022和兩個密封帽2023等。其中，所述固定連接件2022的一端固定安裝于所述柱體單元201、另一端可拆卸連接于所述十字軸承2021，使得所述十字軸承2021可相對于所述固定連接件2022進(jìn)行轉(zhuǎn)動。所述兩個固定連接件2022通過所述十字軸承2021連接，從而實(shí)現(xiàn)相鄰的兩個柱體單元201之間的連接。另外，所述柔性關(guān)節(jié)202處還設(shè)置有用于密封所述柔性關(guān)節(jié)202的橡膠套。

本實(shí)施例中，分別在所述兩個固定連接件2022的自由端設(shè)置相對的兩個通孔，以及在所述十字軸承2021的兩端分別設(shè)置通孔。所述兩個柱體單元201之間可通過柔性關(guān)節(jié)202在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)動。由于所述柔性關(guān)節(jié)202的高度靈活性，可以保證每個柱體單元201獨(dú)立追蹤并復(fù)制待監(jiān)測載體的變形活動等。

為了對所述兩個柱體單元201之間的轉(zhuǎn)動進(jìn)行限制，所述柔性關(guān)節(jié)202可為二維柔性關(guān)節(jié)。本實(shí)施例中，該二維柔性關(guān)節(jié)具有兩個自由度，且所述兩個自由度的方向相互垂直，能夠保證所述兩個柱體單元201的測量方向固定。其中，在機(jī)械結(jié)構(gòu)中，譬如一個構(gòu)件，在空間上完全沒有約束,那么它可以在3個正交方向上平動，還可以有三個正交方向的轉(zhuǎn)動，那么就有6個自由度。約束增加，自由度就減少，如果該構(gòu)件的所有運(yùn)動都被限制，那自由度就是0(相對于慣性坐標(biāo)系靜止的構(gòu)件)。所述二維柔性關(guān)節(jié)只能在水平面上的兩個垂直方向上面平動，所有只有兩個自由度。

其中，所述密封帽2023設(shè)置于所述固定連接件2022靠近所述柱體單元201的一端，每個固定連接件2022通過所述密封帽2023與所述柱體單元201進(jìn)行固定連接，并可以防止外界環(huán)境中的水進(jìn)入到所述柱體單元201內(nèi)部，在柱體單元201里面已經(jīng)針對各個元器件做過一層防水密封處理，比如灌膠處理。此處的密封帽2023主要起固定連接作用，同時也是防水密封的二道保險。本實(shí)施例中，所述密封帽2023和柱體單元201可通過螺紋進(jìn)行連接，例如在所述密封帽2023的內(nèi)表面設(shè)置第一螺紋，在所述柱體單元201的外表面設(shè)置與所述第一螺紋相匹配的第二螺紋，通過所述第一螺紋和所述第二螺紋實(shí)現(xiàn)所述密封帽2023和所述柱體單元201的固定密封連接。

如圖4所示，是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種柔性關(guān)節(jié)202的平面結(jié)構(gòu)整體示意圖。在所述固定連接件2022靠近所述柱體單元201的一端可拆卸連接有定向卡槽2024，所述定向卡槽2024與所述固定連接件2022之間可通過螺紋進(jìn)行連接，將每個柱體單元201按照同一個方向連接起來，從而保證了連接的兩個柱體單元201之間具有一致的方向，比如：定義所述定向卡槽2024指向Y軸正方向，按照順時針方向90度為X軸正方向。所有柱體單元201按照一致的方位角方向進(jìn)行連接，使得每個柱體單元201可以測量在其位置上X和Y方向上的角度偏轉(zhuǎn)量。

其中，在生產(chǎn)制作柱體單元201時，其內(nèi)部的雙軸傾斜傳感器具有方向性(X、Y兩個相互垂直的正負(fù)方向)，在對待監(jiān)測載體，例如滑坡，進(jìn)行變形測量時，通常定義滑坡的主滑動方向?yàn)檎较颍敲此兄w單元201的雙軸傾斜傳感器的X軸正方向在連接后應(yīng)與滑坡主滑動方向相一致。把組裝完成的傳感器鏈最底端的柱體單元201視為測量基準(zhǔn)點(diǎn)，那么通過對每個柱體單元201角度進(jìn)行測量，并結(jié)合所述柱體單元201的長度(需要考慮柔性關(guān)節(jié)長度)，可計算出在X方向上的隨深度變化的位移變化曲線。在Y方向上的計算同樣如此。如此，可以替代通過測斜管槽口作為機(jī)械引導(dǎo)的傳統(tǒng)方法，即該系統(tǒng)不再需要現(xiàn)場安裝測斜管。

如圖5所示，是是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種柔性關(guān)節(jié)202的平面結(jié)構(gòu)爆炸示意圖。在所述固定連接件2022靠近所述十字軸承2021的一端設(shè)置有防水接頭2025，相鄰兩個柱體單元201之間的連接線通過所述防水接頭2025穿入所述二維柔性關(guān)節(jié)的內(nèi)部，使其免受外界損壞，獲得良好保護(hù)，也便于安裝。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種變形測量裝置200及系統(tǒng)，通過將具有中空結(jié)構(gòu)的柱體單元201設(shè)置于地表下面，在相鄰的兩個柱體單元201之間采用柔性關(guān)節(jié)202進(jìn)行連接，增加了變形測量裝置200安裝時的方便性。另外，在每個柱體單元201內(nèi)安裝有傳感器、處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓電源，將采集到的變形測量數(shù)據(jù)通過設(shè)置于地表上面的網(wǎng)關(guān)300上傳至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，有效提高了對變形數(shù)據(jù)進(jìn)行測量的精度。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上。可以根據(jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。

另外，在本實(shí)用新型各個實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。

需要說明的是，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。