一种土层位移测量系统和方法与流程

本发明涉及土体监测领域，具体而言，涉及一种土层位移测量系统和方法。

背景技术：

1、在高速公路、铁路、大坝、基坑等工程中往往需要测量地基或周边土体的深层位移变化。

2、在现有技术中，土体的水平位移往往采用测斜仪进行测量，土体的分层沉降采用分层沉降仪进行测量。这些现有的仪器在使用时大多需要操作人员现场操作,存在人工成本高，易产生人为误差等问题。

3、近年来出现了一些自动化测量仪器，可以通过安装在预埋在土体中的pvc材料测量管对土层平移进行长期自动化监测。但这些仪器存在下列缺陷：1)无法同时测量土体的三维位移，从而完整地反应土体的稳定状态；2)设备体积较大，往往需要在各个测量点分别安装多个测量设备，成本较高；3)探入测量管的探头以有线方式与主机通信连接，导致电缆尺寸和重量较大且存在断线风险。

4、综上，本领域需要提供一种土层位移测量系统和方法，其能够克服现有技术的缺陷。

技术实现思路

1、本发明提供了一种土层位移测量系统和方法，其能够解决现有技术存在的问题。本发明的目的通过以下技术方案得以实现。

2、第一方面，本发明的一个实施方式提供了一种土层位移测量系统和方法，其包括主机和管路，主机包括驱动组件和探测组件，管路包括探管和多个标记部件；驱动组件包括升降部件和旋转部件；探管埋入土层且探管的顶端从地面露出，多个标记部件分别设置在探管上对应不同土层深度的位置上；探管的一端与主机可拆卸地连接，探测组件连接在驱动组件下方，探管与主机连接后探测组件能够进入探管并沿探管上下移动，升降部件驱动探测组件沿探管下降后上升从而完成一次测量，旋转部件将探测组件旋转180°后，升降部件驱动探测组件再次下降后上升完成一次测量，探测组件在记录升降过程中的倾角数据并记录检测到标记部件的时间。

3、根据本发明的上述一个实施方式提供的土层位移测量系统，其中探测组件包括缆绳和探头，探头包括倾角测量单元和感应单元，缆绳的一端与升降部件连接，缆绳的另一端与探头的顶部连接，升降部件通过缆绳驱动探头上下移动，感应单元用于检测标记部件，倾角测量单元用于测量探头的倾角。

4、根据本发明的上述一个实施方式提供的土层位移测量系统，其中土层位移测量系统还包括控制组件，控制组件分别与升降部件和旋转部件电连接，控制组件和探头通信连接，控制组件用于控制升降部件和旋转部件并根据探头记录的倾角数据、是否检测到标记部件以及升降部件驱动探头移动的距离计算土层位移数据。

5、根据本发明的上述一个实施方式提供的土层位移测量系统，其中土层位移数据包含土层的水平位移数据和标记部件所在土层的沉降数据。

6、根据本发明的上述一个实施方式提供的土层位移测量系统，其中土层位移测量系统还包括电池和充电部件，电池分别与驱动组件和探测组件电连接，充电组件与电池电连接，充电部件用于为探头充电。

7、根据本发明的上述一个实施方式提供的土层位移测量系统，其中土层位移测量系统还包括主板和套筒组件，套筒组件包括第一套筒和第二套筒，驱动组件设置于主板的上方，第二套筒的顶端与主板的底部连接，第二套筒套在第一套筒的外侧且第一套筒的顶端从第二套筒内穿过主板与旋转部件连接。

8、根据本发明的上述一个实施方式提供的土层位移测量系统，其中土层位移测量系统包括多条管路，主机能够与任一管路可拆卸地连接并检测任一管路的土层位移数据。

9、根据本发明的上述一个实施方式提供的土层位移测量系统，其中升降部件包括测力器，测力器用于测量悬挂在升降部件下方的探测组件的向升降部件施加的力。

10、第二方面，本发明的一个实施方式提供了一种土层位移测量方法，其用于运行前述土层位移测量系统，土层位移测量方法包括多个步骤：

11、步骤101：将主机安装到管路上；

12、步骤102：主机自检；

13、步骤103：执行第一次土层位移测量，其中土层位移测量包括测量探测组件的下降距离、测量管路中各个深度位置的倾角数据和记录探测组件检测到各个标记部件的时间；

14、步骤104：将探测组件旋转180°，然后执行第二次土层位移测量；

15、步骤105：根据第一次土层位移测量和第二次土层位移测量获得的数据计算土层位移数据；其中，土层位移数据包括土层的水平位移数据和标记部件所在土层的沉降数据；以及

16、步骤106：从管路上移除主机。

17、根据本发明的上述一个实施方式提供的土层位移测量方法，其中土层位移测量系统还包括控制组件，探测组件包括缆绳和探头，土层位移测量包括下列步骤：

18、步骤201：将探头下降至管路底部并停留预设的停留时间，探头记录管路底部的倾角数据；

19、步骤202：控制组件通过升降部件驱动探头按照预设的速度上升，探头记录在上升过程中检测到标记部件的时间，控制组件根据预定的时间间隔记录探头的上升距离，探头根据预定的时间间隔记录倾角数据；以及

20、步骤203：探头上升至最高并将获得的倾角数据和检测到标记部件的时间传输至控制组件。

21、根据本发明的上述一个实施方式提供的土层位移测量方法，其中升降部件包括测力器，控制组件通过升降部件驱动探头下降过程中，若测力器检测到测力器下方的探测组件向升降部件施加的力小于预设的第一阈值时，主机停机并报警。

22、根据本发明的上述一个实施方式提供的土层位移测量方法，其中升降部件包括测力器，控制组件通过升降部件驱动探头上升过程中，若测力器检测到测力器下方的探测组件向升降部件施加的力大于预设的第二阈值时，主机停机并报警。

23、根据本发明的上述一个实施方式提供的土层位移测量方法，其中土层位移测量系统还包括电池和充电部件，步骤102：主机自检包括下列步骤：

24、步骤102a：控制组件自检；

25、步骤102b：检测探头是否需要充电，若“是”，执行步骤102c；若“否”，执行步骤103c；以及

26、步骤102c：主机提示探头需要充电并通过充电部件开始为探头充电，然后执行步骤103。

27、根据本发明实施方式的土层位移测量系统和方法的优点在于：探头内集成小型化的倾角与磁感应传感电路，实现了土层水平位移与沉降的同步测量；主机采用便携设计且可以从管路上拆卸，实现了一台主机对多个安装在不同位置的管路，无需设置多台主机，降低了成本；同时通过无线充电以及时间坐标配置算法，实现探头的无线充电和无线数据传输，避免了使用较粗的电缆线连接探头，降低了系统失效风险。

技术特征：

1.一种土层位移测量系统，用于检测土层位移数据，其特征在于，其包括主机和管路，主机包括驱动组件和探测组件，管路包括探管和多个标记部件；驱动组件包括升降部件和旋转部件；探管埋入土层且探管的顶端从地面露出，多个标记部件分别设置在探管上对应不同土层深度的位置上；探管的一端与主机可拆卸地连接，探测组件连接在驱动组件下方，探管与主机连接后探测组件能够进入探管并沿探管上下移动，升降部件驱动探测组件沿探管下降后上升从而完成一次测量，旋转部件将探测组件旋转180°后，升降部件驱动探测组件再次下降后上升完成一次测量，探测组件在记录升降过程中的倾角数据并记录检测到标记部件的时间。

2.根据权利要求1的土层位移测量系统和方法，其特征在于，探测组件包括缆绳和探头，探头包括倾角测量单元和感应单元，缆绳的一端与升降部件连接，缆绳的另一端与探头的顶部连接，升降部件通过缆绳驱动探头上下移动，感应单元用于检测标记部件，倾角测量单元用于测量探头的倾角。

3.根据权利要求2的土层位移测量系统和方法，其特征在于，土层位移测量系统还包括控制组件，控制组件分别与升降部件和旋转部件电连接，控制组件和探头通信连接，控制组件用于控制升降部件和旋转部件并根据探头记录的倾角数据、是否检测到标记部件以及升降部件驱动探头移动的距离计算土层位移数据。

4.根据权利要求3的土层位移测量系统和方法，其特征在于，土层位移数据包含土层的水平位移数据和标记部件所在土层的沉降数据。

5.根据权利要求4的土层位移测量系统和方法，其特征在于，土层位移测量系统还包括电池和充电部件，电池分别与驱动组件和探测组件电连接，充电组件与电池电连接，充电部件用于为探头充电。

6.根据权利要求5的土层位移测量系统和方法，其特征在于，土层位移测量系统还包括主板和套筒组件，套筒组件包括第一套筒和第二套筒，驱动组件设置于主板的上方，第二套筒的顶端与主板的底部连接，第二套筒套在第一套筒的外侧且第一套筒的顶端从第二套筒内穿过主板与旋转部件连接。

7.根据权利要求4的土层位移测量系统和方法，其特征在于，土层位移测量系统包括多条管路，主机能够与任一管路可拆卸地连接并检测任一管路的土层位移数据。

8.根据权利要求4的土层位移测量系统和方法，其特征在于，升降部件包括测力器，测力器用于测量悬挂在升降部件下方的探测组件的向升降部件施加的力。

9.一种土层位移测量方法，其特征在于，其用于运行如权利要求1所述的土层位移测量系统，土层位移测量方法包括多个步骤：

10.根据权利要求9的土层位移测量方法，其特征在于，土层位移测量系统还包括控制组件，探测组件包括缆绳和探头，土层位移测量包括下列步骤：

11.根据权利要求10的土层位移测量方法，其特征在于，升降部件包括测力器，控制组件通过升降部件驱动探头下降过程中，若测力器检测到测力器下方的探测组件向升降部件施加的力小于预设的第一阈值时，主机停机并报警。

12.根据权利要求10的土层位移测量方法，其特征在于，升降部件包括测力器，控制组件通过升降部件驱动探头上升过程中，若测力器检测到测力器下方的探测组件向升降部件施加的力大于预设的第二阈值时，主机停机并报警。

13.根据权利要求10的土层位移测量方法，其特征在于，土层位移测量系统还包括电池和充电部件，步骤102：主机自检包括下列步骤：

技术总结本发明提供了一种土层位移测量系统和方法，土层位移测量系统包括主机和管路，主机包括驱动组件和探测组件，管路包括探管和多个标记部件；驱动组件包括升降部件和旋转部件；探管埋入土层且探管的顶端从地面露出，多个标记部件分别设置在探管上对应不同土层深度的位置上；探管的一端与主机可拆卸地连接，探测组件连接在驱动组件下方，探管与驱动组件处于连接状态时探测组件设置在探管中，升降部件驱动探测组件沿探管下降后上升从而完成一次测量，旋转部件将探测组件旋转180°后，升降部件驱动探测组件再次下降后上升完成一次测量。本发明的优点在于：实现了土层水平位移与沉降的同步测量；降低了成本且降低了系统失效风险。技术研发人员：徐辉,姚鸿梁,宋爽受保护的技术使用者：浙江同禾传感技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20