[發明專利]一種地下變形量的三維測量方法及測量系統

有效

• 申請號: 201310140231.8
• 申請日: 2013-04-22
• 公開（公告）號: CN103235349A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 李青;李雄;童仁園;申屠南瑛;王燕杰;施閣;謝揚名;姜國慶
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01V11/00
• 分類號: G01V11/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

1.一種地下變形量的三維測量方法，其特征在于：將多個圓柱型集成傳感器單元串接形成傳感器串，其運用電磁互感、螺旋平行傳輸線TDR效應或電感效應、重力測斜、磁阻效應多種物理機理，測出兩個圓柱型集成傳感器單元間的互感電壓Uout、螺旋平行傳輸線拉伸量L、傾斜角θ、傾斜的地磁方位角，通過Uout、L、θ與水平變形量X、垂直變形量Y的關系模型的建立，并與地面GPS空間坐標測量結合，實現依次從上到下圓柱型集成傳感器單元逐對測出與空間坐標統一對應的地下變形三維坐標，且現場測量結果將通過GPRS或GSM發送到遠方的PC機，在PC機上可描繪出測量區域內的地面到地下深部的土層運動變化情況和具體的坐標值，實現從地面到地下深部的巖土體變形的三維測量。

2.根據權利要求1所述的一種地下變形量的三維測量方法，其特征在于：所述的螺旋平行傳輸線拉伸量L的測量方法有兩種，一種是基于TDR效應，一種基于電感量測量；?TDR測量方法是在螺旋平行傳輸線的一端接一個匹配阻抗，另一端加一窄脈沖電壓，由于螺旋平行傳輸線的特性阻抗在拉伸前后會有變化，分析螺旋平行傳輸線拉伸前后的反射電壓波形的變化，可得出拉伸量ΔL的大小，加上原有的長度L0，可得出L=L0+ΔL；電感量測量方法是將運用螺旋平行傳輸線的一端短路，在另一端測量螺旋平行傳輸線電感量，經標定可得出不同一根螺旋平行傳輸線拉伸為不同長度的對應的電感量或感抗，從而得出上部集成傳感器單元的下端面中心點和下部集成傳感器單元的上端面中心點間的距離L。

3.根據權利要求1所述的一種地下變形量的三維測量方法，其特征在于：所述的傾斜角θ、傾斜的地磁方位角的測量方法，將集成傳感器單元中的測斜MEMS集成電路的xy坐標與地磁測量集成電路的東方北方坐標重疊安裝，則在集成傳感器串所處的地質環境有變形時，一定是有集成傳感器單元向變形的方向發生傾斜，則可得出該集成傳感器的傾斜方向的方位角。

4.用于權利要求1所述方法的一種地下變形量的三維測量系統，其特征在于：包括現場測量儀器和遠方測量儀器，兩者通過無線傳感通訊連接；其中：

1）現場測量儀器是由地下變形量集成傳感器串和地下變形量測量集中處理裝置組成；地下變形量集成傳感器串由1~m個結構相同的圓柱型集成傳感器單元串接而成，每個單元之間墊入的等厚硬性絕緣材料，用彈性螺旋平行傳輸線連接圓柱型集成單元的上下中心點，整個圓柱型集成傳感器串封裝在軟質緊縮套管內，每個圓柱型集成傳感器單元間通過485總線進行通訊和控制，地下變形量測量集中處理裝置的一端通過485總線與第m個圓柱型集成傳感器單元連接，地下變形量測量集中處理裝置的另一端與天線連接；

2）遠方測量儀器是由遠程接收裝置、PC上位機組成；遠程接收裝置的一端與天線連接，遠程接收裝置的另一端與PC上位機連接。

5.根據權利要求4所述的一種地下變形量的三維測量系統，其特征在于，所述的圓柱型集成傳感器單元：包括線圈、測長的彈性螺旋平行傳輸線、MEMS測斜集成電路、地磁測量集成電路、正弦電壓發生電路、正弦電壓測量電路、螺旋平行線TDR效應或電感測量電路、485總線驅動電路、第一A/D轉換電路、第二A/D轉換電路、MCU電路；螺旋平行線TDR效應或電感測量電路的輸入端連接螺旋平行傳輸線，輸出端連接第一A/D轉換電路；再將第一A/D轉換電路的輸出端連接到MCU固定端口，正弦電壓發生電路和正弦電壓測量電路各自一端通過電子模擬開關連接到線圈，其中電子模擬開關由MCU控制；正弦電壓發生電路另一端通過正弦電壓發生控制線連接到MCU，正弦電壓測量電路的另一端連接第二A/D轉換電路，將第二A/D轉換電路另一端連接到MCU；MEMS測斜集成電路和地磁測量集成電路連接到MCU；485總線驅動電路的兩端分別連接485總線和MCU；當地下變形測量集中處理裝置通過485總線發出指令后，相應的一對圓柱型集成傳感器單元得到響應，傳感器內部的MCU將會測量圓柱型集成傳感器單元之間的線圈互感電壓值Uout，兩傳感器單元之間的軸線夾角θ，兩傳感器單元之間的中心相對距離L和集成傳感器的地磁方位值。

6.根據權利要求4所述的一種地下變形量的三維測量系統，其特征在于，所述的地下變形測量集中處理裝置：包括MCU電路、485總線驅動電路、GPS測量模塊和遠程通訊模塊；MCU電路分別于遠程通訊模塊、485總線驅動電路和GPS測量模塊連接，通過485總線向地下變形量集成傳感器串發出控制指令，通過遠程通訊模塊向PC機發送地下變形的測量信息。