[發(fā)明專(zhuān)利]一種地下變形量的三維測(cè)量方法及測(cè)量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310140231.8
• 申請(qǐng)日: 2013-04-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103235349A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李青;李雄;童仁園;申屠南瑛;王燕杰;施閣;謝揚(yáng)名;姜國(guó)慶
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G01V11/00
• 分類(lèi)號(hào): G01V11/00
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種地下變形測(cè)量方法及裝置，尤其是涉及一種地下變形量的三維測(cè)量方法及測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

觀測(cè)、研究大地板塊變形、移動(dòng)是分析地殼運(yùn)動(dòng)與地震關(guān)系的重要過(guò)程，事實(shí)表明地殼運(yùn)動(dòng)與地震有必然的聯(lián)系，應(yīng)力積累與釋放是地震的孕育中不可缺少的過(guò)程，研究地震孕育過(guò)程的重要方法之一是通過(guò)地殼形變觀測(cè)，研究與強(qiáng)地震孕育相關(guān)的地殼運(yùn)動(dòng)和變形過(guò)程。因此這種對(duì)大地板塊變形的觀測(cè)、研究有助于人類(lèi)了解地殼的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，觀測(cè)到地面以下的三維變化，為地震科學(xué)、地質(zhì)工程和礦業(yè)工程等領(lǐng)域的研究提供科學(xué)儀器，為人類(lèi)認(rèn)識(shí)地球深處的變化規(guī)律提供科學(xué)觀測(cè)儀器。

現(xiàn)有對(duì)地下深部變形的測(cè)量手段主要有三種：測(cè)斜管測(cè)斜技術(shù)，光纖分布應(yīng)變測(cè)量技術(shù)（Brillouin?Opticat?Time?Domain?Reflectometry）（簡(jiǎn)稱(chēng)BOTDR），同軸電纜的時(shí)間域反射測(cè)試技術(shù)（Time?Domain?Reflectometry）（簡(jiǎn)稱(chēng)TDR?技術(shù)）。測(cè)斜技術(shù)只能測(cè)出測(cè)斜管在土體作用時(shí)的彎斜情況，不能自動(dòng)實(shí)施連續(xù)監(jiān)測(cè)，，而且需要人為放置測(cè)斜測(cè)量?jī)x才能實(shí)現(xiàn)對(duì)傾斜角的測(cè)量，誤差很大。BOTDR技術(shù)是只能測(cè)量光纖微小的應(yīng)變，大變形時(shí)光纖將斷裂，而且這種測(cè)量也不能判別變形方向。同軸電纜的TDR技術(shù)只能用于少數(shù)剪切滑坡地貌的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)，變形量也較小（大變形也要拉斷）。這三種方法都不能實(shí)現(xiàn)變形量的三維測(cè)量，變形的量也不能滿足軟巖或第四紀(jì)覆蓋層的變形測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種地下變形量的三維測(cè)量方法及測(cè)量系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)變形量的三維測(cè)量，變形的量能滿足軟巖或第四紀(jì)覆蓋層的變形測(cè)量。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一、一種地下變形量的三維測(cè)量方法：

將多個(gè)圓柱型集成傳感器單元串接形成傳感器串，其運(yùn)用電磁互感、螺旋平行傳輸線TDR效應(yīng)或電感效應(yīng)、重力測(cè)斜、磁阻效應(yīng)多種物理機(jī)理，測(cè)出兩個(gè)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(guò)Uout、L、θ與水平變形量X、垂直變形量Y的關(guān)系模型的建立，并與地面GPS空間坐標(biāo)測(cè)量結(jié)合，實(shí)現(xiàn)依次從上到下圓柱型集成傳感器單元逐對(duì)測(cè)出與空間坐標(biāo)統(tǒng)一對(duì)應(yīng)的地下變形三維坐標(biāo)，且現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果將通過(guò)GPRS或GSM發(fā)送到遠(yuǎn)方的PC機(jī)，在PC機(jī)上可描繪出測(cè)量區(qū)域內(nèi)的地面到地下深部的土層運(yùn)動(dòng)變化情況和具體的坐標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)從地面到地下深部的巖土體變形的三維測(cè)量。

所述的螺旋平行傳輸線拉伸量L的測(cè)量方法有兩種，一種是基于TDR效應(yīng)，一種基于電感量測(cè)量；?TDR測(cè)量方法是在螺旋平行傳輸線的一端接一個(gè)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(huì)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(zhǎng)度L0，可得出L=L0+ΔL；電感量測(cè)量方法是將運(yùn)用螺旋平行傳輸線的一端短路，在另一端測(cè)量螺旋平行傳輸線電感量，經(jīng)標(biāo)定可得出不同一根螺旋平行傳輸線拉伸為不同長(zhǎng)度的對(duì)應(yīng)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(diǎn)和下部集成傳感器單元的上端面中心點(diǎn)間的距離L。

所述的傾斜角θ、傾斜的地磁方位角的測(cè)量方法，將集成傳感器單元中的測(cè)斜MEMS集成電路的xy坐標(biāo)與地磁測(cè)量集成電路的東方北方坐標(biāo)重疊安裝，則在集成傳感器串所處的地質(zhì)環(huán)境有變形時(shí)，一定是有集成傳感器單元向變形的方向發(fā)生傾斜，則可得出該集成傳感器的傾斜方向的方位角。

二、一種地下變形量的三維測(cè)量系統(tǒng)：

本發(fā)明包括現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x器和遠(yuǎn)方測(cè)量?jī)x器，兩者通過(guò)無(wú)線傳感通訊連接；其中：

1）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x器是由地下變形量集成傳感器串和地下變形量測(cè)量集中處理裝置組成；地下變形量集成傳感器串由1~m個(gè)結(jié)構(gòu)相同的圓柱型集成傳感器單元串接而成，每個(gè)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(diǎn)，整個(gè)圓柱型集成傳感器串封裝在軟質(zhì)緊縮套管內(nèi)，每個(gè)圓柱型集成傳感器單元間通過(guò)485總線進(jìn)行通訊和控制，地下變形量測(cè)量集中處理裝置的一端通過(guò)485總線與第m個(gè)圓柱型集成傳感器單元連接，地下變形量測(cè)量集中處理裝置的另一端與天線連接；

2）遠(yuǎn)方測(cè)量?jī)x器是由遠(yuǎn)程接收裝置、PC上位機(jī)組成；遠(yuǎn)程接收裝置的一端與天線連接，遠(yuǎn)程接收裝置的另一端與PC上位機(jī)連接。