[發明專利]一種基于張力傳感器的微小位移變形監測系統及方法

有效

• 申請號: 201810103280.7
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108413920B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 胡志剛;趙齊樂;李鵬博
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32
• 代理公司: 42222 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 魏波

本發明公開了一種基于張力傳感器的微小位移變形監測系統及方法，系統包括張力傳感器、彈簧、鋼絲、通信裝置、供電裝置；本發明主要通過實時獲取高精度的張力數據以及已知的彈簧張力系數計算出精確的彈簧變形量，進而反演出地物的幾何變形量。本發明在使用低成本張力傳感器的前提下能夠對邊坡形變進行長時間、高精度的監測，成本較低，結構簡單，并且施工方便，可實現長時間自動化監測預警的路塹邊坡沿線邊坡監測。

技術領域

本發明屬于邊坡變形監測技術領域，涉及一種基于張力傳感器的微小位移變形監測系統及方法，其成本低、精度高，適合公路鐵路沿線等路塹邊坡的長時間無人監測。

背景技術

在傳統的邊坡變形監測中，邊坡監測與數據反饋分析是邊坡工程中的一個重要環節。路塹邊坡具有坡度大、范圍小，數量多的特點，在監測點上使用GNSS衛星定位監測技術，則設備成本過高且容易受到高邊坡導致的衛星信號嚴重遮擋，往往無法達到預期監測效果；使用激光測距儀、全站儀設備容易受到大霧等惡劣天氣影響且監測成本也較高，不能滿足大規模的野外環境下的實際應用。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于張力傳感器的微小位移變形監測系統及方法。

本發明的系統所采用的技術方案是：一種基于張力傳感器的微小位移變形監測系統，其特征在于：包括張力傳感器、彈簧、鋼絲、通信裝置、供電裝置；以兩個待監測點為例，其中一個監測點直接與彈簧相連，另外一個監測點安裝張力傳感器，彈簧和張力傳感器之間使用鋼絲連接起來并在傳感器量程之內拉緊鋼絲，供電裝置給傳感器供電后傳感器獲取的張力數據通過通信裝置把數據回傳給用戶。

本發明的方法所采用的技術方案是：一種基于張力傳感器的微小位移變形監測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：張力傳感器零點校準；

在張力傳感器無外力作用下，直接從張力傳感器獲取初始張力讀數，計為F₀；

步驟2：張力傳感器張力系數校準；

將彈簧通過鋼絲連接至張力傳感器；借助可伸縮彈簧，在測量外力F_i作用下，彈簧拉伸長度L_i,i＝1、…、N，N≥2；

步驟3：計算所得測量數據的最優張力系數估值

步驟4：確定兩監測點一維相對位移及速率；

步驟5：確定監測網二維相對位移；

步驟6：獲取被監測點二維坐標時間序列以及形變速率的時間序列，從而得到被監測點的形變趨勢。

本發明具有如下優點：

1.施工方便；

在保證穩固和長期保存的前提下，監測點的埋設可以采用混凝土澆筑和機械鉆探植入鋼管的方式，此類技術成熟可靠。

2.選材方便；

現有的大部分傳感器及測距儀均能達到本方法所需要的標稱精度，因此施工過程中可以因地制宜，選用合適的測距產品。

3.全天候；

監測數據主要是由測距儀或傳感器測量，所需電量較少，配合太陽能供電系統或蓄電池，可以達到全天候的不間斷監測

4.計算簡單；

方程所需要求解的參數較少，最小二乘方法是成熟可靠的方法，計算步驟簡單。

5.低成本；

監測點的埋設費用低；參考點的重復利用率高；監測后續維護簡單，只需要定期復測監測點的位置信息，替換部分被損壞的站點。

6.精度較高；