CN109084727A - 一种多维监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多维监测装置，包括若干个监测仪装置和基准点装置，所述监测仪装置包括壳体，所述壳体内部设置有液体仓和气体仓，且所述液体仓和气体仓之间通过隔板分开，所述气体仓内部设置有PCB电路主板，所述液体仓底部中间设置有液体压力传感装置，所述液体压力传感器表面套装有弹性层，所述PCB电路主板和隔板之间设置有激光测距装置，所述隔板包括上层板和直径略小于上层板的下层板，相对于下层板的壳体内壁上设置有气压应力偏移装置，所述上层板内部设置有径向偏移装置，可自校正、校验精度，发现***自身问题；全自动无人值守式无线沉降监测***；简化了施工维护流程，降低材料和施工费用。

Description

一种多维监测装置

技术领域

本发明涉及竖向沉降领域，具体为一种多维监测装置。

背景技术

竖向沉降位移是基坑、公路、铁路、地铁、地下工程等工程领域十分重要的安全物理量，无论是施工或工程的运营期间，沉降变形能够直接反映工程结构、地质结构的潜在安全隐患，故此，沉降监测在安全领域有着十分重要的地位。另一方面，工程或地质结构的沉降监测往往伴随着其它变形，如水平位移、倾斜位移等，在安全监测过程中，需要多种变化数据相互印证、综合判断变形的发展趋势和安全等级。

目前的表面位移监测方法主要存在以下两方面的问题：

一是传统的依靠光学测绘仪器的方法仍然普遍存在，使用光学测绘仪器具有技术成熟、精度高、测点布设灵活的优点，但同时也有依赖技术人员操作、监测频率较低、受大气环境制约等诸多缺点；

二是采用基于电子传感、自动测控、物联网技术的信息化无人值守监测***，但普遍存在测量物理量单一、施工复杂、测量精度受环境或其它施工作业干扰大等问题。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种多维监测装置，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多维监测装置，包括若干个监测仪装置和基准点装置，所述监测仪装置包括壳体，所述壳体内部设置有液体仓和气体仓，且所述液体仓和气体仓之间通过隔板分开，所述气体仓内部设置有PCB电路主板，所述液体仓底部中间设置有液体压力传感装置，所述液体压力传感器表面套装有弹性层，所述PCB电路主板和隔板之间设置有激光测距装置，所述隔板包括上层板和直径略小于上层板的下层板，相对于下层板的壳体内壁上设置有气压应力偏移装置，所述上层板内部设置有径向偏移装置。

进一步地，所述液体压力传感装置包括压力传感器，所述压力传感器底部设置有贯穿壳体的直通管，位于上层板和下层板之间的直通管的管身上连接有L形管，所述L形管的末端贯穿上层板延伸至液体仓中，所述直通管和L形管连接处的内部的上部和下部分别设置有第二阀门和第三阀门，所述L形管位于隔板中的管身中设置有第一阀门。

进一步地，所述液体仓包括卵形空腔以及设置在卵形空腔两侧的液体接管，所述卵形空腔顶部设置有透明视窗，且所述透明视窗嵌入壳体的顶部表面，所述透明视窗上设置有排气栓A，所述卵形空腔位于壳体的侧面上设置有排气栓B，所述液体接管和卵形空腔的连接处设置有环形温度传感器，位于卵形空腔两侧的液体接管上连接有过渡管，所述过渡管和液体接管连接处设置有单向阀门。

进一步地，所述激光测距装置包括测距头，以及在设置在上层板和下层板之间的壳体上的透光环，所述测距仪底部连接有贯穿下层板和PCB电路主板的转轴，所述转轴上套装有导向套，所述导向套固定安装在PCB电路板上，所述转轴位于PCB电路主板的底部的轴身上安装有角度码盘，所述转轴的底部连接有驱动马达。

进一步地，所述径向偏移装置包括设置在壳体内壁上的外环，所述外环中间设置有内环，所述外环和内环之间通过四根导杆连接在一起，所述导杆上套装有滑套，所述滑套两端的导杆的杆身上套装有弹簧，且所述弹簧和外环内壁连接处设置有电阻感应片，所述电阻感应片电性连接在PCB电路板上。

进一步地，所述气压应力偏移装置包括设置在壳体上的弹动槽，所述下层板的边缘嵌入弹动槽中，所述下层板的边缘顶部和底部均通过环形碟簧连接在弹动槽的内顶部和底部，且所述环形碟簧和下层板连接处设置有环形压力感应器。

进一步地，若干个监测仪装置中的所述卵形空腔通过连通管连接在一起，且所述连通管连接在卵形空腔的液体接管上，所述卵形空腔通过连通管连接有基准点装置，所述基准点装置包括罐体以及设置在罐体内底部的驱动装置，所述驱动装置顶部设置有密封活塞，所述罐体上设置有附压管，且所述连通管和附压管连接在一起。

进一步地，所述PCB电路主板上集成有STC单片机、空气温度传感器、双轴倾斜仪、大气压力传感器、三轴加速器和无线通讯模块，所述驱动装置的底部设置有主电路板，且所述主电路板上集成有用于连接监测仪装置中的无线通讯模块和对数据处理的MCU处理器。

进一步地，所述罐体的顶部设置有气压孔，所述气压孔内部设置有硅胶瓣阀，所述硅胶瓣阀顶部的气压孔内部设置有过滤纤维层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

压差式静力水准仪精度校正，提高沉降监测精度；同点多参数监测，满足工程监测需求，包括竖向沉降、双轴倾斜、水平双向位移；可自校正、校验精度，发现***自身问题；全自动无人值守式无线沉降监测***；简化了施工维护流程，降低材料和施工费用，可全自动无人值守测量，也可半自动定期巡查现场读数，可做巡查人员打卡器使用，体积小、集成度高，可方便的接入到已有信息化网络，实现从人工测试到全自动无人值守测试的快速转变，同时还可改变原有分项监测重复费用投入，大大降低人工投入和劳动强度、提高测量效率。

附图说明

图1为本发明的监测仪装置前端剖面结构示意图；

图2为本发明的监测仪装置后端剖面结构示意图；

图3为本发明的基准点装置结构示意图；

图4为本发明的径向偏移装置结构示意图；

图5为本发明的气压应力偏移装置结构示意图；

图6为本发明的PCB电路主板上集成模块示意框图；

图7为本发明的监测仪装置立体结构示意图。

图中标号：

1-监测仪装置；2-基准点装置；3-隔板；4-PCB电路主板；5-液体压力传感装置；6-弹性层；7-激光测距装置；8-气压应力偏移装置；9-径向偏移装置；10-空气温度传感器；11-双轴倾斜仪；12-大气压力传感器；13-三轴加速器；14-无线通讯模块；15-STC单片机；

101-壳体；102-液体仓；103-气体仓；

1021-卵形空腔；1022-液体接管；1023-透明视窗；1024-排气栓A；1025-排气栓B；1026-环形温度传感器；1027-过渡管；

201-罐体；202-驱动装置；203-密封活塞；204-附压管；205-主电路板；206-气压孔；207-硅胶瓣阀；208-过滤纤维层；

301-上层板；302-下层板；

501-压力传感器；502-直通管；503-L形管；504-第二阀门；505-第三阀门；506-第一阀门；

701-测距头；702-透光环；703-转轴；704-导向套；705-角度码盘；706-驱动马达；

801-弹动槽；802-环形碟簧；803-环形压力传感器；

901-外环；902-内环；903-导杆；904-滑套；905-弹簧；906-电阻感应片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图7所示，本发明提供了一种多维监测装置，包括若干个监测仪装置1和基准点装置2，监测仪装置1包括壳体101，壳体101内部设置有液体仓102和气体仓103，且液体仓102和气体仓103之间通过隔板3分开，气体仓103内部设置有PCB电路主板4，液体仓103底部中间设置有液体压力传感装置5，液体压力传感器5表面套装有弹性层6，PCB电路主板4和隔板3之间设置有激光测距装置7，隔板3包括上层板301和直径略小于上层板301的下层板302，相对于下层板302的壳体101内壁上设置有气压应力偏移装置8，上层板301内部设置有径向偏移装置9。

本发明中的基准点装置2包括罐体201以及设置在罐体201内底部的驱动装置202，驱动装置202顶部设置有密封活塞203，罐体201上设置有附压管204，且附压管204连接有连通管1028。

本发明中的基准点装置2和若干个监测仪装置1通过连通管1028连接成环形通路，形成多维监测装置的监测结构，通过基准点装置2进行监测基准的设定，以及监测基准的改变对监测仪装置1的数据采集影响，从而对每个监测仪装置1采集到的区域沉降进行误差的消除和采集参数准确度的补偿。

进一步的，液体仓102包括卵形空腔1021以及设置在卵形空腔1021两侧的液体接管1022，卵形空腔1021顶部设置有透明视窗1023，且透明视窗1023嵌入壳体101的顶部表面，透明视窗1023上设置有排气栓A1024，卵形空腔1021位于壳体101的侧面上设置有排气栓B1025，液体接管1022和卵形空腔1021的连接处设置有环形温度传感器1026，位于卵形空腔1021两侧的液体接管1022上连接有过渡管1027，过渡管1027和液体接管1022连接处设置有单向阀门。

同时通过连通器的原理，使得卵形空腔1021和罐体201连接在一起，并由若干个卵形空腔1021均分罐体201中的液体液位高度，避免了直接液位法和浮力法在测量沉降时导致的储液罐液体溢出和某个测量装置液体缺失的情况，避免了监测仪装置1的测量失效。。

本发明中的排气栓A1024和排气栓B1025可在监测仪装置1内部的卵形空腔1021液位高度出现明显异常时，由人工手动排出内部的过盈气体，从而保证监测仪装置内部气压的稳定。

本发明中，通过基准点装置2作为多维监测装置的数据基准，对监测仪装置1进行数据采集的调校和提供静压水准的计算基准，监测仪装置1在进行测量时，通过基准点装置2向液体仓102中注入同等水平高度的流体，而不同的液体仓102所在监测地理位置环境，即竖向沉降随着时间的流逝反生变换，液体仓102的中流体液面高度产生相应的变化，此时液体仓102中的液体压力传感装置5对液体仓102中的流体的压力数据变化进行采集，并结合多个监测仪装置1的液体压力传感装置5的检测数据，从而快速的计算出某个监测仪装置1的沉降情况。

本发明中的液体压力传感装置5包括压力传感器501，压力传感器501底部设置有贯穿壳体101的直通管502，位于上层板301和下层板302之间的直通管502的管身上连接有L形管503，L形管503的末端贯穿上层板301延伸至液体仓102中，直通管502和L形管503连接处的内部的上部和下部分别设置有第二阀门504和第三阀门505，L形管503位于隔板3中的管身中设置有第一阀门506。

液体压力传感装置5的工作原理是：压力传感器501的顶部和液体仓102中卵形空腔1021内部的流体接触，在正常工作时，第二阀门504打开，与大气通路，第一阀门506和第三阀门505闭合，此时压力传感器5测量到的数据即为液体压力，需要校准时，第二阀门504和第三阀门505闭合，打开第一阀门506，使得压力传感器5的上表面和下表面通路，此时液体压力传感器5测量的压力值应为0，若不为零则说明压力传感器5存在测量误差，并将误差数据检测存储至PCB电路主板3上集成的存储单元，后关闭第一阀门506，打开第三阀门505将通过第一阀门506的流体释放到监测仪之外，后将第三阀门505关闭恢复至初始状态。

其中弹性层6套装在压力传感器501上，且所述弹性层6中可设置金属电阻应变片，通过金属电阻应变片，监测温度对压力传感器501的检测数据的影响，同时弹性层6可采用具有内层隔热材质，使得压力传感器501只受到流体温度的影响，将能够产生误差的因素单一化。

监测仪装置1中的卵形空腔1021和基准点装置2连接，并且基准点装置2中的罐体201和卵形空腔1021通过连通器的原理连接在一起，并通过压力传感器501的数据采集，利用液体压力和液体容积的关系反算出液面高度，或者直接有压力传感器501的检测数据，计算出卵形空腔中内部压强，实现两种方式获取卵形空腔1021中静压水准，从而更直观和准确的体现区域内的竖向沉降参数，同时，利用液体压力和液体容积反算处液位高度的变化得出的沉降数据和压力传感器501得出的沉降计算数据可相互检验，提高监测数据的可信度。

激光测距装置7包括测距头701，以及在设置在上层板301和下层板302之间的壳体101上的透光环702，测距仪701底部连接有贯穿下层板302和PCB电路主板4的转轴703，转轴703上套装有导向套704，导向套704固定安装在PCB电路板4上，转轴703位于PCB电路主板4的底部的轴身上安装有角度码盘705，转轴705的底部连接有驱动马达706，驱动马达706旋转机构固定于壳体101上，与PCB电路主板4上的MCU连接受MCU控制，可实现水平旋转，角度码盘705与驱动马达705的转轴703固定，测距仪701与驱动马达旋转轴703连接，PCB电路主板4上安装有发光管，在MCU控制下照射角度码盘705，角度码盘705与发光管共同构成高精度水平角度测量装置；MCU控制驱动马达706转动，角度码盘705与测距仪701同步转动；MCU向激光测距仪发送测距指令并读取距离值、码盘角度值，测距仪701的测距激光透过壳体上的透光环702测量与远处预设的反光点距离，使用一个测距仪701实现了水平方向任意多点的距离测量，使用设备内部存储器内预设的多个水平角度值，可实现指定角度的多个水平距离测量。

径向偏移装置9包括设置在壳体101内壁上的外环901，外环901中间设置有内环902，外环901和内环902之间通过四根导杆903连接在一起，导杆903上套装有滑套904，滑套904两端的导杆903的杆身上套装有弹簧905，且弹簧905和外环901内壁连接处设置有电阻感应片906，电阻感应片906电性连接在PCB电路板4上。

当监测仪装置1的安装位置发生角度倾斜状态的变化时，会使得滑套904在导杆903中间位置的初始位置反生偏移，使得四个滑套904相应拉伸和压缩弹簧，电阻感应片906则采集每个弹簧905的压缩和拉伸力，并将数据传递至PCB电路主板4，通过PCB电路主板4上集成有STC单片机15对数据进行分析，从而得出壳体的倾斜角度和状态，并在计算竖向沉降时，提供误差的补偿和消除，得到有效的竖向沉降数据；

同时PCB电路主板4上还集成有空气温度传感器10、双轴倾斜仪11、大气压力传感器12、三轴加速器13和无线通讯模块14，驱动装置202的底部设置有主电路板205，且主电路板205上集成有用于连接监测仪装置1中的无线通讯模块14和对数据处理的MCU处理器，所述无线通讯模块14包括成熟的Wi-Fi技术、蓝牙技术、ZigBee技术三种短距离无线通信技术，用于和监测仪装置1进行无线连接。

气压应力偏移装置8包括设置在壳体101上的弹动槽801，下层板302的边缘嵌入弹动槽801中，下层板302的边缘顶部和底部均通过环形碟簧802连接在弹动槽801的内顶部和底部，且环形碟簧802和下层板302连接处设置有环形压力感应器803。

若干个监测仪装置1中的卵形空腔1021通过连通管1028连接在一起，且连通管1028连接在卵形空腔1021的液体接管1022上，卵形空腔1021通过连通管1028连接有基准点装置2。

本发明中的罐体201的顶部设置有气压孔206，气压孔206内部设置有硅胶瓣阀207，硅胶瓣阀207顶部的气压孔206内部设置有过滤纤维层208，在进行监测仪装置1和基准点装置2的自校时，驱动装置202驱动活塞改变罐体201中的液面位置，同时内部的过盈压气将通过气压孔206排除，而在长时间内部的温度变化产生的气压也将通过气压孔206的硅胶瓣阀207的自动开合排除和吸入，保持监测仪装置1和基准点装置2内部的气压稳定，对大气压强造成的卵形空腔1021液位变化减小。

进一步说明的是，本发明中的驱动装置202实质为丝杠传动组件，且还可以是液压传动组件，进行罐体内部的流体进行上下移动，从而改变基准点装置的内部的监测压力。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种多维监测装置，包括若干个监测仪装置(1)和基准点装置(2)，其特征在于：所述监测仪装置(1)包括壳体(101)，所述壳体(101)内部设置有液体仓(102)和气体仓(103)，且所述液体仓(102)和气体仓(103)之间通过隔板(3)分开，所述气体仓(103)内部设置有PCB电路主板(4)，所述液体仓(103)底部中间设置有液体压力传感装置(5)，所述液体压力传感器(5)表面套装有弹性层(6)，所述PCB电路主板(4)和隔板(3)之间设置有激光测距装置(7)，所述隔板(3)包括上层板(301)和直径略小于上层板(301)的下层板(302)，相对于下层板(302)的壳体(101)内壁上设置有气压应力偏移装置(8)，所述上层板(301)内部设置有径向偏移装置(9)。

2.根据权利要求1所述的一种多维监测装置，其特征在于：所述液体压力传感装置(5)包括压力传感器(501)，所述压力传感器(501)底部设置有贯穿壳体(101)的直通管(502)，位于上层板(301)和下层板(302)之间的直通管(502)的管身上连接有L形管(503)，所述L形管(503)的末端贯穿上层板(301)延伸至液体仓(102)中，所述直通管(502)和L形管(503)连接处的内部的上部和下部分别设置有第二阀门(504)和第三阀门(505)，所述L形管(503)位于隔板(3)中的管身中设置有第一阀门(506)。

3.根据权利要求1所述的一种多维监测装置，其特征在于：所述液体仓(102)包括卵形空腔(1021)以及设置在卵形空腔(1021)两侧的液体接管(1022)，所述卵形空腔(1021)顶部设置有透明视窗(1023)，且所述透明视窗(1023)嵌入壳体(101)的顶部表面，所述透明视窗(1023)上设置有排气栓A(1024)，所述卵形空腔(1021)位于壳体(101)的侧面上设置有排气栓B(1025)，所述液体接管(1022)和卵形空腔(1021)的连接处设置有环形温度传感器(1026)，位于卵形空腔(1021)两侧的液体接管(1022)上连接有过渡管(1027)，所述过渡管(1027)和液体接管(1022)连接处设置有单向阀门。

4.根据权利要求1所述的一种多维监测装置，其特征在于：所述激光测距装置(7)包括测距头(701)，以及在设置在上层板(301)和下层板(302)之间的壳体(101)上的透光环(702)，所述测距仪(701)底部连接有贯穿下层板(302)和PCB电路主板(4)的转轴(703)，所述转轴(703)上套装有导向套(704)，所述导向套(704)固定安装在PCB电路板(4)上，所述转轴(703)位于PCB电路主板(4)的底部的轴身上安装有角度码盘(705)，所述转轴(705)的底部连接有驱动马达(706)。

5.根据权利要求1所述的一种多维监测装置，其特征在于：所述径向偏移装置(9)包括设置在壳体(101)内壁上的外环(901)，所述外环(901)中间设置有内环(902)，所述外环(901)和内环(902)之间通过四根导杆(903)连接在一起，所述导杆(903)上套装有滑套(904)，所述滑套(904)两端的导杆(903)的杆身上套装有弹簧(905)，且所述弹簧(905)和外环(901)内壁连接处设置有电阻感应片(906)，所述电阻感应片(906)电性连接在PCB电路板(4)上。

6.根据权利要求1所述的一种多维监测装置，其特征在于：所述气压应力偏移装置(8)包括设置在壳体(101)上的弹动槽(801)，所述下层板(302)的边缘嵌入弹动槽(801)中，所述下层板(302)的边缘顶部和底部均通过环形碟簧(802)连接在弹动槽(801)的内顶部和底部，且所述环形碟簧(802)和下层板(302)连接处设置有环形压力感应器(803)。

7.根据权利要求1所述的一种多维监测装置，其特征在于：若干个监测仪装置(1)中的所述卵形空腔(1021)通过连通管(1028)连接在一起，且所述连通管(1028)连接在卵形空腔(1021)的液体接管(1022)上，所述卵形空腔(1021)通过连通管(1028)连接有基准点装置(2)，所述基准点装置(2)包括罐体(201)以及设置在罐体(201)内底部的驱动装置(202)，所述驱动装置(202)顶部设置有密封活塞(203)，所述罐体(201)上设置有附压管(204)，且所述连通管(1028)和附压管(204)连接在一起。

8.根据权利要求1所述的一种多维监测装置，其特征在于：所述PCB电路主板(4)上集成有STC单片机(15)、空气温度传感器(10)、双轴倾斜仪(11)、大气压力传感器(12)、三轴加速器(13)和无线通讯模块(14)，所述驱动装置(202)的底部设置有主电路板(205)，且所述主电路板(205)上集成有用于连接监测仪装置(1)中的无线通讯模块(14)和对数据处理的MCU处理器。

9.根据权利要求7所述的一种多维监测装置，其特征在于：所述罐体(201)的顶部设置有气压孔(206)，所述气压孔(206)内部设置有硅胶瓣阀(207)，所述硅胶瓣阀(207)顶部的气压孔(206)内部设置有过滤纤维层(208)。