CN109751975A - 一种多节自由组合全自动深部位移测斜仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多节自由组合全自动深部位移测斜仪，包括多根套管及与套管两端螺纹连接的第一接头和第二接头，还包括传输电缆、测斜传感器、方位角传感器和数据采集器；多根套管之间通过第一接头和第二接头连接，第一接头和第二接头万向转动连接；传输电缆、测斜传感器和方位角传感器设置于套管的内壁上；数据采集器设于测斜仪顶部，与传输电缆连接，用于采集每个测斜传感器和方位角传感器测得的数据。通过将测斜仪设为多根万向转动连接的套管，套管倾角变化不受制约，保障了测量的准确度，另外可改变测斜仪以及套管的长度，以适应不同的监测需求。整个装置可以实现即时、自动监测地质层的连续位移变化，为地质活动监测提供了极大便利。

Description

一种多节自由组合全自动深部位移测斜仪

技术领域

本发明涉及地质监测勘探技术领域，更具体地说，涉及一种能够自动测量地质深部水平位移连续变化的多节自由组合全自动深部位移测斜仪。

背景技术

在工程实践、科学研究和地质灾害监测中，往往需要对地面以下一定深度的岩土体进行位移监测。然而，由于该部分的岩土体处于地下，往往无法直接测量，因此，人们一般利用测斜仪器，对地下一定深度范围的位移进行监测。

目前测斜仪一般有两种，分为活动式测斜仪和固定式测斜仪。现有测斜仪都是由测斜探头、测读仪、电缆和测斜管构成的。测量时，测斜管先埋入岩土体内部，并作为测斜仪的导轨使用。固定式测斜仪是将测斜探头沿导轨放入指定深度处，待岩土体变形时，整个测斜管随土体发生变形。测斜探头测得倾斜角度，数据由电缆传输至测读仪，通过计算可以得到实测土体的水平位移增量。活动式测斜仪测量原理与固定式测斜仪原理相同，不同之处在于，活动式测斜仪需要测量人员将测斜探头放入预定深度，然后逐段提升电缆，使测斜探头可以测量一定深度范围的水平位移增量。

以上两种测斜方式都存在很大的弊端。固定式测斜仪由于结构限制，一般只能测量一个或几个特定深度的位移情况，无法全面反映地下岩土体或地下结构物指定深度范围的位移变化情况，而且监测精度受限，监测效果不理想，难以反映对象的实际变形情况。另外该测斜仪机械结构复杂，人工操作繁琐。活动式测斜仪操作过程繁琐，过分依赖人工，每次都需要专业人员亲临现场全程测量，但是由于测量人员的人为操作，往往导致测量结果误差较大。而且，每次测量都需要安装和操作测斜仪，每测一个深度位置，都需要量测读数，操作重复率高，效率极低。另外对一些野外的监测对象，由于客观条件的限制，长期现场作业不利于保证人身安全。对于偏远地区的监测对象，反复的长途运输变相增加监测成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种多节自由组合全自动深部位移测斜仪，准确度高，实现即时、自动监测地质层的连续位移变化，减少人工操作，根据不同需求改变测量装置的长度，以适应不同的地质环境和监测需求。

本发明的技术解决方案是：本发明提供一种多节自由组合全自动深部位移测斜仪，包括多根套管及与所述套管两端螺纹连接的第一接头和第二接头，其特征在于，还包括传输电缆、测斜传感器、方位角传感器和数据采集器；多根所述套管之间通过所述第一接头和第二接头连接，所述第一接头和第二接头万向转动连接；所述传输电缆、测斜传感器和方位角传感器设置于所述套管的内壁上；所述数据采集器设于测斜仪顶部，与所述传输电缆连接，用于采集每个测斜传感器和方位角传感器测得的数据。

进一步的，所述第一接头为中空圆管，一端设有螺纹，与所述套管螺纹连接，另一端设有两个对应的梯形凸台；所述凸台上设有第一螺栓孔；两个所述凸台之间设有转动件，所述转动件为侧面设有四个第三螺栓孔的中空圆柱体，每个所述第三螺栓孔之间均为90°，所述第三螺栓孔的直径大于所述第一螺栓孔的直径；所述凸台与所述转动件螺栓连接。

进一步的，所述第一接头上还设有滑动导轮、两个对应的椭圆孔和位于两个所述椭圆孔其中一个内的挡板；所述滑动导轮包括扭簧和两端设有转轮的转动轴；所述转动轴穿过两个所述椭圆孔，中部与所述扭簧的端部连接，一端与所述挡板相抵接。

进一步的，所述第一接头上还设有两个垂直对应的第四螺栓孔。

进一步的，还包括钢丝绳，所述钢丝绳穿过所述第四螺栓孔将多根套管连接为一体。

进一步的，所述第二接头为中空圆管，一端设有螺纹，与所述套管螺纹连接，另一端设有两个转动件连接座；所述转动件连接座上设有第二螺栓孔，所述第二螺栓孔的直径与所述第三螺栓孔的直径相等；所述转动件连接座与所述转动件螺栓连接。

进一步的，所述第一接头、第二接头和套管的连接处均对应设置第五螺栓孔。

进一步的，还包括多根测斜管，所述测斜管内部设有呈180°对应的两组凹槽；所述套管放置于所述测斜管内；所述滑动导轮的转轮与所述凹槽抵接。

实施本发明的多节自由组合全自动深部位移测斜仪，具有以下有益效果：通过将测斜仪设为多根套管，使用两个接头对每根套管进行连接，实现万向转动，套管倾角变化不受制约，保障了测量的准确度，另外可根据不同需求改变测斜仪以及套管的长度，以适应不同的地质环境和监测需求。每根套管对接后，长度不会变化，套管之间连接稳固可靠，不会因拉伸或压缩带来长度上变化，造成测斜计算模型参数变化。套管的中空部份可容纳传输电缆和测斜传感器，现场安装后可封胶保护接线部位，使测斜仪的使用更加稳定、安全。整个装置可以实现即时、自动监测地质层的连续位移变化，减少人工操作，提高了检测精度，适用范围广泛，为工程实践、科学研究和地质灾害监测等活动提供了极大便利。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明多节自由组合全自动深部位移测斜仪的套管与接头连接后的结构示意图；

图2为本发明多节自由组合全自动深部位移测斜仪的第一接头和第二接头连接状态的剖视图；

图3为图2旋转180°时的接头连接结构示意图；

图4为测斜管的结构示意图；

图5为套管安装于测斜管内的示意图；

图6为本发明多节自由组合全自动深部位移测斜仪的总体结构示意图。

具体实施方式

图1至图6示出本发明多节自由组合全自动深部位移测斜仪的一个优选实施例，其包括多根套管1及与套管1两端螺纹连接的第一接头2和第二接头3，还包括传输电缆4、测斜传感器5、方位角传感器6和数据采集器7；多根套管1之间通过第一接头2和第二接头3连接，第一接头2和第二接头3万向转动连接；传输电缆4、测斜传感器5和方位角传感器6设置于套管1的内壁上；数据采集器7设于测斜仪顶部，与传输电缆4连接，用于采集每个测斜传感器5和方位角传感器6测得的数据。套管1用于承载传输电缆4、测斜传感器5和方位角传感器6，为使地质勘探数据更为准确，在每根套管1中均设置传输电缆4、测斜传感器5和方位角传感器6，对地质运动进行分层检测，提高了检测结果的准确性。为适用于不同地质环境的监测深度需求，设置不同长度的套管1，例如将套管1长度设置为0.5m、1m或2m，根据分层检测的需求来选择。套管1的两端设有外螺纹，与第一接头2和第二接头3的内螺纹连接。在地质运动时，无法预测运动方向，因此将第一接头2和第二接头3设置为万向转动连接，不管地质层向哪个方向运动，都可以使套管1随之转动，保证检测结果的准确性。测斜传感器5和方位角传感器6分别用于测量套管1的倾斜角度和方位角变化，从而计算套管1的三维坐标。传输电缆4用于将测斜传感器5和方位角传感器6测得的数据传送至地面上的数据采集器7，数据采集器7再将获得的数据上传至后台服务器或终端。

本实施例中第一接头2为中空圆管，一端设有螺纹，与套管1螺纹连接，另一端设有两个对应的梯形凸台21；凸台21上设有第一螺栓孔10；两个凸台21之间设有转动件22，转动件22为侧面设有四个第三螺栓孔30的中空圆柱体，每个第三螺栓孔30之间均为90°，第三螺栓孔30的直径大于第一螺栓孔10的直径；凸台21与转动件22螺栓连接。本实施例中套管1的两端为外螺纹，第一接头2的一侧为内螺纹，两者螺纹连接，当然也可以将套管1的两端设为内螺纹，接头设为外螺纹，也属于本发明的设计构思。第一接头2的另一端为带有第一螺栓孔10的凸台21，用于与转动件22连接，转动件22的外径略小于第一接头2的内径，因此可以与凸台21活动连接，灵活转动。转动件22的中部是空的，便于传输电缆4从中穿过互相连接，四周各设有一个第三螺栓孔30，分别与第一接头2的第一螺栓孔10以及下述的第二接头3的第二螺栓孔20螺栓连接，第一接头2和第二接头3通过转动件22连接为一体。为使转动件22可以360°不受制约的转动，将第三螺栓孔30的直径设置的略大于第一螺栓孔10的直径，这样转动件22与第一接头2活动连接，既不会从连接螺栓上滑落，也不会受制于连接螺栓，可以使套管1的运动完全与地质变化相符合，保证了检测结果的准确度。

本实施例中第一接头2上还设有滑动导轮23、两个对应的椭圆孔24和位于两个椭圆孔24其中一个内的挡板25；滑动导轮23包括扭簧231和两端设有转轮232的转动轴233；转动轴233穿过两个椭圆孔24，中部与扭簧231的端部连接，一端与挡板25相抵接。滑动导轮23用于与下述的测斜管9配合使用，保障套管1的轴心不偏离。滑动导轮23由提供动力的扭簧231、用于与下述测斜管9抵接的转动轴233和转轴233上的转轮232组成，扭簧231在安装时即为扭曲状态，挡板25用于避免扭簧231回弹。

本实施例中还包括钢丝绳，第一接头2上还设有两个垂直对应的第四螺栓孔40，钢丝绳穿过第四螺栓孔40将多根套管1连接为一体。为了使安装和回收更为方便，本发明在第一接头2的侧面开有两个垂直对应的第四螺栓孔40，在安装时可以将钢丝绳穿过该螺栓孔，然后打入螺栓固定钢丝绳，即将各套管1连接为一体，在安装时方便操作。使用过程中如有某根套管或套管内部的传输电缆和传感器损坏，即可拉动钢丝绳将整个测斜仪拉到地面进行维修或更换。如果不再使用测斜仪，需要回收时，也同样可以拉动钢丝绳进行回收，为多个环节提供了便利。

本实施例中第二接头3为中空圆管，一端设有螺纹，与套管1螺纹连接，另一端设有两个转动件连接座31；转动件连接座31上设有第二螺栓孔20，第二螺栓孔20的直径与第三螺栓孔30的直径相等；转动件连接座31与转动件22螺栓连接。本实施例中套管1的两端为外螺纹，第二接头3的一侧为内螺纹，两者螺纹连接，当然也可以将套管1的两端设为内螺纹，接头设为外螺纹，也属于本发明的设计构思。第二接头3的另一端为带有第二螺栓孔20的转动件连接座31，用于与转动件22连接，转动件22的外径略小于第二接头3的内径，保证转动件22可以360°转动。第二螺栓孔20的直径与第三螺栓孔30的直径相等，螺栓将转动件22固定于转动件连接座31上，因此相对来说，第一接头2和第二接头3只有一个可以相对于另外一个360°转动，另一个为受限制的转动，防止一根套管1转动带动另一根套管1转动，造成检测结果不准确。

本实施例中第一接头2、第二接头3和套管1的连接处均对应设置第五螺栓孔50。第五螺栓孔50用于在第一接头2和第二接头3与套管1的连接处的侧面打入螺栓，防止套管与接头之间的螺纹连接松动，造成测量单元长度不同，从而影响测量结果。

本实施例中还包括多根测斜管8，测斜管8内部设有呈180°对应的两组凹槽81；套管1放置于测斜管8内；滑动导轮23的转轮232与凹槽81抵接。转动轴233的宽度大于测斜管8内两个凹槽81之间的的直径，将套管1安装于测斜管8时，将转动轴233转动至小于凹槽81直径的位置，放入测斜管8中，松开转动轴233，由于扭簧231的回弹作用转动轴233两端的转轮232抵住凹槽81，使套管1的轴心与测斜管8的轴心重合，这样套管1与测斜管8的倾斜方向和角度完全一致。

使用本发明的多节自由组合全自动深部位移测斜仪时，先将套管放入测斜管中，再将套管的首尾接头分别与其它套管连接，在第五螺栓孔打入螺栓固定，同时将传输电缆穿过接头连接为一体，接下来把钢丝绳穿过第四螺栓孔，将套管连接为一体，根据不同侧监测需求选择不同数量和长度的套管，连接完成后打入地下，地面设置数据采集器，与传输电缆连接，采集测得的信息。

本发明的多节自由组合全自动深部位移测斜仪，通过将测斜仪设为多根套管，使用两个接头对每根套管进行连接，实现万向转动，套管倾角变化不受制约，保障了测量的准确度，另外可根据不同需求改变测斜仪以及套管的长度，以适应不同的地质环境和监测需求。每根套管对接后，长度不会变化，套管之间连接稳固可靠，不会因拉伸或压缩带来长度上变化，造成测斜计算模型参数变化。套管的中空部份可容纳传输电缆和测斜传感器，现场安装后可封胶保护接线部位，使测斜仪的使用更加稳定、安全。整个装置可以实现即时、自动监测地质层的连续位移变化，减少人工操作，提高了检测精度，适用范围广泛，为工程实践、科学研究和地质灾害监测等活动提供了极大便利。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多节自由组合全自动深部位移测斜仪，包括多根套管(1)及与所述套管(1)两端螺纹连接的第一接头(2)和第二接头(3)，其特征在于，还包括传输电缆(4)、测斜传感器(5)、方位角传感器(6)和数据采集器(7)；多根所述套管(1)之间通过所述第一接头(2)和第二接头(3)连接，所述第一接头(2)和第二接头(3)万向转动连接；所述传输电缆(4)、测斜传感器(5)和方位角传感器(6)设置于所述套管(1)的内壁上；所述数据采集器(7)设于测斜仪顶部，与所述传输电缆(4)连接，用于采集每个测斜传感器(5)和方位角传感器(6)测得的数据。

2.根据权利要求1所述的多节自由组合全自动深部位移测斜仪，其特征在于，所述第一接头(2)为中空圆管，一端设有螺纹，与所述套管(1)螺纹连接，另一端设有两个对应的梯形凸台(21)；所述凸台(21)上设有第一螺栓孔(10)；两个所述凸台(21)之间设有转动件(22)，所述转动件(22)为侧面设有四个第三螺栓孔(30)的中空圆柱体，每个所述第三螺栓孔(30)之间均为90°，所述第三螺栓孔(30)的直径大于所述第一螺栓孔(10)的直径；所述凸台(21)与所述转动件(22)螺栓连接。

3.根据权利要求2所述的多节自由组合全自动深部位移测斜仪，其特征在于，所述第一接头(2)上还设有滑动导轮(23)、两个对应的椭圆孔(24)和位于两个所述椭圆孔(24)其中一个内的挡板(25)；所述滑动导轮(23)包括扭簧(231)和两端设有转轮(232)的转动轴(233)；所述转动轴(233)穿过两个所述椭圆孔(24)，中部与所述扭簧(231)的端部连接，一端与所述挡板(25)相抵接。

4.根据权利要求3所述的多节自由组合全自动深部位移测斜仪，其特征在于，所述第一接头(2)上还设有两个垂直对应的第四螺栓孔(40)。

5.根据权利要求4所述的多节自由组合全自动深部位移测斜仪，其特征在于，还包括钢丝绳，所述钢丝绳穿过所述第四螺栓孔(40)将多根所述套管(1)连接为一体。

6.根据权利要求2所述的多节自由组合全自动深部位移测斜仪，其特征在于，所述第二接头(3)为中空圆管，一端设有螺纹，与所述套管(1)螺纹连接，另一端设有两个转动件连接座(31)；所述转动件连接座(31)上设有第二螺栓孔(20)，所述第二螺栓孔(20)的直径与所述第三螺栓孔(30)的直径相等；所述转动件连接座(31)与所述转动件(22)螺栓连接。

7.根据权利要求1所述的多节自由组合全自动深部位移测斜仪，其特征在于，所述第一接头(2)、第二接头(3)和套管(1)的连接处均对应设置第五螺栓孔(50)。

8.根据权利要求1所述的多节自由组合全自动深部位移测斜仪，其特征在于，还包括多根测斜管(8)，所述测斜管(8)内部设有呈180°对应的两组凹槽(81)；所述套管(1)放置于所述测斜管(8)内；所述滑动导轮(23)的转轮(232)与所述凹槽(81)抵接。