CN112525151B - 一种全自动高精度分层沉降仪及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种全自动高精度分层沉降仪及其控制方法，该分层沉降仪包括传动装置、限位装置、控制电路、光栅速度传感器、光栅测尺、导体探头、沉降管及磁性沉降环；通过光栅速度传感器及光栅测尺实时测量导体探头下放的瞬时速度，以及实时记录导体探头通过磁性沉降环时在电磁感应作用下产生感应电流的时刻，并通过控制电路自动计算得到各个磁性沉降环的深度，全自动化确定磁性沉降环的位置，使得测量磁性沉降环的位置更加精确，而且采用光栅速度传感器及光栅测尺测量导体探头下放的瞬时速度，可以减小测量误差。

Description

一种全自动高精度分层沉降仪及其控制方法

技术领域

本发明涉及土木工程仪器监测技术领域，更具体地，涉及一种全自动高精度分层沉降仪及其控制方法。

背景技术

目前一般的分层沉降监测主要采用电磁式分层沉降仪，是根据电磁感应原理，将带有磁性的沉降环通过钻孔安放在沉降管上的特定位置，当电磁探头通过磁环时，监测仪发出声光警报，然后人工读取软尺的读数。此种监测仪器使用方便适用于各种野外环境，但线盘未有固定装置，一般需要至少两人进行操作，一人下放一人记录；由于沉降探头尺寸较大，在接近磁环时会出现一定时间的报警，并且使用的软尺精度低，因此读取数据的大小受人为主观判断影响较大；同时各个沉降环的位置信息需要首先记录在纸质表格中，再整理输入电脑，程序繁琐，及时性差。

目前有一些单位提出的全自动分层沉降仪通过记录导轮转过的角度来推算下放深度，由于导轮与电缆绳可能产生相对滑动，进而出现误差。例如公开日为2013.07.10、公开号为CN103196421A的中国专利提出的自动巡检式分层沉降仪，通过步进电机驱动探头在沉降管内自上而下进行巡检，沉降管外面有沉降环，当探头探测到沉降环时发出电信号，记录该点的角位移量来换算成该沉降环的位置的。测量装置的正上方设置提升装置，为一个圆柱形绕线轮。细电缆在从圆柱形绕线轮上放出或回收时并排缠绕，由于沉降量需要通过公式换算，需要固定的圆柱形绕线轮的周长，而当测量深度足够深，所需电缆长度也会更长，导轮与电缆绳也可能产生相对滑动，使得测量误差较大。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的测量误差较大的缺陷，提供一种全自动高精度分层沉降仪及其控制方法，能够减小测量误差。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明实施例第一方面公开一种全自动高精度分层沉降仪，一种全自动高精度分层沉降仪，包括传动装置、限位装置、控制电路、光栅速度传感器、光栅测尺、导体探头、沉降管及磁性沉降环；其中：所述光栅测尺与所述传动装置连接，通过所述限位装置下沉到所述沉降管中与所述导体探头连接；所述限位装置可拆卸地安装在所述沉降管端部，用于保证所述光栅测尺通过而所述导体探头不能通过，使所述导体探头每次从同一位置下放；所述磁性沉降环套设在所述沉降管上；所述控制电路与所述传动装置、导体探头电性连接；所述光栅速度传感器设置在所述限位装置上及所述光栅测尺周围，输出端与所述控制电路电性连接。

上述方案中，通过光栅速度传感器及光栅测尺实时测量导体探头下放的瞬时速度，以及实时记录导体探头经过磁性沉降环时在电磁感应作用下产生感应电流的时刻，然后通过控制电路自动根据导体探头下放的瞬时速度和产生感应电流的时刻计算得到各个磁性沉降环的深度，从而可以全自动化确定磁性沉降环的位置，使得测量磁性沉降环的位置更加精确，并且通过限位装置能够保证光栅测尺通过，而导体探头不能通过，从而可以使导体探头每次都从同一位置(限位装置处)下放，进一步提升测量精度。

而且，采用光栅速度传感器及光栅测尺测量导体探头下放的瞬时速度，不需要通过记录下放导轮的转速进而推算下放深度，摆脱现有技术中因导轮与电缆绳产生相对滑动导致测量误差增大的技术缺陷，进而可以减小测量误差，提升测量准确度。同时，采用导体探头相较于传统分层沉降仪的电磁探头更加小巧。

进一步地，所述限位装置包括箱体、限位挡板和限位管段；其中，所述限位挡板固定设置在所述限位管段中，所述限位管段固定设置在所述箱体下方，插接在沉降管端部；所述箱体朝向所述传动装置的一侧设置有开孔；所述光栅测尺贯穿所述开孔进入所述箱体的空腔内，贯穿设在所述限位挡板上的通孔与所述导体探头固定连接；所述通孔的孔径小于所述导体探头的直径；所述光栅速度传感器设置在所述限位挡板的通孔上方。

上述方案中，具体限定了限位装置包括箱体、限位挡板和限位管段，在限位管段的横截面方向设置限位挡板，并设通孔在限位挡板上，可以在进一步提升测量精度的同时简化结构。

进一步地，所述限位装置还包括限位滑轮，所述限位滑轮设置在所述箱体内，被所述光栅测尺绕过，用于限制所述光栅测尺的位置稳定，从而可以保持所述光栅测尺处于紧绷状态，更好地传动。

进一步地，所述光栅速度传感器包括光电接收器和激光发射器；其中：

所述激光发射器用于向所述光栅测尺发射激光，所述光电接收器用于测量所述光栅测尺伸缩过程中的激光信号；所述光电接收器输出端与所述控制电路输入端电性连接；所述激光发射器控制端与所述控制电路输出端电性连接；

所述光栅测尺的伸缩路径设在所述光电接收器、所述激光发射器之间。

上述方案中，通过将光栅测尺的伸缩路径设在光电接收器、激光发射器之间，可以更加准确地测量光栅测尺伸缩过程中的激光信号，进一步提高测量准确度。

进一步地，所述光栅测尺设置为全黑、透明等距交替。通过采用设置为全黑、透明等距交替的光栅测尺，可以间接性地接收激光信号，更方便确定测尺的伸缩速度，进一步减少测量误差。

进一步地，所述传动装置包括线盘和驱动电机；其中：所述驱动电机用于驱动所述线盘转动，所述驱动电机能够正反驱动；所述光栅测尺设置在所述线盘上；所述驱动电机的控制端与所述控制电路电性连接。

上述方案中，通过驱动电机驱动线盘转动，摆脱了现有技术中人工进行测尺下放的技术缺陷，可以实现自动化带动光栅测尺伸缩，进一步提升测量精度。

进一步地，所述线盘包括线圈、固定支架和钢钉；其中：

所述固定支架用于固定所述线圈；所述固定支架上设有安装孔，所述钢钉通过所述安装孔将所述固定支架进行固定；所述光栅测尺与设置在所述线圈上的线缆连接。

上述方案中，通过钢钉穿过固定支架的安装孔，将线圈固定进而固定线盘，摆脱了现有技术中线盘未有固定装置的技术缺陷，无需人工拿着线盘进行操作，可以进一步提升测量精度。以及，可以将线盘固定在沉降管附近的任意适当位置，方便快捷、安装及拆卸简单。

进一步地，所述驱动电机包括提升电机和下放电机；其中：

所述提升电机设置在所述线盘上，用于驱动所述线盘转动使所述导体探头提升；所述下放电机设置在所述箱体内，被所述光栅测尺绕过，用于转动带动所述光栅测尺使所述导体探头下放；所述提升电机和下放电机的控制端分别与所述控制电路电性连接。

上述方案中，考虑到使用一个驱动电机同时实现提升和下放功能，随着光栅测尺的下放，光栅测尺缠绕在线盘上的直径会变小，导致下放速度会发生波动。因此通过独立设置提升电机和下放电机，提升电机设置在线盘上，用于实现导体探头以相对稳定的速度自动提升，而下放电机设置在提升电机和限位滑轮之间，被光栅测尺绕过，用于实现导体探头以相对稳定的速度自动下放，可以在传统的电磁分层沉降仪的基础上，增加了提升电机和下放电机，实现了全自动下放提升，节省人力，并能够实现速度的稳定控制。

进一步地，所述提升电机的转动轴与所述线盘的中心转轴固定连接。

进一步地，所述限位滑轮设置有多个，在所述箱体内沿着所述光栅测尺的缠绕方向设置在所述下放电机的前后。

上述方案中，通过设置多个限位滑轮，除了传动光栅测尺、改变光栅测尺的方向，还可以使得光栅测尺保持紧绷状态并与下放电机紧密接触，防止光栅测尺与下放电机间出现相对滑动，从而限制光栅测尺的位置稳定。

进一步地，所述控制电路包括微处理器、键盘模块、显示模块、电机驱动模块、数据模块和充电模块；其中：

所述键盘模块的输出端与所述微处理器的控制端电性连接，所述微处理器的输出端与所述显示模块输入端、所述电机驱动模块控制端、所述数据模块控制端电性连接；所述微处理器的电源口与所述充电模块输出端电性连接；

所述电机驱动模块的输出端与所述驱动电机的控制端电性连接；

所述微处理器的控制端与所述光栅速度传感器输出端、所述导体探头电性连接。

上述方案中，通过键盘模块和显示模块可以实现人机交互，用户进行可视化操作，实现测量信息的输入；通过数据模块实现测量数据的导出，通过充电模块实现充电，以及，通过微处理器记录光栅速度传感器测量到的光栅测尺的伸缩速度，控制电机驱动模块驱动驱动电机等等，实现全自动化处理，测量更加精确。

本发明实施例第二方面公开一种全自动高精度分层沉降仪的控制方法，包括以下步骤：

S1：控制电路接收用户输入的测量启动指令，并控制传动装置开始工作，所述传动装置驱动控制光栅测尺带动导体探头从所述限位装置处在沉降管中以一定速度开始下放；

S2：光栅速度传感器在所述导体探头的下放过程中，测量所述导体探头下放的瞬时速度，并传输至所述控制电路；

S3：导体探头在经过磁性沉降环时，将其在电磁感应作用下产生的感应电流传递到所述控制电路；

S4：所述控制电路根据所述导体探头下放的瞬时速度和所述导体探头产生感应电流的时刻，计算得到各个所述磁性沉降环的深度；

S5：当下放距离达到预设孔深时，所述控制电路发出命令，控制所述传动装置提升所述导体探头至所述限位装置处，在提升过程中同样测量计算各个所述磁性沉降环的深度；

S6：获取下放和提升两个过程中计算得出的各个所述磁性沉降环的深度的平均值，确定出各个所述磁性沉降环的位置。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明公开一种全自动高精度分层沉降仪及其控制方法，通过光栅速度传感器及光栅测尺实时测量导体探头下放的瞬时速度，以及实时记录导体探头经过磁性沉降环时在电磁感应作用下产生感应电流的时刻，然后通过控制电路自动根据导体探头下放的瞬时速度和产生感应电流的时刻计算得到各个磁性沉降环的深度，从而可以全自动化确定磁性沉降环的位置，使得测量磁性沉降环的位置更加精确，并且通过限位装置能够保证光栅测尺通过，而导体探头不能通过，从而可以使导体探头每次都从同一位置(限位装置处)下放，进一步提升测量精度；而且采用光栅速度传感器及光栅测尺测量导体探头下放的瞬时速度，不需要通过记录下放导轮的转速进而推算下放深度，摆脱现有技术中因导轮与电缆绳产生相对滑动导致测量误差增大的技术缺陷，进而可以减小测量误差。同时，采用导体探头相较于传统分层沉降仪的电磁探头更加小巧。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种全自动高精度分层沉降仪的示意图。

图2为图1中光栅速度传感器与光栅测尺位置关系的局部放大图。

图3为图1中磁性沉降环的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的一种导体探头通过磁性沉降环时的示意图。

图5为本发明实施例提供的一种导体探头下放的瞬时速度、电磁感应信号强度随时间的变化关系图。

图6为本发明实施例提供的一种全自动高精度分层沉降仪的控制方法的流程图。

其中：1、光栅测尺；2、导体探头；3、沉降管；4、磁性沉降环；5、限位挡板；6、限位管段；7、限位滑轮；8、光电接收器；9、激光发射器；10、线盘；1001、线圈；1002、固定支架；1003、钢钉；11、提升电机；12、下放电机；13、微处理器；14、键盘模块；15、显示模块；16、电机驱动模块；17、数据模块；18、充电模块。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种全自动高精度分层沉降仪，包括传动装置、限位装置、控制电路、光栅速度传感器、光栅测尺1、导体探头2、沉降管3及磁性沉降环4、和；其中，光栅测尺1与传动装置连接，通过限位装置下沉到沉降管3中与导体探头2连接；限位装置可拆卸地安装在沉降管3端部，用于保证光栅测尺1通过而导体探头2不能通过，使导体探头2每次从同一位置下放；磁性沉降环4套设在沉降管3上；控制电路与传动装置、导体探头2电性连接，光栅速度传感器设置在限位装置上及光栅测尺1周围，输出端与控制电路电性连接，用于测量光栅测尺1伸缩过程中的激光信号。

其中，沉降管3外套设有多个磁性沉降环4，并套设在不同的预设位置，该预设位置可以是人为根据实际情况而设定；导体探头2的形状具体为圆锥形。

进一步可选地，限位装置包括箱体、限位挡板5和限位管段6，其中，限位挡板5固定设置在限位管段6中，限位管段6固定设置在箱体下方，插接在沉降管3端部；箱体朝向传动装置的一侧设置有开孔；光栅测尺1贯穿开孔进入箱体的空腔内，贯穿设在限位挡板5上的通孔与导体探头2固定连接；通孔的孔径小于导体探头2的直径，光栅速度传感器设置在限位挡板5的通孔上方。

其中，限位挡板5上设置有通孔，该通孔能够给光栅测尺1通过，而不能够给导体探头2通过，从而可以使导体探头2每次都从同一位置(限位挡板5处)下放，并通过控制电路计算得到从限位挡板5到达各个磁性沉降环4的距离。

优选地，限位挡板5的形状为圆环形。

其中，限位管段6的外径与沉降管3的内径相等，限位管段6可插接于沉降管3中，在测量时能够将箱体固定在沉降管3端口位置。可选地，限位管段6的长度为10～20cm。

可选地，限位装置还包括限位滑轮7，限位滑轮7设置在箱体内，被光栅测尺1绕过，用于限制光栅测尺1的位置稳定。

可选地，光栅测尺1内设置有导电线，该导电线的一端连接导体探头2，另一端连接控制电路输入端。

可选地，光栅测尺1设置为全黑、透明等距交替。

请一并参阅图2，图2是图1中光栅速度传感器与光栅测尺1位置关系的局部放大图。如图2所示，光栅速度传感器为光电式传感器，包括光电接收器8和激光发射器9；光栅测尺1的伸缩路径设在光电接收器8、激光发射器9之间。其中，激光发射器9控制端与控制电路输出端电性连接，在控制电路向激光发射器9发送指令之后，激光发射器9产生激光打在以一定速度运行的光栅测尺1上，光栅测尺1的全黑部分用于阻挡激光发射器9的激光信号，透明部分用于透过激光发射器9的激光信号，由于光栅测尺1全黑、透明等距交替的结构，光电接收器8将接收到光栅测尺1伸缩过程中断断续续的激光信号，光电接收器8输出端与控制电路输入端电性连接，光电接收器8将这些断断续续的激光信号发送至控制电路，控制电路就会根据这些断断续续的激光信号计算得光栅测尺1下放的瞬时速度。可选地，光电接收器8和激光发射器9分别固定在限位挡板5的通孔上方的两侧。

可选地，传动装置包括线盘10和驱动电机；其中：驱动电机用于驱动线盘10转动，驱动电机能够正反驱动；光栅测尺1设置在线盘10上；驱动电机的控制端与控制电路电性连接。其中，驱动电机可以用于驱动线盘10转动，从而实现光栅测尺1的伸缩，进而实现导体探头2的上升和下放。

可选地，线盘10包括线圈1001、固定支架1002和钢钉1003；其中：固定支架1002用于固定线圈1001；固定支架1002上设有安装孔，钢钉1003通过安装孔将固定支架1002进行固定；光栅测尺1与设置在线圈1001上的线缆连接。

其中，固定支架1002可以设置在线圈1001的下方，钢钉1003通过安装孔将固定支架1002进行固定在沉降管3附近的适当位置，从而使线盘10固定在沉降管3附近的任意适当位置。

可选地，驱动电机包括提升电机11和下放电机12；其中：提升电机11设置在线盘10上，用于驱动线盘10转动使导体探头2提升；下放电机12设置在箱体内，被光栅测尺1绕过，用于转动带动光栅测尺1使导体探头2下放；提升电机11和下放电机12的控制端分别与控制电路电性连接。

其中，提升电机11的转动轴与线盘10的中心转轴固定连接。提升电机11通过驱动自身转动轴转动并带动线盘10的中心转轴转动，从而实现驱动线盘10转动。

可选地，限位滑轮7设置有多个，在上述箱体内沿着光栅测尺1的缠绕方向设置在下放电机12的前后。

其中，多个限位滑轮7可以设置在上述箱体的空腔内不同位置，包括在上述箱体朝向线盘10的一侧的开孔上下分别设置、在上述箱体内沿着光栅测尺1的缠绕方向设置，这样多个限位滑轮7可以防止光栅测尺1摆动，使得光栅测尺1保持紧绷状态并与下放电机12紧密接触，并且防止光栅测尺1与下放电机12之间出现相对滑动，从而限制光栅测尺1的位置稳定，同时可以传动光栅测尺1，并改变光栅测尺1的方向。

可选地，控制电路具体是单片机***，其可以包括微处理器13、键盘模块14、显示模块15、电机驱动模块16、数据模块17和充电模块18；其中：

键盘模块14的输出端与微处理器13的控制端电性连接，微处理器13的输出端与显示模块15输入端、电机驱动模块16控制端、数据模块17控制端电性连接；微处理器13的电源口与充电模块18输出端电性连接；电机驱动模块16的输出端与驱动电机的控制端电性连接；微处理器13的控制端与光栅速度传感器输出端、导体探头2电性连接。

其中，键盘模块14具体为操作面板，显示模块15具体为液晶显示屏，通过操作面板和液晶显示屏可以实现人机交互，用户进行可视化操作，实现测量信息(如孔号、孔深和分层沉降环数量等)的输入，数据模块17具体为USB数据接口，通过USB数据接口可以将测量数据导出至U盘或计算机电脑，充电模块18具体为充电接口，通过充电接口可以实现对微处理器13进行充电。

可选地，微处理器13用于记录并存储导体探头2下放的瞬时速度、产生感应电流的时刻，并通过以下公式(1)计算得到从限位挡板5到达各个磁性沉降环4的距离：

式中，t为导体探头2下放的时间，v_t为t时刻导体探头2的瞬时速度。

可选地，如图3所示，磁性沉降环4一侧为S极，另一侧为N极，S极与N极间充满磁感线，磁性沉降环4利用限位管箍固定套设在沉降管3外的预设位置；如图4所示，当导体探头2以一定速度通过磁性沉降环4时会切割S极与N极间的磁感线，导体探头2在电磁感应作用下产生感应电流，由于光栅测尺1内设置有导电线，该导电线的一端连接导体探头2，另一端连接微处理器13输入端，因此导体探头2会将产生的感应电流的电信号通过光栅测尺1内的导电线传递至微处理器13，微处理器13结合光栅速度传感器及光栅测尺1测量得到的导体探头2下放的瞬时速度，完整记录并存储导体探头2下放的瞬时速度、电磁感应信号强度随时间的变化关系，如图5所示，实线a为导体探头2下放的瞬时速度随时间的变化关系，虚线b为电磁感应信号强度随时间的变化关系，通过虚线b可确定出电磁感应信号强度达到峰值的各个时刻t1、t2、t3等，即为导体探头2产生感应电流(即到达各个磁性沉降环4)的时刻。假设导体探头2从限位挡板5到达第二个磁性沉降环4时的时刻为t2，那么可以通过公式(1)计算从0时刻到t2时刻速度的积分得到图5中所示的阴影面积，该积分面积即为第二个磁性沉降环4距离限位挡板5的距离。

本实施例提供一种全自动高精度分层沉降仪，通过光栅速度传感器及光栅测尺实时测量导体探头下放的瞬时速度，以及实时记录导体探头经过磁性沉降环时在电磁感应作用下产生感应电流的时刻，然后通过控制电路自动根据导体探头下放的瞬时速度和产生感应电流的时刻计算得到各个磁性沉降环的深度，从而可以全自动化确定磁性沉降环的位置，使得测量磁性沉降环的位置更加精确，并且通过限位装置能够保证光栅测尺通过，而导体探头不能通过，从而可以使导体探头每次都从同一位置(限位装置处)下放，进一步提升测量精度。

而且采用光栅速度传感器及光栅测尺测量导体探头下放的瞬时速度，不需要通过记录下放导轮的转速进而推算下放深度，摆脱现有技术中因导轮与电缆绳产生相对滑动导致测量误差增大的技术缺陷，进而可以减小测量误差。同时，在传统的电磁分层沉降仪的基础上，增加了提升电机和下放电机，实现了全自动下放提升，节省人力，并能够实现速度的稳定控制，而且采用导体探头相较于传统分层沉降仪的电磁探头更加小巧。

实施例2

如图6所示，本实施例提供一种全自动高精度分层沉降仪的控制方法，包括如下步骤：

S1：控制电路接收用户输入的测量启动指令，并控制传动装置开始工作，传动装置驱动光栅测尺1带动导体探头2从限位装置处在沉降管3中以一定速度开始进行下放。

其中，在步骤S1之前，需要钻设分层沉降孔，然后将磁性沉降环4套在沉降管3上，利用限位管箍将磁性沉降环4限制在预设位置，在开始测量指定时间段前(如1个月)将沉降管3下放埋设在土里，预留10～20cm长度在地面以上。

其中，沉降管3埋设工作在开始测量指定时间段前完成，有利于确保孔内填土变形稳定。

可选地，传动装置包括线盘10和驱动电机。在测量工作开始之前，还需要完成光栅测尺1在线盘10上的缠绕工作，将导体探头2提升到限位装置处。将线盘10固定放置在沉降管3附近的适当位置，将限位装置可拆卸地安装在沉降管3的端部完成固定；其中，线盘10下设置有固定支架，可以通过钢钉穿过固定支架对固定支架进行固定，进而对线盘10进行固定。

步骤S1中，用户可以通过操作面板、液晶显示屏输入至少包括孔号、孔深以及沉降环数量的测量信息，按下操作面板上的开始测量按钮，控制电路就会接收到用户输入的测量启动指令，然后控制驱动电机驱动线盘10转动带动光栅测尺1及导体探头2以相对稳定速度开始进行下放。

S2：光栅速度传感器在导体探头2的下放过程中，测量导体探头2下放的瞬时速度，并传输至控制电路。

其中，控制电路具体是单片机***，其可以包括微处理器13、键盘模块14、显示模块15、电机驱动模块16、数据模块17和充电模块18。那么，光栅速度传感器测量光栅测尺1下放的瞬时速度后可以传输至微处理器13，由微处理器13进行记录。

S3：导体探头2在经过磁性沉降环4时，将其在电磁感应作用下产生的感应电流传递到控制电路。

其中，当导体探头2经过磁性沉降环4时，导体探头2会切割磁性沉降环4的磁感线产生感应电流，并传递到微处理器13，由微处理器13记录导体探头2在电磁感应作用下产生感应电流的时刻。

S4：控制电路根据导体探头2下放的瞬时速度和导体探头2产生感应电流的时刻，计算得到各个磁性沉降环4的深度。

步骤S4中，微处理器13根据导体探头2产生感应电流的时刻，对记录的速度-时间曲线自动进行积分，计算下放距离，并计算得到从限位装置到达各个磁性沉降环4的距离，从而确定各个磁性沉降环4的位置。

S5：当下放距离达到预设孔深时，控制电路发出命令，控制传动装置提升导体探头2至限位装置处，在提升过程中同样测量计算各个磁性沉降环4的深度；

S6：获取下放和提升两个过程中计算得出的各个磁性沉降环4的深度的平均值，确定出各个磁性沉降环4的位置。

其中，当下放距离达到预设孔深时，微处理器13发出命令，使驱动电机提升导体探头2至限位装置处，提升过程中同样测量计算各个磁性沉降环4的深度，各磁性沉降环4的位置可取下放和提升两个过程计算的深度的平均值，微处理器13同步生成测量数据，能够使得测量到的各个磁性沉降环的位置更加准确。

其中，测量数据可以具体为监测结果表格形式。

其中，驱动电机包括提升电机11和下放电机12，微处理器13发出命令使下放电机12停止工作、提升电机11开始工作，将导体探头2提升至限位装置处。

完成测量后，通过USB数据接口将测量数据导出至U盘或计算机电脑；每次测量前需检查电量，电量不足时通过充电接口进行充电。

本实施例提供一种全自动高精度分层沉降仪的控制方法，通过控制电路在接收到用户输入的测量启动指令时，控制传动装置控制光栅测尺及导体探头以一定速度开始下放，并实时接收光栅速度传感器测量到的导体探头下放的瞬时速度，以及实时记录导体探头经过磁性沉降环时在电磁感应作用下产生感应电流的时刻，然后控制电路自动根据导体探头下放的瞬时速度和产生感应电流的时刻计算得到各个磁性沉降环的深度，从而可以全自动化确定磁性沉降环的位置，使得测量磁性沉降环的位置更加精确，并且通过限位装置能够保证光栅测尺通过，而导体探头不能通过，从而可以使导体探头每次都从同一位置(限位装置处)下放，进一步提升测量精度。

而且，采用光栅速度传感器及光栅测尺测量导体探头下放的瞬时速度，不需要通过记录下放导轮的转速进而推算下放深度，摆脱现有技术中因导轮与电缆绳产生相对滑动导致测量误差增大的技术缺陷，进而可以减小测量误差。同时，在传统的电磁分层沉降仪的基础上，增加了提升电机和下放电机，实现了全自动下放提升，节省人力，并能够实现速度的稳定控制，而且采用导体探头相较于传统分层沉降仪的电磁探头更加小巧。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种全自动高精度分层沉降仪，其特征在于，包括传动装置、限位装置、控制电路、光栅速度传感器、光栅测尺(1)、导体探头(2)、沉降管(3)及磁性沉降环(4)；其中：所述光栅测尺(1)与所述传动装置连接，通过所述限位装置下沉到所述沉降管(3)中与所述导体探头(2)连接；

所述限位装置可拆卸地安装在所述沉降管(3)端部，用于保证所述光栅测尺(1)通过而所述导体探头(2)不能通过，使所述导体探头(2)每次从同一位置下放；

所述磁性沉降环(4)套设在所述沉降管(3)上；

所述控制电路与所述传动装置、导体探头(2)电性连接；

所述光栅速度传感器设置在所述限位装置上及所述光栅测尺(1)周围，输出端与所述控制电路电性连接；

所述限位装置包括箱体、限位挡板(5)和限位管段(6)；其中：

所述限位挡板(5)固定设置在所述限位管段(6)中，所述限位管段(6)固定设置在所述箱体下方，插接在沉降管(3)端部；

所述箱体朝向所述传动装置的一侧设置有开孔；所述光栅测尺(1)贯穿所述开孔进入所述箱体的空腔内，贯穿设在所述限位挡板(5)上的通孔与所述导体探头(2)固定连接；所述通孔的孔径小于所述导体探头(2)的直径；

所述光栅速度传感器设置在所述限位挡板(5)的通孔上方；

所述光栅速度传感器包括光电接收器(8)和激光发射器(9)；其中：

所述激光发射器(9)用于向所述光栅测尺(1)发射激光，所述光电接收器(8)用于测量所述光栅测尺(1)伸缩过程中的激光信号；

所述光电接收器(8)输出端与所述控制电路输入端电性连接；

所述激光发射器(9)控制端与所述控制电路输出端电性连接；

所述光栅测尺(1)的伸缩路径设在所述光电接收器(8)、所述激光发射器(9)之间；

所述光栅测尺(1)是全黑、透明等距交替的结构，激光发射器(9)控制端与控制电路输出端电性连接，在控制电路向激光发射器(9)发送指令之后，激光发射器(9)产生激光打在光栅测尺(1)上，光栅测尺(1)的全黑部分用于阻挡激光发射器(9)的激光信号，透明部分用于透过激光发射器(9)的激光信号，光电接收器(8)将接收到光栅测尺(1)伸缩过程中断断续续的激光信号，光电接收器(8)输出端与控制电路输入端电性连接，光电接收器(8)将这些断断续续的激光信号发送至控制电路，控制电路根据这些断断续续的激光信号计算得光栅测尺(1)下放的瞬时速度；

其中，通过光栅速度传感器及光栅测尺(1)实时测量导体探头(2)下放的瞬时速度，以及实时记录导体探头(2)经过磁性沉降环(4)时在电磁感应作用下产生感应电流的时刻，然后通过控制电路自动根据导体探头(2)下放的瞬时速度和产生感应电流的时刻计算得到各个磁性沉降环(4)的深度，从而可以全自动化确定磁性沉降环(4)的位置。

2.根据权利要求1所述的一种全自动高精度分层沉降仪，其特征在于，所述限位装置还包括限位滑轮(7)，所述限位滑轮(7)设置在所述箱体内，被所述光栅测尺(1)绕过，用于限制所述光栅测尺(1)的位置稳定。

3.根据权利要求2所述的一种全自动高精度分层沉降仪，其特征在于，所述传动装置包括线盘(10)和驱动电机；其中：

所述驱动电机用于驱动所述线盘(10)转动，所述驱动电机能够正反驱动；

所述光栅测尺(1)设置在所述线盘(10)上；

所述驱动电机的控制端与所述控制电路电性连接。

4.根据权利要求3所述的一种全自动高精度分层沉降仪，其特征在于，所述线盘(10)包括线圈(1001)、固定支架(1002)和钢钉(1003)；其中：

所述固定支架(1002)用于固定所述线圈(1001)；

所述固定支架(1002)上设有安装孔，所述钢钉(1003)通过所述安装孔将所述固定支架(1002)进行固定；

所述光栅测尺(1)与设置在所述线圈(1001)上的线缆连接。

5.根据权利要求4所述的一种全自动高精度分层沉降仪，其特征在于，所述驱动电机包括提升电机(11)和下放电机(12)；其中：

所述提升电机(11)设置在所述线盘(10)上，用于驱动所述线盘(10)转动使所述导体探头(2)提升；

所述下放电机(12)设置在所述箱体内，被所述光栅测尺(1)绕过，用于转动带动所述光栅测尺(1)使所述导体探头(2)下放；

所述提升电机(11)和下放电机(12)的控制端分别与所述控制电路电性连接。

6.根据权利要求5所述的一种全自动高精度分层沉降仪，其特征在于，所述限位滑轮(7)设置有多个，在所述箱体内沿着所述光栅测尺(1)的缠绕方向设置在所述下放电机(12)的前后。

7.根据权利要求6所述的一种全自动高精度分层沉降仪，其特征在于，所述控制电路包括微处理器(13)、键盘模块(14)、显示模块(15)、电机驱动模块(16)、数据模块(17)和充电模块(18)；其中：

所述键盘模块(14)的输出端与所述微处理器(13)的控制端电性连接，所述微处理器(13)的输出端与所述显示模块(15)输入端、所述电机驱动模块(16)控制端、所述数据模块(17)控制端电性连接；

所述微处理器(13)的电源口与所述充电模块(18)输出端电性连接；

所述电机驱动模块(16)的输出端与所述驱动电机的控制端电性连接；

所述微处理器(13)的控制端与所述光栅速度传感器输出端、所述导体探头(2)电性连接。

8.一种根据权利要求1至7任一项所述的全自动高精度分层沉降仪的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：控制电路接收用户输入的测量启动指令，并控制传动装置开始工作，所述传动装置驱动光栅测尺(1)带动导体探头(2)从所述限位装置处在沉降管(3)中以一定速度开始下放；

S2：光栅速度传感器在所述导体探头(2)的下放过程中，测量所述导体探头(2)下放的瞬时速度，并传输至所述控制电路；

S3：导体探头(2)在经过磁性沉降环(4)时，将其在电磁感应作用下产生的感应电流传递到所述控制电路；

S4：所述控制电路根据所述导体探头(2)下放的瞬时速度和所述导体探头(2)产生感应电流的时刻，计算得到下放过程中各个所述磁性沉降环(4)的深度；

S5：当下放距离达到预设孔深时，所述控制电路发出命令，控制所述传动装置提升所述导体探头(2)至所述限位装置处，在提升过程中同样测量计算各个所述磁性沉降环(4)的深度；

S6：获取下放和提升两个过程中计算得出的各个所述磁性沉降环(4)的深度的平均值，确定出各个所述磁性沉降环(4)的位置。

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