[发明专利]一种三维变形测量装置及系统

说明书

本发明实施例提供的一种三维变形测量装置及系统，属于监测设备技术领域。该三维变形测量装置包括设置于地表下面、用于测量水平位移数据的至少两个柱体单元以及与远离所述地表的柱体单元的自由端相连接、用于测量竖直位移数据的液压装置。在相邻两个柱体单元之间设置有用于铰接所述柱体单元的二维柔性关节以及在所述柱体单元的外壁套设有橡胶充气套。所述柱体单元包括十字轴承和通过所述十字轴承进行连接的两个固定柱体连接件，所述二维柔性关节在水平方向上具有两个自由度。本发明能够有效提高对变形数据进行测量的维度和精度。

技术领域

本发明涉及监测设备技术领域，具体而言，涉及一种三维变形测量装置及系统。

背景技术

在岩土层深部水平位移的监测过程中，通常采用钻孔测斜仪。在建设实时监测系统时，可选用固定式测斜仪进行长期监测。在监测系统安装之前，需要在监测位置钻探一定深度的测斜孔并安设测斜管，在测斜管内有两组沿坡体滑动方向、垂直坡体滑动方向的导向槽，测斜仪在其导轮和测斜管导向槽的引导下移动到监测位置。各个固定式测斜仪通过双轴倾斜传感器测量在其测斜管安装位置处的倾角改变，并通过基准点数据计算出该测斜位置的相对位移。

发明人在研究中发现，在设计固定式钻孔测斜仪布设方案时，由于传统设计的固定式钻孔测斜仪受轴承结构的限制，其最大测斜维度为2，仅仅能够测量水平方向上的深部位移变形，难以获得竖直方向上的位移数据。此外，由于传统的二维固定式钻孔测斜仪需要搭配预先埋设的测斜管才能进行使用，导致在施工及安装时十分不便；测斜管的质量和测斜管的布设状态也会直接影响到测斜仪的测量精度。

发明内容

本发明提供的一种三维变形测量装置及系统，安装简单方便，并且有效提高了对变形数据进行测量的维度和精度。

第一方面，本发明实施例提供的一种三维变形测量装置，包括设置于地表下面、用于测量水平位移数据的至少两个柱体单元以及与远离所述地表的柱体单元的自由端相连接、用于测量竖直位移数据的液压装置；

在相邻两个柱体单元之间设置有用于铰接所述柱体单元的二维柔性关节以及在所述柱体单元的外壁套设有橡胶充气套，该橡胶充气套在充气膨胀后能够将所述柱体单元固定于待测载体上；

所述柱体单元包括十字轴承和通过所述十字轴承进行连接的两个固定柱体连接件，所述二维柔性关节在水平方向上具有两个自由度。

优选地，在所述橡胶充气套与所述柱体单元下端相接触的位置处安装有单向充气阀。

优选地，所述三维变形测量装置还包括导气管，所述导气管贯穿所述柱体单元和二维柔性关节的长度方向进行设置，并与所述单向充气阀相连。

优选地，所述柱体单元的两端可拆卸连接有定向卡槽，以保证两个或多个连接的柱体单元具有一致的测量方向。

优选地，所述定向卡槽与所述柱体单元连接的一端设置有防水接头，相邻两个柱体单元之间的连接线通过所述防水接头穿入所述柱体单元的内部。

优选地，所述柱体单元内部设置有传感器、处理器、模数转换器和稳压电源；

所述传感器包括与所述处理器电性相连的双轴倾斜传感器。

优选地，所述传感器还包括与所述处理器电性相连的水位计、加速度传感器、温度传感器和次声传感器。

第二方面，本发明实施例提供的一种三维变形测量系统，包括三维变形测量装置以及设置于地表上面与所述三维变形测量装置通信连接的网关，该网关用于汇总并发送所述三维变形测量装置采集的变形测量数据，并通过该网关的远程通信传输模块将所述变形测量数据上传至一数据中心服务器。

优选地，所述三维变形测量系统还包括设置于地表上面、为所述三维变形测量装置提供电能的电源供给模块，该电源供给模块包括市电、太阳能供电和燃料电池中的至少一个。