本發(fā)明涉及一種基于mems的沉降監(jiān)測(cè)方法，本發(fā)明用于測(cè)量結(jié)構(gòu)沉降的變化，涉及到橋梁隧道、土木施工等安全監(jiān)測(cè)行業(yè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前在基坑施工、土木安全監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，土體、建筑物壩體的垂直沉降變化是一個(gè)重要的監(jiān)測(cè)參數(shù)，沉降測(cè)量一般可通過(guò)全站儀、壓差式沉降系統(tǒng)等方法實(shí)現(xiàn)測(cè)量，

傳統(tǒng)方法利用全站儀測(cè)量豎直方向的沉降變化，通過(guò)三角函數(shù)的計(jì)算得出垂直的位移變化，再根據(jù)實(shí)際測(cè)量對(duì)象的分布，布設(shè)相應(yīng)數(shù)量的傳感器，從而得到豎直方向偏移的整體趨勢(shì)。

現(xiàn)有壓差式沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用連通管原理，測(cè)量參考點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)壓力差（液位高度差）反應(yīng)被測(cè)點(diǎn)與參考點(diǎn)的沉降變化。一般利用微壓式壓力傳感器或lvdt液位傳感器進(jìn)行液位的測(cè)量，但微壓式壓力傳感器因其量程小，一般只有高度為500毫米水柱壓力大小，大氣壓的日常變化即會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生測(cè)量誤差，同時(shí)環(huán)境溫度對(duì)壓力傳感器內(nèi)部的擴(kuò)散硅產(chǎn)生影響。因此利用微壓式壓力傳感器測(cè)量的壓差式系統(tǒng)易受環(huán)境影響，系統(tǒng)穩(wěn)定性不高。利用位移傳感器測(cè)量液位的壓差沉降系統(tǒng)，因液位計(jì)直接接觸內(nèi)部液體，密封性無(wú)法保證，易導(dǎo)致內(nèi)部液體蒸發(fā)，同時(shí)常因位移傳感器測(cè)量精度、環(huán)境振動(dòng)等問(wèn)題同樣存在局限性。

上述傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)存在以下的不足：

傳統(tǒng)gps或全站儀在對(duì)被測(cè)土體測(cè)量時(shí)，因成本和傳感器自身尺寸的限制，布點(diǎn)數(shù)量有限，且常規(guī)布設(shè)時(shí)，往往只測(cè)量4~5個(gè)測(cè)點(diǎn)，然后，通過(guò)4~5個(gè)點(diǎn)的趨勢(shì)圖判斷位移情況，存在一定的不確定性。且gps或全站儀因制造精密，成本較高，耐沖擊性能較差，運(yùn)輸、安裝時(shí)都需進(jìn)行防護(hù)，一旦出現(xiàn)沖擊損傷，傳感器即無(wú)法修復(fù)，導(dǎo)致使用成本、可靠性有所影響。且操作需要人工進(jìn)行，難以做到全天候?qū)崟r(shí)測(cè)量。而現(xiàn)有壓差式沉降系統(tǒng)因其使用的液位傳感器在穩(wěn)定性、測(cè)量精度等影響，存在局限性。

綜上所述，傳統(tǒng)的壓差沉降測(cè)量方法在成本控制、抗機(jī)械沖擊、系統(tǒng)穩(wěn)定性、精度等方面存在一定的局限性，且需要布設(shè)管路、水路等系統(tǒng)，安裝調(diào)試工作量較大、成本高，難以滿足當(dāng)前工況下的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于mems的沉降監(jiān)測(cè)方法，通過(guò)利用mems測(cè)量參考測(cè)點(diǎn)與被測(cè)點(diǎn)發(fā)生位移變化時(shí)，其引起的連接桿位置變化引起的角度變化與位移變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到被測(cè)點(diǎn)沉降或隆起的監(jiān)測(cè)方法。

本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

一種基于mems的沉降監(jiān)測(cè)方法，本方法利用mems測(cè)量參考測(cè)點(diǎn)與被測(cè)點(diǎn)發(fā)生位移變化時(shí)，其引起的連接桿位置變化，通過(guò)角度與位移變化的計(jì)算，得到被測(cè)點(diǎn)沉降或隆起的監(jiān)測(cè)方法：

本監(jiān)測(cè)方法有參考測(cè)點(diǎn)安裝座，其作為被測(cè)點(diǎn)的參考點(diǎn)位；其兩兩之間均采用固定長(zhǎng)度的金屬連接桿剛性連接，當(dāng)測(cè)點(diǎn)發(fā)生沉降或隆起時(shí)，金屬連接桿對(duì)應(yīng)發(fā)生位置變化；

金屬連接桿的中間位置安裝有mems傳感器，其作用是當(dāng)測(cè)點(diǎn)發(fā)生沉降或隆起時(shí)，金屬連接桿位置變化后，mems能夠?qū)?yīng)發(fā)生角度的變化；

當(dāng)mems傳感器感知到金屬連接桿的位置變化后，由于金屬連接桿的長(zhǎng)度為固定值l，同一測(cè)量系統(tǒng)中，長(zhǎng)度為固定值；

初始安裝時(shí)，某個(gè)測(cè)點(diǎn)的mems傳感器的角度讀數(shù)為α1，當(dāng)發(fā)生沉降或隆起時(shí)，mems的角度讀數(shù)為α2，因此發(fā)生的垂直方向位移為l*(sin(α2)-sin(α2))，以此類(lèi)推，可得到其他測(cè)點(diǎn)的沉降變化值。

所述金屬連接桿的長(zhǎng)度固定值l為1m~5m。

本方法工作原理是，參考測(cè)點(diǎn)與被測(cè)點(diǎn)采用固定長(zhǎng)度的連接桿進(jìn)行剛性連接，連接桿的中間位置安裝有mems傳感器。初始位置時(shí)mems的初始角度為零或者固定值，當(dāng)被測(cè)點(diǎn)發(fā)生沉降或隆起時(shí)，被測(cè)點(diǎn)端的連接桿隨之發(fā)生位置變化，對(duì)應(yīng)mems的初始角度發(fā)生變化，由于連接桿的長(zhǎng)度固定，因此可通過(guò)連接桿的長(zhǎng)度、角度變化值計(jì)算為沉降或隆起的位移變化。

本發(fā)明的有益效果：

綜上所述，本本發(fā)明的監(jiān)測(cè)方法利用mems測(cè)量固定長(zhǎng)度的連接桿的變化，得到被測(cè)點(diǎn)的沉降與隆起位移值，與傳統(tǒng)gps、連通管式、壓差式測(cè)量系統(tǒng)不同，省去了使用儲(chǔ)液罐、管路、氣路等部件，提高了安裝調(diào)試的效率，并降低了系統(tǒng)成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明中系統(tǒng)功能框圖；

圖2是本發(fā)明中結(jié)構(gòu)物發(fā)生沉降時(shí)mems角度變化示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1、2對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述：

一種基于mems的沉降監(jiān)測(cè)方法，本方法利用mems測(cè)量參考測(cè)點(diǎn)與被測(cè)點(diǎn)發(fā)生位移變化時(shí)，其引起的連接桿位置變化，通過(guò)角度與位移變化的計(jì)算，得到被測(cè)點(diǎn)沉降或隆起的監(jiān)測(cè)方法：

本監(jiān)測(cè)方法有參考測(cè)點(diǎn)安裝座1，其作為被測(cè)點(diǎn)3、5、7的參考點(diǎn)位；其兩兩之間均采用固定長(zhǎng)度的金屬連接桿8、9、10剛性連接，當(dāng)測(cè)點(diǎn)發(fā)生沉降或隆起時(shí)，金屬連接桿8、9、10對(duì)應(yīng)發(fā)生位置變化；

金屬連接桿8、9、10的中間位置安裝有mems傳感器2、4、6，其作用是當(dāng)測(cè)點(diǎn)發(fā)生沉降或隆起時(shí)，金屬連接桿8、9、10位置變化后，mems能夠?qū)?yīng)發(fā)生角度的變化；

當(dāng)mems傳感器感知到金屬連接桿的位置變化后，由于金屬連接桿的長(zhǎng)度為固定值l，同一測(cè)量系統(tǒng)中，長(zhǎng)度為固定值；

初始安裝時(shí)，某個(gè)測(cè)點(diǎn)的mems傳感器的角度讀數(shù)為α1，當(dāng)發(fā)生沉降或隆起時(shí)，mems的角度讀數(shù)為α2，因此發(fā)生的垂直方向位移為l*(sin(α2)-sin(α2))，以此類(lèi)推，可得到其他測(cè)點(diǎn)的沉降變化值。

所述金屬連接桿的長(zhǎng)度固定值l為1m~5m。

當(dāng)mems感知到連接桿的位置變化后，由于連接桿的長(zhǎng)度為固定值l，常用的為1m~5m不等，但同一測(cè)量系統(tǒng)中，長(zhǎng)度為固定值。初始安裝時(shí)，某個(gè)測(cè)點(diǎn)的mems的角度讀數(shù)為α1，當(dāng)發(fā)生沉降或隆起時(shí)，mems的角度讀數(shù)為α2，因此發(fā)生的垂直方向位移為l*(sin(α2)-sin(α2))，以此類(lèi)推，可得到其他測(cè)點(diǎn)的沉降變化值。

安裝時(shí)參考點(diǎn)的安裝座因選擇位置相對(duì)較穩(wěn)定、沉降變形小的地點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)處的安裝座在安裝時(shí)應(yīng)與被測(cè)物剛性連接，一般使用膨脹螺絲進(jìn)行固定。連接桿在安裝時(shí)，應(yīng)盡量保持水平位置。

安裝完畢后，因安裝時(shí)無(wú)法避免土體或傳感器的微變形，因此需要在安裝時(shí)采集初始mems角度數(shù)據(jù)，并作記錄。

測(cè)量周期內(nèi)，再次測(cè)量當(dāng)前mems角度數(shù)據(jù)，并與初始值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)應(yīng)計(jì)算出結(jié)構(gòu)物真實(shí)的沉降情況。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于MEMS的沉降監(jiān)測(cè)方法，本發(fā)明用于測(cè)量結(jié)構(gòu)沉降的變化，涉及到橋梁隧道、土木施工等安全監(jiān)測(cè)行業(yè)領(lǐng)域。本方法利用MEMS測(cè)量參考測(cè)點(diǎn)與被測(cè)點(diǎn)發(fā)生位移變化時(shí)，其引起的連接桿位置變化，通過(guò)角度與位移變化的計(jì)算，得到被測(cè)點(diǎn)沉降或隆起的監(jiān)測(cè)方法：本監(jiān)測(cè)方法有參考測(cè)點(diǎn)安裝座，其作為被測(cè)點(diǎn)的參考點(diǎn)位；其兩兩之間均采用固定長(zhǎng)度的金屬連接桿剛性連接，當(dāng)測(cè)點(diǎn)發(fā)生沉降或隆起時(shí)，金屬連接桿對(duì)應(yīng)發(fā)生位置變化；本發(fā)明是通過(guò)利用MEMS測(cè)量參考測(cè)點(diǎn)與被測(cè)點(diǎn)發(fā)生位移變化時(shí)，其引起的連接桿位置變化引起的角度變化與位移變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到被測(cè)點(diǎn)沉降或隆起的監(jiān)測(cè)方法。

技術(shù)研發(fā)人員：劉付鵬;劉文峰;王輔宋;謝鎮(zhèn);劉國(guó)勇;李松;郝文哲;董園青
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江西飛尚科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.29
技術(shù)公布日：2017.07.28