本發(fā)明涉及建筑及巖土工程，尤其是涉及一種固定式全自動測斜儀及測斜方法。

背景技術(shù)：

1、測斜儀是一種用于測量結(jié)構(gòu)物（如建筑物、橋梁、塔架、大壩、邊坡等）傾斜角度的儀器，廣泛應(yīng)用于土木工程、地質(zhì)工程、建筑工程等領(lǐng)域，用于監(jiān)測結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性、評估地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險、指導(dǎo)施工過程等。其通過測量結(jié)構(gòu)物相對于其初始位置的傾斜角度來工作。它利用重力原理，通過測量探頭相對于垂直方向的傾斜角度來確定結(jié)構(gòu)物的傾斜情況?，F(xiàn)有技術(shù)中的測斜儀存在諸多問題：

2、（1）現(xiàn)有技術(shù)的測斜儀需要大量的人工操作來控制測斜探頭，這不僅效率低，而且可能存在安全隱患。

3、（2）現(xiàn)有技術(shù)的測斜儀無法精確采集多方向測斜管的形變數(shù)據(jù)，導(dǎo)致測量結(jié)果不準確不全面。

4、（3）在遇到卡住或異常時，現(xiàn)有技術(shù)的測斜儀缺乏自動故障處理能力，需要人工干預(yù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種固定式全自動測斜儀及測斜方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的至少一項技術(shù)問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種固定式全自動測斜儀，包括測斜主機、測斜探頭和測斜管；

3、所述測斜管設(shè)置在土層中的垂直鉆孔內(nèi)；

4、所述測斜探頭設(shè)置在所述測斜管內(nèi)，受到所述測斜主機的控制在所述測斜管內(nèi)沿長度方向運動，并采集測斜管的形變數(shù)據(jù)發(fā)送至所述測斜主機；

5、所述測斜主機用于控制所述測斜探頭的運動以及與所述測斜探頭進行數(shù)據(jù)交互。

6、進一步地，所述測斜主機包括升降單元，供電單元，傳感單元，通訊單元和處理單元；

7、所述升降單元用于驅(qū)動所述測斜探頭在所述測斜管內(nèi)沿長度方向運動；

8、所述供電單元用于產(chǎn)生電能、儲存電能并將電能供給給其他需要用電的單元；

9、所述傳感單元用于對設(shè)備工作過程中的一些關(guān)鍵參數(shù)進行傳感檢測，并將檢測的數(shù)據(jù)傳輸至處理單元；

10、所述通訊單元用于與所述測斜探頭進行數(shù)據(jù)交互，并將數(shù)據(jù)傳輸至處理單元；

11、所述處理單元與所述升降單元、所述供電單元、所述傳感單元和所述通訊單元電性連接。

12、進一步地，所述升降單元包括電機、聯(lián)軸器、排線輪、繞線輪、驅(qū)動線和滑輪；

13、所述聯(lián)軸器設(shè)置在所述電機和所述繞線輪之間，用于將所述電機產(chǎn)生的驅(qū)動力傳導(dǎo)至所述繞線輪處，從而使得所述繞線輪轉(zhuǎn)動，令所述驅(qū)動線在所述繞線輪上纏繞；

14、所述驅(qū)動線的端點纏繞在所述排線輪上，在所述驅(qū)動線的收放過程中所述排線輪用于整理和排列所述驅(qū)動線，確保在收放過程中所述驅(qū)動線保持整齊有序，避免打結(jié)和纏繞；

15、所述滑輪用于改變所述驅(qū)動線的方向，使得所述驅(qū)動線與所述測斜探頭連接時和所述測斜探頭軸向方向平行。

16、進一步地，所述升降單元還包括水平導(dǎo)線輪和垂直導(dǎo)線輪；

17、所述水平導(dǎo)線輪和所述垂直導(dǎo)線輪設(shè)置在所述繞線輪和所述滑輪之間，所述驅(qū)動線穿過所述水平導(dǎo)線輪和所述垂直導(dǎo)線輪；

18、所述水平導(dǎo)線輪和所述垂直導(dǎo)線輪分別用于對所述驅(qū)動線的水平方向位置與豎直方向位置進行定位引導(dǎo)。

19、進一步地，所述供電單元包括太陽能板、主機電池和無線充電發(fā)射板；

20、所述太陽能板設(shè)置在所述測斜主機的外殼外部，用于將太陽能轉(zhuǎn)化為電能并儲存在所述主機電池中；

21、所述主機電池與所述處理單元、所述升降單元、所述傳感單元和所述通訊單元電性連接并提供電能；

22、所述無線充電發(fā)射板用于對所述測斜探頭進行無線充電。

23、進一步地，所述傳感單元包括第一深度記錄傳感器和拉力傳感器；

24、所述第一深度記錄傳感器設(shè)置在所述滑輪上，記錄所述滑輪的旋轉(zhuǎn)情況并將記錄的數(shù)據(jù)傳輸至所述處理單元，并由所述處理單元計算得到所述測斜探頭的運動距離（即深度位置）；

25、所述拉力傳感器設(shè)置在所述驅(qū)動線上，用于實時檢測所述驅(qū)動線上所承受的拉力并將拉力信息傳遞至所述處理單元，當(dāng)拉力出現(xiàn)異常時所述處理單元控制所述升降單元停止工作。

26、進一步地，所述通訊單元包括4g連接系統(tǒng)，wifi連接系統(tǒng)和主機藍牙連接系統(tǒng)，用于在不同環(huán)境的通訊場景下均能實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

27、進一步地，所述測斜主機還包括限位開關(guān)；

28、所述限位開關(guān)為設(shè)置在所述測斜管頂端的檢測器；

29、當(dāng)所述測斜探頭到達所述測斜管頂端并被所述檢測器檢測到后，所述檢測器將信號傳輸至所述處理單元，所述處理單元控制所述升降單元停止工作。

30、進一步地，所述測斜探頭包括控制部、傳感部、供電部和通訊部；

31、所述供電部用于為所述測斜探頭的其他部件提供電能；

32、所述傳感部用于探測所述測斜管的變形數(shù)據(jù)以及所述測斜探頭的深度數(shù)據(jù)，并將以上數(shù)據(jù)傳輸至所述控制部；

33、所述控制部用于對所述測斜探頭的數(shù)據(jù)進行處理和緩存；

34、所述通訊部用于將所述控制部處理和緩存的信息傳輸至所述測斜主機。

35、進一步地，所述供電部包括無線充電接收器和探頭電池；

36、所述無線充電接收器設(shè)置在所述測斜探頭的外壁處，用于與外界設(shè)置的無線充電發(fā)射板配合使用給探頭電池進行充電；

37、所述探頭電池用于為所述控制部、通訊部和傳感部供電；

38、所述控制部也與所述探頭電池電性連接，并能夠測量所述探頭電池的電量，并將該信息通過所述通訊部傳遞給所述測斜主機。

39、進一步地，所述傳感部包括傳感器板、傾斜傳感器和第二深度傳感器；

40、所述傾斜傳感器用于測量所述測斜探頭在所述測斜管每一段深度處的傾斜角度變化信息，進而將該信息傳輸至所述傳感器板，由傳感器板根據(jù)傾斜角通過計算求出不同高度處的水平位移增量；

41、所述第二深度傳感器設(shè)置在所述導(dǎo)向軸上，用于記錄所述測斜探頭的深度位置，并將深度位置信息傳輸至所述傳感器板，由所述傳感器板將深度位置信息與水平位移增量信息進行關(guān)聯(lián)形成測斜信息；

42、所述傳感器板將所述傾斜傳感器和所述第二深度傳感器的信息進行處理形成測斜信息，并將處理后的測斜信息傳輸至所述控制部緩存，通過所述通訊部將所述控制部緩存的測斜信息傳輸至測斜主機。

43、進一步地，所述傾斜傳感器設(shè)置有2個，2個所述傾斜傳感器設(shè)置在所述測斜探頭上同一水平面上并間隔90度；

44、其中一個所述傾斜傳感器在測量到垮塌或滑坡的變形趨勢時定義為a+方向，與其相反的方向為a-方向；

45、與a+方向和所述a-方向在水平面上相垂直的方向為b+方向和b-方向，由另外一個所述傾斜傳感器測量，從而實現(xiàn)了所述測斜探頭在同一水平面上兩個相互垂直的方向上實現(xiàn)正反兩個方向的監(jiān)測。

46、進一步地，所述測斜探頭上還設(shè)置有導(dǎo)向輪；

47、所述測斜管內(nèi)壁上設(shè)置有導(dǎo)向槽；

48、所述導(dǎo)向輪與所述導(dǎo)向槽相配合，使得所述測斜探頭在所述導(dǎo)向槽的導(dǎo)向限位作用下進行升降運動。

49、進一步地，所述導(dǎo)向輪在所述測斜探頭上沿軸線方向設(shè)置有一個或多個；

50、所述導(dǎo)向輪包括扭力軸、連桿和2個輪體；

51、2個所述輪體分別設(shè)置在所述連桿的兩側(cè)；

52、所述連桿的中部與所述扭力軸連接，初始狀態(tài)下所述連桿與所述測斜探頭的軸線方向形成5-15度的傾斜角，當(dāng)傾斜角發(fā)生改變時所述扭力軸產(chǎn)生回復(fù)扭力。

53、進一步地，所述通訊部為探頭藍牙連接系統(tǒng)，用于在所述測斜探頭完成測斜任務(wù)上升至所述測斜管頂部時將所述控制部處理和緩存的信息傳輸至所述測斜主機。

54、進一步地，所述測斜探頭底部設(shè)置有緩沖墊，用于當(dāng)所述測斜探頭到達所述測斜管底部時避免發(fā)生硬碰撞。

55、進一步地，還包括管口座；

56、所述管口座設(shè)置在所述測斜管頂部；

57、所述管口座包括一體化設(shè)置的卡接頭、連接板和延伸管；

58、所述卡接頭在水平方向上的尺寸大于所述測斜管的內(nèi)徑，用于與所述測斜管搭接；

59、所述連接板設(shè)置在所述卡接頭上，其上設(shè)置有連接孔，用于與所述測斜管緊固連接；

60、所述延伸管設(shè)置在所述卡接頭下端并延伸至所述測斜管內(nèi)；

61、所述卡接頭內(nèi)設(shè)置有與所述延伸管相同直徑且同軸的通道，該通道直徑大于或等于所述測斜探頭上端的直徑，從而使所述測斜探頭進入所述管口座中。

62、第二方面，本技術(shù)還公開了一種固定式全自動測斜儀的測斜方法，包括步驟：

63、s0：將測斜主機與測斜探頭通過驅(qū)動線相連，將測斜探頭置于測斜管中；

64、主機安裝在測斜管上方設(shè)置參數(shù)并調(diào)試，執(zhí)行步驟s1；

65、s1：根據(jù)事先設(shè)置好的采樣間隔和采樣時刻，在到達采樣時刻時，啟動測斜主機的處理單元和測斜探頭；

66、開啟電機，打開電機自鎖；

67、測斜主機及測斜探頭均啟動深度數(shù)據(jù)的采集；

68、測斜探頭在重力作用下在測斜管內(nèi)下移，若到達測斜管底部（拉力傳感器的值突然變小且達到預(yù)設(shè)測斜管深度），控制電機暫停，執(zhí)行步驟s2；

69、若測斜探頭在下放過程中卡?。ɡ鞲衅鞯闹低蝗蛔冃〉珳y斜主機采集的深度值小于預(yù)設(shè)測斜管深度），則測斜主機控制電機將測斜探頭提升，然后重新下放；

70、若嘗試三次或三次以內(nèi)測斜探頭到達測斜管底部，則執(zhí)行步驟s2；

71、若嘗試三次仍無法達到測斜管底部，則停止下放，主機將異常信息上傳平臺，中止測斜操作；

72、s2：當(dāng)測斜探頭內(nèi)采集的深度數(shù)據(jù)停止變化后，等待5秒后采集傾角數(shù)據(jù)并緩存，執(zhí)行步驟s3；

73、s3：測斜主機等待10秒后，控制電機將測斜探頭提升500mm后停止；

74、若測斜探頭未到達測斜管頂端，限位開關(guān)未被觸發(fā)，執(zhí)行步驟s3；

75、若測斜探頭到達測斜管頂部并觸發(fā)限位開關(guān)，執(zhí)行步驟s4；

76、若測斜探頭卡?。ɡ鞲衅鞯闹低蝗蛔兇螅?，則控制電機暫停，測斜探頭在重力作用向下移動，開啟開啟電機重新提升測斜探頭；

77、若嘗試三次或三次以內(nèi)測斜探頭通過此高度，則繼續(xù)執(zhí)行該步驟；

78、若嘗試三次仍無法提升，則停止提升，關(guān)閉電機，測斜主機將異常信息上報平臺，進入休眠，不再啟動采集，直到人工到現(xiàn)場處理完成后重新啟動采樣；

79、若測斜探頭長時間不移動（1分鐘內(nèi)深度數(shù)據(jù)無變化），則停止采樣，進入休眠。

80、s4：關(guān)閉電機，電機自鎖，測斜探頭內(nèi)控制部將緩存的所有測點數(shù)據(jù)（深度及傾角）通過藍牙模塊上傳給測斜主機，測斜主機將收到的數(shù)據(jù)緩存，同時通過4g上傳到平臺；

81、s5：測斜探頭內(nèi)控制部采集探頭電池的電量信息，通過藍牙模塊上傳給測斜主機：若電量高于預(yù)設(shè)閥值，則無需充電，主機、探頭均進入休眠；若電量低于預(yù)設(shè)閥值，則通過無線充電發(fā)射板對測斜探頭內(nèi)的測斜電池進行充電，每隔10分鐘獲取一次探頭電量，若電量滿，則停止充電，測斜主機、測斜探頭均進入休眠狀態(tài)下；若在充電時到達采樣時刻，則停止充電（無線充電發(fā)射板斷電），執(zhí)行步驟s1。

82、采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果：

83、（1）通過測斜主機控制測斜探頭在測斜管內(nèi)自動運動，實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)采集，減少了人工操作的需要，提高了操作的效率和安全性。

84、（2）測斜探頭能夠精確采集測斜管的形變數(shù)據(jù)，并通過測斜主機進行數(shù)據(jù)處理，提高了測量的準確性。

85、（3）測斜主機包含多個單元，如升降單元、供電單元、傳感單元、通訊單元和處理單元，這些單元的協(xié)同工作提高了設(shè)備的整體性能。

86、（4）供電單元配備太陽能板和主機電池，可以實現(xiàn)能源的自給自足，減少了對外部電源的依賴。

87、（5）測斜探頭可以通過無線充電發(fā)射板進行充電，提高了設(shè)備的使用便捷性。

88、（6）傳感單元集成了深度記錄傳感器和拉力傳感器，能夠?qū)崟r監(jiān)測和記錄關(guān)鍵參數(shù)，提高了數(shù)據(jù)的可靠性。

89、（7）通訊單元支持4g、wifi和主機藍牙連接系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無線傳輸，并適應(yīng)不同環(huán)境下的數(shù)據(jù)交互需求。

90、（8）限位開關(guān)和拉力傳感器提供了安全保護機制，能夠在異常情況下或檢測結(jié)束時及時停止設(shè)備工作，避免損壞。

91、（9）測斜探頭的導(dǎo)向輪設(shè)計確保了在測斜管內(nèi)的穩(wěn)定升降運動，提高了測量的穩(wěn)定性。

92、（10）測斜探頭的供電部能夠測量電池電量，并通過通訊部將信息傳遞給測斜主機，方便進行電池管理。

93、（11）傾斜傳感器的設(shè)置允許在水平面上兩個相互垂直的方向上實現(xiàn)正反兩個方向的監(jiān)測，提高了監(jiān)測的全面性。

94、（12）測斜探頭底部的緩沖墊設(shè)計減少了到達測斜管底部時的沖擊，保護了設(shè)備。

95、（13）在測斜探頭下放或提升過程中遇到卡住或異常時，系統(tǒng)能夠自動進行故障處理，如重新下放或提升，提高了系統(tǒng)的可靠性。

96、（14）根據(jù)電池電量自動進行充電，確保了設(shè)備在需要時始終有足夠的電量進行工作。

97、（15）在無操作需求時，設(shè)備能夠自動進入休眠狀態(tài)，節(jié)省能源并延長設(shè)備壽命。

98、（16）當(dāng)設(shè)備遇到無法解決的問題時，能夠自動上報異常信息，方便維護人員及時處理。

99、（17）設(shè)備設(shè)計考慮了多種環(huán)境因素，如重力作用、卡住情況等，提高了設(shè)備在不同環(huán)境下的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

100、（18）當(dāng)設(shè)備需要人工處理時，能夠自動進入休眠狀態(tài)，等待維護人員處理，簡化了維護流程。