技术文章

智能数显滑动式测斜仪

2016-04-15 08:27:14 来源：金华轩

智能数显滑动式测斜仪
一、用途 HY—196型
智能数显滑动式测斜仪是以进口敏感元件为测斜装置。其内部是以伺服（即力平衡式）为基础的测量系统，其特点精度高、稳定性好、分辨率高，广泛用于以观测土石坝、建筑物基坑、堤防、地下建筑工程、岩石边坡港务工程等土体内部的水平位移变化。是需要观测测量工程中必要的精密测量仪器。

二、主要性能技术指标。
测量范围：0～±30°（与地垂线的夹角）
分辩率：0.0004°
系统精度: ∠0.1mm/500mm
系统总精度：∠±6mm/30m
线性：±0.025%(30°以内)
重复性：±0.025%
导轮间距基准：500mm
测杆尺寸：φ30×660mm
测杆重量：2.35kg
仪表重量：2.6kg（包括可充电电池）
电源消耗：200mA（不使用背光灯）可连续使用20小时
数据分组：001-255组
断电数据：保存时间10年
使用环境：-20℃～60℃
抗    渗: 150m(全方位防水防震)
抗    震:20000g(敏感轴方向,其中g为1个单位的重力加速度)
三、工作原理
在岩土工程领域，测斜仪主要用于测量土体运动，诸如：可能产生在不稳固边坡（滑坡）或挖方过程中周围的侧向运动等。也可用来监测堤坝、芯墙的稳定性，打桩或钻孔的布置和偏差，以及在回填、筑堤和地下储罐中土体的沉陷等。
所在这些场合，通常要安装一根测斜管，将其安装在地下的钻孔内或将管浇筑在混凝土的结构中，也可将管埋在筑堤之中。该测斜管有四个槽口，用于固定便携式测斜仪探头的滑轮。探头连在和读数仪相连的电缆的一端，用于观测与测斜相关联的竖直（或水平）倾斜量，并以这种方式测量由土体运动所引起的任何倾斜量的变化。
为了获得安装测斜管的土体周围一个全面的观测报告，必须沿测斜管进行一系列倾斜测量。常规的测斜探头有两组滑轮，距离相隔0.5米，测试前，先把测管标明方向，测杆标明A+、A-，使计算数据一致。将探头放到测斜管底部并开始读数。探头每提升0.5米进行读数，直到到达测斜管的顶部，这组读数被称为A+读数（正测）。把探头从套管中取出，旋转180°重新放入测斜管中，方法同上，又可得到另一组数据A-读数（反侧）。
数据处理时，将上述两组读数（A+、A-）相结合（将一组数据减去另一组数据）以此来消除倾角传感器零飘的影响。测斜仪探头在竖直位置时读数产生零飘偏差，理想的偏差应是零，而实际上在使用探头时，由于传感器的偏差、滑轮的磨损或者因下落以及和测斜管底部相碰太厉害对传感器的冲击所导致有一零飘值。
下次的测斜管观测数据，当与原始的观测数据了解相比较时，就可知测斜管的倾斜量变化和这些变化所引起的位置变化。倾斜量变化分析的*好方式是通过计算上部滑轮相对于下部滑轮组所产生的倾角（θ）与观测读数间距（L）的水平偏移。在测斜各位置处两组读数（A+、A-）相减就可以得出Sinθ，把这个值乘以读数间距（L）和相应的系数，就得到一个以工程单位（HY测斜仪器上显示为mm）输出的水平偏移。
在数据处理的同时，应进行数据可靠性的分析，通常的分析方法是“查和”，即将两组读数（A+、A-）相加，相加后的由倾斜引起的那部分读数被抵消，只留下一个等于测斜仪传感器零偏移两倍的一个值，在软件中表示为“差值”项，当查和值或软件中“差值”项为常量时，说明测量的数据有较高的可靠性，反之，如果差值出现软大的变动或突变，说明测量数据存在问题，这时应首先检查测量过程中下列几个情况：
1、跳过或重复读取下一个读数；
2、读数之间，没有使测斜仪静置足够的时间；
3、探头、电缆或读数装置故障。这也许是由于震动、受潮、电池缺电、探头或电缆的开路或短路造成的。
4、不小心地安放滑轮使得探头滑轮组一次观测与另一次观测不在同一位置。
5、将滑轮正好放置在测斜管接头处，以致读数不稳定或出错。
四、功能
HY-196测斜仪适用于测斜探头输出电压为±2.5V测斜探头，内置20Bit超高分辩率数模转换器，仪器配置64K存贮器及RS-232电脑接口，随机提供的通讯及数据处理软件，供使用微机与其通讯上载数据供进一步的分析处理。
仪器带有内置充电电池及防水薄膜面板，便于现场恶劣环境中使用。
注：开机后屏幕显示：HY-196活动测斜仪(Ver2.0A),其中Ver2.0A表示的仪器带有低电压检测及自动关机功能。
五、开机操作
1、开机前应检查仪器是否与测斜探头相连，测斜探头通过连接电缆和轮出插头，应与测斜数仪面板上标有“测斜探头”的五芯插座相连。
2、按面板上的“开关”键后，仪器显示“：HY活动测斜仪（HY-196A）”开机提示符，稍停片刻，即进入测值显示屏。

Num：01为测孔号，测孔号取值范围（01-255），每个测孔号可贮存各个测量深度的多组测斜数据（每组数据包括A+读数及A-读数），使用者应注意测孔号与现场测孔原始编号的固定对应关系。
Dep：5.0提示当前测斜探头位置深度，当开机后，仪器显示予置深度，即测孔设置深（每个测孔可设置不同的深度）。注：定义测斜探头的底部滑轮轴为标记零点。
      ：表示当前处于正测过程（即探头方向与予计变形的方向一致，称为A+读数）。
      ：表示当前处于反测过程（即探头方向与予计变形的方向相反，称为A-读数）。
: 缺电符号，表示机内电池电压不足，需充电（HY-196A版本的仪器出现缺点符号五分钟后将自动关机）。
—0000.42mm：当前测斜探头的偏称值，单位mm（以下公式中符号d表示）。
—0001.85mv：当前的电压值，单位mv（以下公式中符号U表示。）
六、计算公式及数据处理

电压一位移转换系数

由于输出电压与倾角的正弦成正比。
电压U=KSinθ（θ为测斜倾角，K为测斜探头的灵敏度系数）
测杆轮距     L=500mm
测斜倾角     Sinθ=U/K
偏移量       d=L·Sinθ=(L/K)·U=C·U
C:探头电压一位移转换系数（测斜探头系数）
例如：对于K=2285mv/g的测头
C=L/K=500mm/2285mv=0.22853mm/mv
注：（1）以上系数为轮距=500mm时计算结果。
   （2）由于受HY仪表显示位数的限制，电压一位移转换系数0.22853
累积偏移量
D=∑di=∑c·ui
位移量=累积偏移量-初始偏移量
                            Si=D-D0
2、数据处理
有关“位移”及“差值”的计算公式。测头以其导轮沿着测斜管的导槽沉降或提升。测头的传感器可以测量管在每一深度处的倾角度，输出一个电压信号在测读仪面板上显示出来，测头测出的信号是以测斜导管导槽为方向基准，在某一深度处，测头上下导轮标准间距L上的倾斜角的函数，该信号可换成水平位移。
以伺服加速度探头为例，加速度计敏感轴在水平面时，矢量g在敏感轴上的投影为零，加速度计输出为零，当加速度计敏感轴与水平面存在一个倾角θ时，在加速度计输出一个电压信号。
Uout1=Ko+Kgsinθ                   (1)
式中：K0为加速度计偏值
      K为加速度计灵敏度
      g为重力加速度
为了清除Ko的影响，可以将测头调转180°。在该点进行第二次测量，得
             Uout2=Ko-Kgsinθ                   (2)
（1）—（2）将偏值Ko消去，得差数
Uout1-Uout2=2Kgsinθ                (3)
（1）+（2）将加速度计的倾角投影值抵消，只留下偏值的2倍，称为“差值”，上述方法称为检查测斜数据质量的“差和”方法。
七、主菜单参数设置
在读数仪工作时，按确认键“菜单”进入主菜单
1、深度设置
（1）Hole：001；输入测孔号（测孔选择范围001～255）
（2）Depth：5.0m；输入当前测孔的设置深度，测孔号与深度一一对应。
注：深度指示点为测斜探头下导轮的轴销中心。
（3）Save＆Exit；存贮上述参数并返回主菜单。
2、参数设置
（1）Param:0.4；输入测斜探头系数C，单位mm/mv，需根据测斜探头的率定表，确定并输入此系数，例如：C=0.4mm/mv。
（2）InitV:000.00；输入校正零点电压，单位mv。
注：HY活动测斜仪与测斜探头初次配合使用时应输入仪器校正零点（校正零点电压由测斜探头率定表给出），更换测斜探头时需修改读数仪的校正零点。
（3）Space :0.5m；探头轮距。
（4）Save＆Exit；存贮上述参数并返回主菜单。
3、日期/时间设置

使用      键移动光标位置
选择Quit放弃存贮，选择Save存贮修改。
4、清除存储数据（见图1、2）
是否清除存贮器（EEPROM）中的数据，缺省值为No，如确需清除存储器的历史数据，使用上下键设置为Yes，按确认“菜单”开始，清除结束后屏幕显示：（见图3）

图1                    图2                    图3

5、系统信息
显示使用系统存贮器（EEPROM）中的剩余数据容量。

System Info

EEPROM USED：
000.00%
已用存储空间

Press Any Key
To Returm
占有空间

6、退出菜单
注：面板按键功能表
—上键（1）选择菜单选项（增加）
（2）选择数字（增大）

Warning

Saving!

          —下键（1）选择菜单选项（减少）
（2）选择数字    （减小）
         —移动键（1）移动光标指示位置
                 （2）移动数字位
         —确认键（1）进入菜单
                 （2）确认选定的功能
八、测量
（1）输入并设定测孔号：测孔深度、测头参数、日期、时间、存贮器容量等。
（2）连接测斜探头并通电预热。
说明：由于测斜探头采用高精度的测试元件，开机通电需要建立稳定的热平衡状态。因此在每次进行连续测量工作前，需提前五至十分钟开机，否则（在五分钟前使用）会出现轻微的测量值漂移现象。
（3）读数及存贮
测量过程中注意应尽量读取存贮显示屏稳定的数据，当探头移动一个新的位置应使之静置五至十秒再读数。如需存贮可按面板上的存贮按钮或遥控按钮，屏幕出现提示：（见图1）
表示存贮完成。存贮数据后，当前显示深度自动减去一个仪器轮距，提示探头下一个位置深度，每一次存贮，即减去一个仪器轮距，直至当前深度至0.5m时，再按一次存贮键，屏幕出现：（见图2）
表示A+方向测量结束，这时应及时将测头旋转180°慢慢放入测孔底进行A-方向的测量，测量过程与A+方向相同，直至屏幕出现Dep:0.5时（当轮距为0.5m时），再按一次存贮键，屏幕出现（见图3）

完成指定测孔的一次完整的测量。
注：在A+或A-测量过程中如发生错误，可以终止测量应视为不完整测量，如需继续测量应及时关机并重新开机以使仪器运行初始化，否则会出现通讯故障。
（5）补测
仪器提供补测功能，如测量过程中发现已测量过的某一深度的数据或当前的数据有问题需重测，可按“菜单”键进入深度修改功能，使用上下键，选择指定的深度值，并将探头移至深度再一次按“菜单”键进入测量状态，这时按“确认”键重新存贮测量值，仪器将会自动更新存贮器中的数据。
九、使用注意事项
（1）由于测斜探头采用高精度的测试元件，开机通电需要建立稳定的平衡状态。因此在每次进行连续测量工作前，需提前五至十分钟开机。
（2）使用中注意测头正负方向设定，改变电压位称转换系数C的正负号，可改变输出位移值的正负。
（3）使用时应特别注意电缆测斜探头连接凹凸处的两个内六角螺钉反复上紧，以防止下管入水测试后六角螺丝热胀冷缩松动影响测试数据，所以测试一井后再紧固内六角螺丝一次。
十、测量
1、输入并设定测孔号；测孔深度、测头参数、日期、时间、存贮器容量等。
2、连接测斜探头并通电预热。
说明：由于测斜探头采用高精度的敏感元件，开机通电需要建立稳定的热平衡状态。因此在每次进行连续测量工作前，需提前十至二十分钟开机，否则（在十分钟前使用）会出现轻微的测量值漂移现象。
3、有关测斜探头操作请详见使用手册。
4、读数及存贮

Warning

Saving!

测量过程中注意应尽量读取存贮显示屏稳定的数据，当探头移到一个新的位置应使之静置五至十妙再读数。如需存贮可按面板上的存贮按钮再遥控按钮，屏幕出现提示：

表示存贮完成。存贮数据后，当前显示位置自动递增一个仪器轮距，提示探头一下一个位置，每一次存贮，即递增一个仪器轮距，直至当前位置至*大深度（MAX），再按一次        ，屏幕出现：

表示进程A+方向测量结束,这时为了仪器的精度必须把探头拉出测管,把探头在原来的方向旋转180°。
再放入测管中，将测斜电缆向近端拉动一个轮距，进行回程A-方向测量，测量过程与A+方向相同，直至屏幕出现Dep：0.5时（使用轮距为0.5m探头时），再按一次      键，屏幕出现：

表示完成指定测孔的一次完整的测量。
注：在A+或A-测量过程中如发生错误，可以终止测量应视为不完整测量，如需继续测量应及时关机并重新开机以使仪器进行初始化，否则会出现数据通讯故障。
5、补测
仪器提供补测功能，如测量过程中发现已测量过的某一位置的数据或当前的数据有问题需重测，可按   或     键进入位置修改功能,使用上下键选择指定的位置值,并将探头移至此位置再一次按   或    键进入测量状态,这时按
键重新存贮测量值。仪器将会自动更新存贮器中的数据。
6、使用注意事项
（1）由于测斜探头采用高精度的测试元件，开机通电需要建立稳定的平衡状态。因此在每次进行连续测量工作前，需提前五至十分钟开机。
（2）使用中注意测头正负方向设定，改变电压位称转换系数C的正负号，可改变输出位移值的正负。
（3）使用时应特别注意电缆测斜探头连接凹凸处的两个内六角螺钉反复上紧，以防止下管入水测试后六角螺丝热胀冷缩松动影响测试数据，所以测试一井后再紧固内六角螺丝一次。

附录1测斜数据处理软件（HY-196A）
说明
（1）适用于微机或便携机与HY-196A测斜读数仪进行数据通讯使用。
（2）软件使用前确认测斜仪及微机已通过专用通讯线连接。
（3）对每个测孔的一次测量（一组进程及回程测量数据）的结果称为一个数据记录。
（4）只有在面板显示“Press Store Key to start”时才能传送数据。
安装软件
首次使用时应安装软件，即将标有 “测斜数据处理软件”的光盘放入光驱，软件名为“setup”，双击确定后屏幕出现测斜数据处理软件安装程序对话框，选择“确定”开始安装。按照对话框提示选择程序组。选定后单击“继续”，屏幕显示安装进度，当进度达到100%，出现安装成功提示。（安装完成的同时在桌面创建测斜仪程序的快捷方式）。
操作
在主界面下单击“开始”执行“程序”找到测斜仪程序组单击（或在桌面直接加载快捷方式），出现“测斜数据处理软件”主菜单。

注：正测A+、反测A-、平均偏移量、累计偏移量、系统偏差的显示单位均为毫米。
（1）系统设置
设置串口地址：COM1～COM8之间选择
通讯波特率：9600bpi（测斜读数仪出厂时波特率缺省设置为9600bpi）
（2）上载数据
单击“上载数据”，屏幕出现“正在上载数据，请稍候”提示，上载完毕后软件的*末一行上载状态出现“接收成功”。及记录数，注意上载数据将仪器存贮器中全部存贮数据上载，相同测孔号的记录以操作时间（年月日时分）区别。
（3）列表显示
单击“列表显示”，屏幕出现“选择显示记录”，软件以测孔号组合测量时间区分测量记录，例“#2 5月21日8时10分”，表示2#测孔，5月21日8时10分的测量结果，选中某个记录可进行列表显示，单击选中的某一记录，再单击“列表”。其中*列为测点序列号，表示探头水平移动次数，第二列为距离（测斜探头的位置），第三列“进程A+”为进程偏移量，第四列 “回程A-”为回程偏移量，第五列为平均偏移量，即“进程A+”与“回程A-”的平均值，第六列为累积偏移量，根据3.1节公式：沉降量=累积偏移量-初始偏移量。第七列为系统偏差，即“进程A+”与“回程A-”的差值，相减后倾角均被抵消，只留下一个等于水平测斜仪零偏移两倍的一个值，用来检验测量数据的质量：
下列任何一种情况均有可能损害数据的质量：
1）跳过或重复读取一个读数。
2）读数之前，没有使测斜仪静置足够的时间。
3）探头、电缆或读数装置故障。这也许是冲击、受潮、电池缺电、探头或电缆的开路或短路。
4）不小心地安放滑轮使得探头滑轮组一次观测与另一次观测不在同一位置。
5）将滑轮正好放置在测斜管接头处，以致读数不稳定或出错。
（4）图形显示
单击“图形显示”，屏幕出现“选择显示记录”，提示“*近一次测量结果”，选择测量记录并绘图。
（5）存入历史
将选择的测量记录，部分地或全部存贮为存档文件称为“存入历史”，文件格式为“测孔号.xls”，可供Excel等其它表格处理文件调用，其中界面中间“→”符号，表示将选中的记录文件存成存档文件，“←”符号表示撤消，“全部→”符号表示将全部的记录文件存成存档文件，“←全部”符号表示撤消。选择“保存”后，当文件转换完成后，屏幕出现“保存完毕”提示。
（6）历史数据分析（曲线绘图）
选择“历史曲线分析”后，进入测孔号显示，选择某一测孔号，软件将列出其所有的历史数据，用户可选择部分或全部记录进行绘图及打印。
（7）历史数据分析（列表显示）
选择“历史数据显示”后，进入测孔号显示，选择某一测孔号，软件将列出其所有的历史数据，用户可选择指定一条记录进行报表显示及打印。

附录2
测斜探头航插连接表