[发明专利]一种地下变形量的三维测量方法及测量系统

权利要求书

1.一种地下变形量的三维测量方法，其特征在于：将多个圆柱型集成传感器单元串接形成传感器串，其运用电磁互感、螺旋平行传输线TDR效应或电感效应、重力测斜、磁阻效应多种物理机理，测出两个圆柱型集成传感器单元间的互感电压Uout、螺旋平行传输线拉伸量L、倾斜角θ、倾斜的地磁方位角，通过Uout、L、θ与水平变形量X、垂直变形量Y的关系模型的建立，并与地面GPS空间坐标测量结合，实现依次从上到下圆柱型集成传感器单元逐对测出与空间坐标统一对应的地下变形三维坐标，且现场测量结果将通过GPRS或GSM发送到远方的PC机，在PC机上可描绘出测量区域内的地面到地下深部的土层运动变化情况和具体的坐标值，实现从地面到地下深部的岩土体变形的三维测量。

2.根据权利要求1所述的一种地下变形量的三维测量方法，其特征在于：所述的螺旋平行传输线拉伸量L的测量方法有两种，一种是基于TDR效应，一种基于电感量测量； TDR测量方法是在螺旋平行传输线的一端接一个匹配阻抗，另一端加一窄脉冲电压，由于螺旋平行传输线的特性阻抗在拉伸前后会有变化，分析螺旋平行传输线拉伸前后的反射电压波形的变化，可得出拉伸量ΔL的大小，加上原有的长度L0，可得出L=L0+ΔL；电感量测量方法是将运用螺旋平行传输线的一端短路，在另一端测量螺旋平行传输线电感量，经标定可得出不同一根螺旋平行传输线拉伸为不同长度的对应的电感量或感抗，从而得出上部集成传感器单元的下端面中心点和下部集成传感器单元的上端面中心点间的距离L。

3.根据权利要求1所述的一种地下变形量的三维测量方法，其特征在于：所述的倾斜角θ、倾斜的地磁方位角的测量方法，将集成传感器单元中的测斜MEMS集成电路的xy坐标与地磁测量集成电路的东方北方坐标重叠安装，则在集成传感器串所处的地质环境有变形时，一定是有集成传感器单元向变形的方向发生倾斜，则可得出该集成传感器的倾斜方向的方位角。

4.用于权利要求1所述方法的一种地下变形量的三维测量系统，其特征在于：包括现场测量仪器和远方测量仪器，两者通过无线传感通讯连接；其中：

1）现场测量仪器是由地下变形量集成传感器串和地下变形量测量集中处理装置组成；地下变形量集成传感器串由1~m个结构相同的圆柱型集成传感器单元串接而成，每个单元之间垫入的等厚硬性绝缘材料，用弹性螺旋平行传输线连接圆柱型集成单元的上下中心点，整个圆柱型集成传感器串封装在软质紧缩套管内，每个圆柱型集成传感器单元间通过485总线进行通讯和控制，地下变形量测量集中处理装置的一端通过485总线与第m个圆柱型集成传感器单元连接，地下变形量测量集中处理装置的另一端与天线连接；

2）远方测量仪器是由远程接收装置、PC上位机组成；远程接收装置的一端与天线连接，远程接收装置的另一端与PC上位机连接。

5.根据权利要求4所述的一种地下变形量的三维测量系统，其特征在于，所述的圆柱型集成传感器单元：包括线圈、测长的弹性螺旋平行传输线、MEMS测斜集成电路、地磁测量集成电路、正弦电压发生电路、正弦电压测量电路、螺旋平行线TDR效应或电感测量电路、485总线驱动电路、第一A/D转换电路、第二A/D转换电路、MCU电路；螺旋平行线TDR效应或电感测量电路的输入端连接螺旋平行传输线，输出端连接第一A/D转换电路；再将第一A/D转换电路的输出端连接到MCU固定端口，正弦电压发生电路和正弦电压测量电路各自一端通过电子模拟开关连接到线圈，其中电子模拟开关由MCU控制；正弦电压发生电路另一端通过正弦电压发生控制线连接到MCU，正弦电压测量电路的另一端连接第二A/D转换电路，将第二A/D转换电路另一端连接到MCU；MEMS测斜集成电路和地磁测量集成电路连接到MCU；485总线驱动电路的两端分别连接485总线和MCU；当地下变形测量集中处理装置通过485总线发出指令后，相应的一对圆柱型集成传感器单元得到响应，传感器内部的MCU将会测量圆柱型集成传感器单元之间的线圈互感电压值Uout，两传感器单元之间的轴线夹角θ，两传感器单元之间的中心相对距离L和集成传感器的地磁方位值。

6.根据权利要求4所述的一种地下变形量的三维测量系统，其特征在于，所述的地下变形测量集中处理装置：包括MCU电路、485总线驱动电路、GPS测量模块和远程通讯模块；MCU电路分别于远程通讯模块、485总线驱动电路和GPS测量模块连接，通过485总线向地下变形量集成传感器串发出控制指令，通过远程通讯模块向PC机发送地下变形的测量信息。