[发明专利]一种基于形状传感器的测斜装置及测斜方法

说明书

本发明公开了一种基于形状传感器的测斜装置及测斜方法，测斜装置包括测斜管、形状传感器和滑动夹具。所述滑动夹具通过机械连接固定在形状传感器上，所述形状传感器通过滑动夹具滑入并固定在测斜管内部，所述形状传感器包括薄壁钢管和应变传感器，所述薄壁钢管外表面沿环向每间隔120°设有圆弧凹槽，所述应变传感器每隔一定间距胶结在薄壁钢管外表面的圆弧凹槽内。测斜方法通过应变传感器获得各测点应变信息，结合形状传感算法实现测斜管水平位移重构。本发明将形状传感器和测斜管结合，具有安装方便、测量精度高、环境适应性强、造价低廉的优点。

技术领域

本发明属于测斜技术领域，具体说是一种基于形状传感器的测斜装置及测斜方法。

背景技术

近年来，随着高层建筑、地铁等城市建设的不断发展，基坑开挖的深度和规模不断扩大，由此引发的工程事故如：基坑坍塌、周边土体下沉、支护体系折断也不断增加。为了实时掌握基坑稳定性，确保施工期间人员和设备的安全，基坑监测在施工中的重要性日益凸显。基坑深层水平位移作为基坑土体状态最直接的体现，是施工过程中的重要监测项目之一，其监测结果对于基坑稳定性及施工安全性的评价至关重要。

目前，基坑深层水平位移主要采用测斜管和测斜仪联合测量。在测斜管埋设完毕后，将测斜仪探头沿测斜管内部凹槽放入管内，每隔0.5m或1m读取水平位移数值，这种测量方法存在以下局限与不足：

1、测量效率低，人工成本高，采集时间长，无法实现全自动化测量。

2、测量精度低，数据采集受人为因素影响较大，且为点式测量，数据不全面，难以准确反映全域位移变化。

3、测量工作受环境因素影响较大，暴雨等极端环境条件下无法监测。

发明内容

针对上述现有技术中的缺陷与不足，本发明提供一种基于形状传感器的测斜装置及测斜方法，具有安装方便、测量精度高、环境适应性强、造价低廉的优点。

为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种基于形状传感器的测斜装置，包括测斜管、形状传感器和滑动夹具，所述滑动夹具套接在形状传感器外壁上，所述形状传感器通过滑动夹具滑入并固定在测斜管内部。

进一步的，所述形状传感器包括薄壁钢管和应变传感器，所述薄壁钢管外表面沿环向每间隔120°设有圆弧凹槽，所述应变传感器每隔一定间距胶结在薄壁钢管外表面的圆弧凹槽内。

进一步的，所述滑动夹具包括构件a、构件b和锁紧螺丝，所述构件a和构件b的一端通过销钉可转动连接，另一端通过螺丝和螺母的配合进行紧固连接，在构件a、构件b的外壁上分布有圆形柱，所述圆形柱与锁紧螺丝通过绞丝连接；所述滑动夹具内径与薄壁钢管外径相同。

进一步的，在测斜管的内壁上开有导向凹槽，锁紧螺丝顶部的圆形滚珠与导向凹槽滑动连接。

本申请还提供一种基于形状传感器的测斜方法，具体步骤为：

步骤1：将形状传感器划分为n个单元，每个单元设置一个曲率测点，每个曲率测点处沿环向每间隔120°布设1个应变传感器；

步骤2：将各测点曲率表示为曲率向量形式；

步骤3：假设在第i段[x_i,x_i+1]单元内曲率是均匀变化的，则将曲率表示为x的一次函数；

步骤4：当第i段单元节点坐标x_i和初始转角θ_i已知时，在区间[x_i,x]上对曲率函数进行一次积分，得出区间[x_i,x]内任一点转角值；