阅读说明：本技术 一种无电缆滑动式自动测斜系统及其测量方法 (Cable-free sliding type automatic inclination measuring system and measuring method thereof ) 是由 张亦明 李小龙 郁健 蒋发川 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种无电缆滑动式自动测斜系统,包括测斜仪和滑动控制装置,测斜仪的上端设置有腔体,腔体固接有吊环,其内部设置有姿态传感器、第一存储器、第一蓝牙模块、第一处理器、第一电池和无线充电模块,滑动控制装置包括支架、下滑控制器和提升器,下滑控制器包括设置在机架上的钢缆卷盘、排缆器、测速滑轮、快挂、电磁制动器、显示屏和电控箱。本发明中采用细钢缆代替电缆,使用寿命长,并采用蓝牙模块解决数据传输问题,配合无线充电模块解决自身供电问题；由下滑控制器自动控制测斜仪的位置,降低了人工任务量,且提高了测量的精确度；具备多种测量方式,适用于多种测试要求,可进行多组测试数据对比,有效减少测量误差。(The invention relates to a cable-free sliding type automatic inclination measuring system which comprises an inclinometer and a sliding control device, wherein a cavity is arranged at the upper end of the inclinometer, a lifting ring is fixedly connected to the cavity, an attitude sensor, a first memory, a first Bluetooth module, a first processor, a first battery and a wireless charging module are arranged in the cavity, the sliding control device comprises a support, a downward sliding controller and a lifter, and the downward sliding controller comprises a steel cable reel, a cable arranger, a speed measuring pulley, a quick hanger, an electromagnetic brake, a display screen and an electric control box which are arranged on a rack. According to the invention, the thin steel cable is adopted to replace a cable, the service life is long, the data transmission problem is solved by adopting the Bluetooth module, and the self power supply problem is solved by matching with the wireless charging module; the position of the inclinometer is automatically controlled by the gliding controller, so that the manual task amount is reduced, and the measurement accuracy is improved; possess multiple measurement mode, be applicable to multiple test requirement, can carry out multiunit test data contrast, effectively reduce measuring error.)

一种无电缆滑动式自动测斜系统及其测量方法

技术领域

本发明涉及自动工程检测技术领域，特别涉及自动测斜仪机器测量方法。

背景技术

测斜工作在基坑工程周边环境监测占有重要的地位，国内常用的测斜仪一般为滑动式测斜仪，滑动式测斜上下各有一对导轮。使用时，人工将测斜仪放入测斜管中，释放与测斜仪连接的电缆，然后按一定的要求拉拽电缆上的刻度控制深度进行测量。

上述测量方式存在以下弊端：1.用来传递信号和输电的电缆在使用过程中极易磨损、断裂，影响测试仪的正常使用，且电缆占用的体积非常大；2.测斜仪的测量位置由人工释放电缆长度确定，为满足监测要求，人工量极大，且控制精度和重复性较差，极易出现监测值奇异点；3.测斜仪的测量方式单一，得到的测量数据有限，易出现测量误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种无电缆滑动式自动测斜系统及其测量方法。

为了达到上述技术效果，本发明采用的技术方案是：一种无电缆滑动式自动测斜系统，包括测斜仪和滑动控制装置，所述测斜仪与滑动控制装置连接；

所述测斜仪的上端设置有腔体，所述腔体固接有吊环，其内部设置有姿态传感器、第一存储器、第一蓝牙模块、第一处理器、第一电池和无线充电模块，所述姿态传感器、第一存储器和第一蓝牙模块均与第一处理器电性连接，所述第一电池用于给姿态传感器、第一存储器、第一蓝牙模块和第一处理器供电，所述无线充电模块用于给第一电池充电；

所述滑动控制装置包括支架、下滑控制器和提升器，所述下滑控制器包括设置在机架上的钢缆卷盘、排缆器、测速滑轮、快挂、电磁制动器、显示屏和电控箱，所述钢缆卷盘上的钢缆依次绕过排缆器、测速滑轮后与快挂连接，所述测速滑轮的一侧连接有测速编码器，所述快挂与吊环连接，所述电磁制动器与钢缆卷盘连接，所述电控箱内设置有充电模块、制动器驱动模块、第二蓝牙模块、第二处理器和第二电池，所述制动器驱动模块和第二蓝牙模块均与第二处理器电性连接，所述第二电池用于给制动器驱动模块、第二蓝牙模块和第二处理器供电，所述电磁制动器通过充电模块与第二电池电性连接；所述提升器包括手摇柄和离合装置，所述手摇柄设置在钢缆卷盘的一侧，手摇柄通过离合装置与钢缆卷盘传动连接。

进一步的，所述测斜仪的上端与腔体密封且可拆卸地连接，其下端设置有缓冲器。

进一步的，所述钢缆卷盘、排缆器、测速滑轮和显示屏均位于机架的顶部，所述电控箱位于机架的底部。

进一步的，所述腔体和电控箱内还分别设置有加速度传感器和第二存储器，所述加速度传感器与第一处理器电性连接，所述第二存储器与第二处理器电性连接。

进一步的，所述腔体和电控箱内还分别设置有第一定时器和第二定时器，所述第一定时器与第一处理器电性连接，所述第二定时器与第二处理器电性连接。

本发明还提供一种无电缆滑动式自动测斜系统的测量方法，包括以下步骤：

S1：通过手机APP连接测斜仪和下滑控制器，进行系统自检，自检完成后设定相应的测量参数；

S2：手机APP发送指令给测斜仪和下滑控制器，在当前位置深度进行归零设置，采集并存储初始数据，并将提升器与钢缆卷盘切换至不联动状态；

S3：电磁制动器释放钢缆卷盘，测斜仪在重力的作用下开始下滑；

S4：测斜仪通过钢缆带动测速滑轮和测速编码器转动，测量并计算出下滑速度和深度，期间通过电磁制动器调节制动力度，手机APP和显示屏可显示当前测斜仪的深度和下滑速度；

S5：当测斜仪下滑速度减为零且制动力度低至一定阈值或达到预设的最大深度，电磁制动器锁止，采集并存储当前数据，由手机APP提醒测量完成，同时在显示屏显示测量完成；

S6：提升器与钢缆卷盘切换至联动状态，直至将测斜仪提升至初始深度；

S7：测斜仪深度接近零时，将所有数据上传至手机APP进行处理，最后上传至云端。

进一步的，所述步骤S1中，所述测斜仪通过第一蓝牙模块与手机APP进行无线通讯，所述下滑控制器通过第二蓝牙模块与手机APP进行无线通讯。

进一步的，所述步骤S4中，若测斜仪下滑速度过快，则加大电磁制动器的制动力度；若测斜仪下滑速度过慢，则降低电磁制动器的制动力度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.采用细钢缆代替电缆，使用寿命长，占用空间小，并且采用蓝牙模块解决数据传输问题，配合无线充电模块解决自身供电问题，提高了测斜仪的可靠性；

2.由下滑控制器自动控制测斜仪的位置，降低了人工任务量，且提高了测量的精确度；

3.该测斜系统具备多种测量方式，适用于多种测试要求，可进行多组测试数据对比，有效减少测量误差。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

附图说明

图1为本发明的无电缆滑动式自动测斜系统的结构示意图；

图2为图1的A部放大图。

图中各标号和对应的名称为：1.测斜仪,2.腔体,3.吊环,4.机架,5.下滑控制器,6.提升器，7.缓冲器，501.钢缆卷盘,502.排缆器,503.测速滑轮,504.快挂,505.电磁制动器,506.显示屏,507.电控箱,508.测速编码器,601.手摇柄,602.离合装置。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图1-2所示，本发明提供一种无电缆滑动式自动测斜系统，包括测斜仪1和滑动控制装置，测斜仪1与滑动控制装置连接；

测斜仪1的上端设置有腔体2，腔体2固接有吊环3，其内部设置有姿态传感器、第一存储器、第一蓝牙模块、第一处理器、第一电池和无线充电模块，姿态传感器、第一存储器和第一蓝牙模块均与第一处理器电性连接，第一电池用于给姿态传感器、第一存储器、第一蓝牙模块和第一处理器供电，无线充电模块用于给第一电池充电；

滑动控制装置包括机架4、下滑控制器5和提升器6，下滑控制器5包括设置在机架4上的钢缆卷盘501、排缆器502、测速滑轮503、快挂504、电磁制动器505、显示屏506和电控箱507，钢缆卷盘501上的钢缆依次绕过排缆器502、测速滑轮503后与快挂504连接，测速滑轮503的一侧连接有测速编码器508，快挂504与吊环3连接，电磁制动器505与钢缆卷盘501连接，电控箱507内设置有充电模块、制动器驱动模块、第二蓝牙模块、第二处理器和第二电池，制动器驱动模块和第二蓝牙模块均与第二处理器电性连接，第二电池用于给制动器驱动模块、第二蓝牙模块和第二处理器供电，电磁制动器505通过充电模块与第二电池电性连接；提升器6包括手摇柄601和离合装置602，手摇柄601设置在钢缆卷盘501的一侧，手摇柄601通过离合装置602与钢缆卷盘501传动连接。

本实施例中测斜仪1自身可通过导轮的转动来测量当前深度，采用钢缆代替传统的电缆，配合第一蓝牙模块、第一处理器和第二蓝牙模块实现无线通讯，测量时不受制于电缆的约束，信号传输稳定可靠；无线充电模块可以保证在不打开腔体2的情况下，对测斜仪进行充电，方便使用；姿态传感器用于测量数据采集；钢缆卷盘501通过钢缆连接测斜仪1，这里采用快挂504、吊环3进行连接，操作方便；电磁制动器505不仅用于控制钢缆卷盘501的制动力，还可以进行发电，通过充电模块给第二电池充电，以提高其续航能力；测速滑轮503和测速编码器508可测量并计算测斜仪1的下滑速度和深度；显示屏506用于显示测量数据，方便作业人员观察；电控箱507用于控制该滑动控制装置。

作为本发明的优选方案，测斜仪1的上端与腔体2密封且可拆卸地连接，其下端设置有缓冲器7。本实施方案中，将腔体2与测斜仪1采用可拆卸的方式连接，方便维护保养其内部的各种电子元器件，缓冲器7在测斜仪1下落时可起到保护作用，减轻撞击造成的损伤。

其中，钢缆卷盘501、排缆器502、测速滑轮503和显示屏506均位于机架4的顶部，电控箱507位于机架4的底部。本实施方案中，采用该布局方式，利于作业人员操作。

本实施例提供还一种基于导轮测距的连续测量方法，包括以下步骤：

S1：通过手机APP连接测斜仪1和下滑控制器5，进行系统自检，自检完成后设定下滑速度和最大测量深度；测斜仪1通过第一蓝牙模块与手机APP进行无线通讯，下滑控制器5通过第二蓝牙模块与手机APP进行无线通讯；

S2：手机APP先发送指令给测斜仪1，测斜仪1在当前位置深度归零，再对姿态传感器进行数据采集，并将姿态传感器和估算的深度数据存储在第一存储器中；然后手机APP发送指令给下滑控制器5，下滑控制器5深度归零，并将提升器6与钢缆卷盘501切换至不联动状态；

S3：电磁制动器505释放钢缆卷盘501，测斜仪1在重力的作用下开始下滑；

S4：测斜仪1通过钢缆带动测速滑轮503和测速编码器508转动，测量并计算出下滑速度和深度，期间通过电磁制动器505调节制动力度，若测斜仪1下滑速度过快，则加大电磁制动器505的制动力度；若测斜仪1下滑速度过慢，则降低电磁制动器505的制动力度，手机APP和显示屏506可显示当前测斜仪1的深度和下滑速度；

S5：当测斜仪1下滑速度减为零且制动力度低至一定阈值或达到预设的最大深度，则视为测量完成，电磁制动器505锁止，测斜仪1在匀速下滑的状态下，对测斜仪1姿态和深度进行连续测量，并将数据存储在第一存储器中，由手机APP提醒测量完成，同时在显示屏506显示测量完成；

S6：提升器6与钢缆卷盘501切换至联动状态，直至将测斜仪1提升至初始深度；

S7：当下滑控制器5侧得测斜仪1的深度接近零时，手机APP连接测斜仪1，测斜仪1上传测量数据至手机APP，手机APP上传所有数据至云端。

实施例2

本实施例是在实施例1的技术方案的基础上做进一步改进，实施例1描述的技术方案同样适用于本实施例，实施例1已公开的技术方案不再重复描述。

具体的，本实施例与实施例1的区别在于：腔体2和电控箱507内还分别设置有加速度传感器和第二存储器，加速度传感器与第一处理器电性连接，第二存储器与第二处理器电性连接。

本实施例还提供一种基于惯性导航深度估算的分段测量方法，包括以下步骤：

S1：通过手机APP连接测斜仪1和下滑控制器5，进行系统自检，自检完成后设定下滑速度、最大测量深度和分段测量间距；测斜仪1通过第一蓝牙模块与手机APP进行无线通讯，下滑控制器5通过第二蓝牙模块与手机APP进行无线通讯；

S2：手机APP先发送指令给测斜仪1，测斜仪1在当前位置深度归零，再对姿态传感器进行数据采集，并将姿态传感器和估算的深度数据存储在第一存储器中；然后手机APP发送指令给下滑控制器5，下滑控制器5深度归零，并将提升器6与钢缆卷盘501切换至不联动状态；

S3：下滑控制器5和测斜仪1分别根据测量间距计算测斜仪1的下一个测量深度，计算完成后电磁制动器505释放钢缆卷盘501，测斜仪1在重力的作用下开始下滑；

S4：测斜仪1通过钢缆带动测速滑轮503和测速编码器508转动，测量并计算出下滑速度和深度，期间通过电磁制动器505调节制动力度，若测斜仪1下滑速度过快，则加大电磁制动器505的制动力度；若测斜仪1下滑速度过慢，则降低电磁制动器505的制动力度，手机APP和显示屏506可显示当前测斜仪1的深度和下滑速度；

S5：当测斜仪1下滑深度达到下一个测量深度时，电磁制动器505锁止，下滑控制器5将当前的精准数据存储至第二存储器中；

S6：测斜仪1通过惯性导航方式，对加速度传感器测得的加速度值进行积分以获得自身的运动速度，并通过运动速度和运动时间估算当前深度。当测斜仪1测得自身速度为零时，测斜仪1对姿态传感器进行数据采集，并将姿态数据和估算的深度数据暂存；当测斜仪1测得自身向测量方向先加速再减速直至运动速度为零，且估算深度与之前计算的预设测量深度接近，即判定测斜仪1已达下一个测量深度，测斜仪1对姿态传感器进行数据采集，并将姿态数据和估算的深度数据存储在第二存储器中，测量完成后将预设测量深度作为估算测量深度以减少累积误差；

S7：电磁制动器505保持锁止一段时间，确保测斜仪1完成S6；

S8：重复S3至S7，直至测斜仪1下滑速度减为零且制动力度低至一定阈值或到达预设的最大深度，将电磁制动器505锁止，将当前的精确深度数据存储在第二存储器中；

S9：在S8的同时，测斜仪1估算深度接近预设的最大深度且速度为零，测斜仪1对姿态传感器进行数据采集，并将姿态数据和估算的深度数据存储在第一存储器中，测斜仪1判定为测量结束；

S10：电磁制动器505保持锁止一段时间，确保测斜仪1完成S9，由手机APP提醒测量完成，同时在显示屏506显示测量完成；

S11：提升器6与钢缆卷盘501切换至联动状态，直至将测斜仪1提升至初始深度；

S12：在S11的同时，当测斜仪1测得运动方向与测量方向相反，且估算深度减少超过一定阈值时，判定为测量结束，并将测斜仪1速度为零时暂存的姿态数据和估算深度数据存储在第一存储器中；

S13：当下滑控制器5侧得测斜仪1的深度接近零时，手机APP连接测斜仪1和下滑控制器5，将第一存储器中的姿态数据和估算深度数据上传至手机APP；将第二存储器中的精确深度数据上传至手机APP。手机APP根据估算深度，将对应估算深度的姿态数据与精确深度数据进行匹配，最后上传所有数据至云端。

实施例3

本实施例是在实施例2的技术方案的基础上做进一步改进，实施例2描述的技术方案同样适用于本实施例，实施例2已公开的技术方案不再重复描述。

具体的，本实施例与实施例2的区别在于：腔体2和电控箱507内还分别设置有第一定时器和第二定时器，第一定时器与第一处理器电性连接，第二定时器与第二处理器电性连接。

本实施例还提供一种基于时间同步的连续测量方法，包括以下步骤：

S1：通过手机APP连接测斜仪1和下滑控制器5，进行系统自检，自检完成后设定下滑速度、最大测量深度和采样率；测斜仪1通过第一蓝牙模块与手机APP进行无线通讯，下滑控制器5通过第二蓝牙模块与手机APP进行无线通讯；

S2：手机APP同时发送指令给测斜仪1和滑动控制装置，第一定时器和第二定时器均归零；第一定时器开始计时，并按采样率的时间对姿态传感器进行数据采集，然后将姿态数据和采集时间存储在第一存储器中；同时下滑控制器5深度归零，第二定时器开始计时，并按采样率的时间将深度数据和当前的时间存储在第二存储器中；电磁制动器505保持锁止一段时间以确保测斜仪1采集到数据后，提升器6与钢缆卷盘501切换至不联动状态；

S3：电磁制动器505释放钢缆卷盘501，测斜仪1在重力的作用下开始下滑；

S4：测斜仪1通过钢缆带动测速滑轮503和测速编码器508转动，测量并计算出下滑速度和深度，期间通过电磁制动器505调节制动力度，若测斜仪1下滑速度过快，则加大电磁制动器505的制动力度；若测斜仪1下滑速度过慢，则降低电磁制动器505的制动力度，手机APP和显示屏506可显示当前测斜仪1的深度和下滑速度；

S5：当测斜仪1下滑速度减为零且制动力度低至一定阈值或达到预设的最大深度，电磁制动器505锁止，由手机APP提醒测量完成，同时在显示屏506显示测量完成；

S6：提升器6与钢缆卷盘501切换至联动状态，直至将测斜仪1提升至初始深度；

S7：当下滑控制器5侧得测斜仪1的深度接近零时，手机APP连接测斜仪1，测斜仪1将第一存储器中的姿态数据和采集时间数据上传至手机APP；下滑控制器5将第二存储器中的深度数据和当时时间上传至手机APP，手机APP根据记录的时间数据，将深度数据与姿态数据对齐，最后上传所有数据至云端。

实施例4

本实施例提供的无电缆滑动式自动测斜系统与实施例3的结构相同，区别在于，测量方法的不同，本实施例提供一种基于时间同步的分段测量方法，包括以下步骤：

S1：通过手机APP连接测斜仪1和下滑控制器5，进行系统自检，自检完成后设定下滑速度、最大测量深度、分段测量间距和采集时间间隔；测斜仪1通过第一蓝牙模块与手机APP进行无线通讯，下滑控制器5通过第二蓝牙模块与手机APP进行无线通讯；

S2：手机APP同时发送指令给测斜仪1和滑动控制装置，第一定时器和第二定时器均归零；第一定时器开始计时，并按采样间隔时间对姿态传感器进行数据采集，然后将姿态数据和采集时间存储在第一存储器中；同时下滑控制器5深度归零，第二定时器开始计时；

S3：下滑控制器5根据测量间距计算测斜仪1的下一个测量深度，电磁制动器505保持锁止一段时间以确保测斜仪1采集到数据；

S4：电磁制动器505释放钢缆卷盘501，测斜仪1在重力的作用下开始下滑；

S5：测斜仪1通过钢缆带动测速滑轮503和测速编码器508转动，测量并计算出下滑速度和深度，期间通过电磁制动器505调节制动力度，若测斜仪1下滑速度过快，则加大电磁制动器505的制动力度；若测斜仪1下滑速度过慢，则降低电磁制动器505的制动力度，手机APP和显示屏506可显示当前测斜仪1的深度和下滑速度；

S6：当下滑控制器5测量的测斜仪1深度达到下一个测量深度时，电磁制动器505锁止，将当前的深度数据和时间存储在第二存储器中；

S7：电磁制动器505保持锁止至少2个采集时间间隔，确保测斜仪1测量完成；

S8：重复S3至S7，直至测斜仪1下滑速度减为零且制动力度低至一定阈值或达到预设的最大深度，电磁制动器505锁止，下滑控制器5将当前的深度数据和时间存储在第二存储器中，由手机APP提醒测量完成，同时在显示屏506显示测量完成；

S6：提升器6与钢缆卷盘501切换至联动状态，直至将测斜仪1提升至初始深度；

S7：当下滑控制器5侧得测斜仪1的深度接近零时，手机APP连接测斜仪1，测斜仪1将第一存储器中的姿态数据和采集时间数据上传至手机APP；下滑控制器5将第二存储器中的深度数据和时间上传至手机APP，手机APP根据记录的时间数据，将深度数据与姿态数据对齐，最后上传所有数据至云端。

本发明不局限于上述具体的实施方式，对于本领域的普通技术人员来说从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。