基于石英饶性伺服加速度计测斜仪的研究与应用

　　0　引言

　　测斜仪在岩土工程变形检测的应用中是一种十分有效的观测仪器,但是由于该仪器观测数据量极大,现场观测记录中对采集数据的处理工作是相当繁琐的。比如为了消除传感器的偏值和轴对准所造成的误差,必须采用正反测量的手段来提高精度,若采用人工方法对现场观测中的巨大数据量进行计算与处理有相当大的难度,有时甚至无法办到。尽管目前国内外已有自动记录的测斜设备,但其在实用过程中仍存在着许多局限性。如何采用新的方法减轻现场观测的工作量,确保所采集的观测资料精确可靠,具有相当大的实际意义和价值。

　　1　石英自动测斜仪的结构

　　石英测斜仪是利用先进的石英饶性伺服加速度计作为敏感元件的测斜装置,主要包括发射器、绕线机、接收控制仪、测斜导管、电缆、直流电机、旋转编码器、测头及数据处理的软硬件(微机、打印机)系统等部分。自动测斜仪的系统结构如图1所示。

　　精度很高的石英挠性伺服加速度计传感器作为敏感测试元件安装于测头内部,是测量信号的来源。石英挠性伺服加速度计传感器测量测头倾斜后的重力加速度,再通过一定关系将重力加速度分量转换成水平位移量。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;当加速度计敏感轴与水平面存在一个倾角θ时,加速度计将得到一个电压信号。

　　图1的虚线框内为测斜仪的卷绕探头、电缆线的机械传动部分(下称绕线机)。绕线机的两测分别装有电机和摇把,电动方式下可以用电机带动绕线盘卷动电缆,也可以在手动方式下摇动摇把卷动电缆。

　　电缆线连接测头和绕线机,主要作用是向测头供给电源、传输测量信号、测量测头所在测点处距孔口的距离(测试深度)以及作为放下和提升测头的绳索,为使电缆能负重和减小提拉时的伸缩性,电缆内部可以加一根钢丝。测量到的数据由发射器用无线电信号发射出来,由便携式数据采集器接收并存贮,利用数据线传送到计算机进行处理。

　　测斜导管预埋在岩土体的钻孔内和岩土体结合为一体,所以测斜导管的位移就是岩土体的位移。测斜导管作为测斜装置的重要组成部分,其质量直接关系到测斜系统观测数据的精度。

　　2　石英测斜仪的工作原理

　　2·1　石英饶性伺服加速度计的工作原理

　　伺服加速度计是测量加速度的传感器件,主要用于重力加速度以及各种运动设备加速度的测量。利用伺服加速度计还能用于倾斜角度(俯仰角度)的传感测量,可以达到很高的精度,且具有体积小、质量轻、寿命长、可靠性高等优点。