自動測斜儀

HM-CXZ測斜儀是專門用于巖土地基位移測量的儀器。適用于各種巖土地基橫向位移的測量，如水利庫壩、堤防、巖土邊坡、城市建設地基基坑開挖、打樁、鐵路、 公路交通邊坡、煤田、礦井、電力建設以及各種地下結構工程的內部水平位移的測量。測斜對于工程建設的安全施工和*穩(wěn)定性檢測都是十分必要的。對于城市建 設，由于深層土體位移可以反映支護結構位移和應力變化，周圍建筑設施的安全狀況，即能夠綜合反映基坑形狀而日益受到重視，許多地方已經(jīng)制訂或正在制訂有關 規(guī)范，明確規(guī)定：在較大深基坑施工中必須進行深層基坑水平移的監(jiān)測。

以下章節(jié)將對cx系列測斜儀系統(tǒng)的組成、工作原理、性能指標、數(shù)據(jù)處理、使用方法、常見故障、調整方法以及維護保養(yǎng)、保修等事項做較詳細的介紹。

1.2HM系列測斜儀各組成部分的功能

1.2.1測頭（探頭）

測頭是測斜儀的核心，是測量的敏感部，是測試數(shù)據(jù)的來源之處。測斜儀測試的準確度取決于測頭可能的測試準確度。測斜測頭中，核心部分是加速度傳感器。加速度傳感器也可以稱為角度傳感器。目前應用于測斜儀中的傳感器以伺服加速度計的靈敏度和精度zui高。

1.2.2測讀儀

測讀儀是HM系列測斜儀數(shù)據(jù)輸出的二次儀表，實現(xiàn)測頭數(shù)據(jù)的接收、顯示和輸出。HM智能測斜儀的測讀儀面板介紹如下：

• 通訊口（USB）：通過電纜，將測讀儀和計算機連通，借助測斜軟件，將測讀儀中存放的數(shù)據(jù)傳送到計算機中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸出。
• 充電口（8字）：通過充電線給測讀儀中的可充電電池充電。
• 傳感器口（七芯插座）：傳感器插座是用來將測頭和測讀儀聯(lián)接，實現(xiàn)傳感器的信號在測讀儀上顯示輸出。
• 紐子開關，這是測讀儀的電源開關。
• 功能選擇：按動此按健，可以使操縱者選擇屏幕上的測試孔號、測試方向或測試點號。
• ▲、▽這兩個健，用來調整測試孔號、測試方向和測試點號的具體數(shù)值。調整范圍是：測試孔號為1-50；測試方向為東、西、北、南；測試點號為1-270。同時按住▲、▽兩個鍵，可使數(shù)字快速回零。
• 復位按健是使測讀儀處于對信號的測試狀態(tài)。
• 調顯按鍵用來將測讀儀中已經(jīng)存放的信號調出，進行顯示。
• 清除按鍵，用來對測讀儀存儲器內已有的信號進行清除，按一下后，測讀儀屏幕上將提示操縱者是否確實需要清除，以免誤操做，當確實需要清除時，再按一下清零鍵，幾秒鐘后，將完成測讀儀的清零命令。
• 存儲按鍵，當測讀儀屏幕上顯示的數(shù)據(jù)，操縱者認為需要存儲時，按動此鍵，測讀儀便將此信號存儲到測讀儀的存儲器中。
• 電池，此鍵完成測讀儀屏幕顯示信號的切換，以便顯示探頭信號或測讀儀中的電池信號。
• 背光，此鍵用于外界環(huán)境光線暗淡，為方便操縱者觀察到測讀儀屏幕的顯示，而設置的。操縱者應當明白，打開背光后，測讀儀消耗電流將增加約60mA。

根據(jù)HM系列測斜儀的不同型號，測讀儀分為直讀式和存儲式。直讀式是指測試的數(shù)據(jù)由測試者通過測讀儀的顯示屏直接人工讀取數(shù)據(jù)，并進行人工處理。存儲式是指現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)，通過測讀儀上的按鍵將數(shù)據(jù)存儲在測讀儀的存儲器中，不需要人工讀數(shù) ，存儲的數(shù)據(jù)通過電纜送入計算機中，由測斜儀軟件進行數(shù)據(jù)的處理，包括各種數(shù)據(jù)表格和有關的曲線。測讀儀使用可充電電池供電，此蓄電池同時也為測頭供電。

1.2.3傳輸電纜

 傳輸電纜是把測頭與測讀儀連接起來的傳輸線。由于電纜上有長度標記，因此，既可以將測讀儀中的電源傳輸?shù)綔y頭中的傳感器上。測頭的信號傳輸?shù)綔y讀儀中，也可以從電纜的標志上讀出測孔的深度。

1.2.4充電器

充電器用來給測讀儀中的蓄電池充電，以保證測斜儀每天至少可以有6個小時的連續(xù)工作時間。為了第二天的使用，需要重新充電。目前使用的國產(chǎn)電池，一般允許充電500次。

1.2.5通訊電纜

通訊電纜是在數(shù)據(jù)處理時，將測讀儀與計算機相連接，在軟件的支持下，實現(xiàn)將測讀儀中存儲的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，從而進行數(shù)據(jù)的處理。

1.2.6計算機（用戶自備）

計算機用來進行數(shù)據(jù)的接收、處理?？梢詫?shù)據(jù)進行修改，可以進行單個數(shù)據(jù)進行修改，也可以對整列數(shù)據(jù)通增加一個常數(shù)，也可以對整列通乘一個常數(shù)。數(shù)據(jù)處理后，可以得到原始數(shù)據(jù)、處理結果表、深度-位移曲線、位移速度-時間曲線。

1.2.7測斜管（用戶自購）

測 斜管用來將測頭按一定的方向導入被測巖土體的預測深度處，兩段測斜管的連接處應對準導槽，使測頭的導入平穩(wěn)自然。測斜管的質量直接影響到測試的精度。目前 國內的測斜管有兩種：塑料管和鋁合金管，鋁合金管質量好，導槽規(guī)矩，扭曲相對小，同樣的測斜儀，工地實際測試精度高，但價格要相對地貴，塑料管與鋁合金管 相比，恰好相反。

1.3性能指標

1.3.1測頭

   a. 傳感器靈敏度：0.02 mm/8〃

   b. 標度因數(shù) ：2.5±0.01v/g

   c. 導輪間距：500 mm

   d. 測頭尺寸：Φ32 mm×660 mm

1.3.2測讀儀

a. 數(shù)據(jù)顯示 4 1/2位液晶顯示數(shù)據(jù)

b. 內部電源：1.2v×4可充電電池；容量7Ah

c.充電電源：交流220v，50Hz輸出直流7伏

d.測讀儀尺寸：680 mm×109 mm×250 mm

1.3.3工作時間

當給蓄電池充滿電之后（注意：對于新電池，使用時，應反復放電二、三次，才能使蓄電池充滿），可以使測斜儀連續(xù)工作6小時以上。

1.3.4測量范圍

測斜儀測量范圍：±50度。

1.3.5綜合誤差

每25米深度的測量誤差不超過±4 mm。

1.3.6絕緣度：電纜各芯線之間和各芯線與外殼之間的絕緣度應不低于50ΜΩ,否責會出出信號不穩(wěn)定。

1.3.7工作溫度：﹣10℃至50℃。

耐水壓：7.845*105pa至9.806*105pa（相當水深80m至100m的壓力）

• 工作原理及簡要說明

2.1測頭

測 頭是測斜儀的核心，是測試信號的來源處，測頭中采用石英撓性伺服加速度計作為傳感器，當測頭處于豎直狀態(tài)時，傳感器的敏感軸處于零位，此時的輸出信號值稱 為零偏，一般情況下，零偏總是存在的：為了消除零偏的影響，采取正反兩次測試，取其代數(shù)和，作為一個方向上的測試結果?，F(xiàn)在采取如下直角坐標系

在實際測試時，為了適應一般的習慣，根據(jù)測頭的規(guī)定，建議用戶將測頭高輪對準南或東，作為測試的正方向。

     當測頭的敏感軸與基準軸（地球的重力軸）有一個角度時，測頭中的加速度計即有一個輸出值，以下式表示：

U1﹦A﹢KGsinθ………………1-2.1

式中：A ---加速度計的偏值（零偏）

      K ---加速度計的標度因數(shù)

      G ---地球重力加速度

      θ---傾角

為了消除加速度計零偏的影響，在測試時一般都采用正反兩次測試，比如在東西方向上進行測試，可以先測試東方向上的數(shù)據(jù)，記作U1式1-2.1，再時行西方向上的測試，計作U2式1-2.2

U2﹦A﹢KGsinθ………………1-2.2

將式1-2.1減去1-2.2得到式1-2.3

U1﹣U2﹦2KGsinθ………………1-2.2

從圖2.2可以看出sinθ﹦△11/L 1-2.4

式中L……導輪輪距500mm

• 1……水平位移mm  KG=2500mv/g

θ---傾斜角

從1-2.4式可以得到

• 1﹦（U1﹣U2）L/2KG………1-2.5

對于一個測孔，在確定的方向上，各點測試位移的總和為

• 總﹦Σ△1。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1-2.6

計算示例見表1-2.1

2.2測讀儀

HM-CXZ測讀儀是存儲式測讀儀，是測斜儀的二次儀表。存儲量50個測孔、4個測試方向、每個孔深135米的信號。顯示輸出測試數(shù)據(jù)、為測頭提供電源、通過通信電纜、將測試數(shù)居傳送到計算機中，從而計算機中按程序進行數(shù)據(jù)處理。

組成有液晶顯示器，單片機、存儲器、操作控制電路、可充電電池、電源轉換器、補償電路等。

測讀儀的組成和各部分的功能詳見1.2.2節(jié)

使用方法：打開電源開關，開機后，按測試鍵，測讀儀進入工作狀態(tài)。按功能鍵，面板上的箭頭將順序指向孔號、方向或測試點號。每次進行測試前，都必須對測孔號、方向和測試點號進行選擇，這樣將要存儲的數(shù)據(jù)才能存入的位置。

• 數(shù)據(jù)處理成果表

該數(shù)據(jù)處理成果表屬數(shù)據(jù)處理的一個重要部分，列出該表的另一個目的是為用戶展示數(shù)據(jù)處理方法，供用戶對照數(shù)據(jù)處理方法。

表1-2.1數(shù)據(jù)處理成時果表

深度m 初測值 0測值 180測值  差值  變化值  位移值mm

0.5    -1276  -636   639    -1275     1       3.80

1.0    -1307  -655   656    -1311     -4      3.79

1.5    -1333  -699   672    -1341     -8      3.83

2.0    -1333  -668   672    -1340     -3      3.91

………………………………………………………………….

29.5   -341   -170   172     -342      -1    -0.12

30.0   -522   -258   259     -517       5    -0.11

30.5   -478   -241   241     -482      -4    -0.16

31.0   -491   -245   248     -493      -2    -0.12

31.5   -530   -266   270    -536       -6    -0.10

32.0   -539   -268   272    -540       -1    -0.04

32.5   -557   -278   282    -560       -3    -0.03

注：a.從測讀儀上讀取數(shù)據(jù)時，不讀小數(shù)點，只讀有效數(shù)據(jù)

b．表中的數(shù)據(jù)除了深度的單位是米，位移的單位是毫米，其它數(shù)據(jù)均為測讀儀上顯示的數(shù)據(jù)。

4. 精度分析

測斜儀的精度主要取決于測頭的測理精度、測讀儀的轉換精度、數(shù)據(jù)處理的正確性、測斜管的質量以及使用中的問題，比如：測頭導輪的晃動和轉動是否靈活等。下表列出HM系列測斜儀的與美國SINCO公司測斜儀性能的比較。

表1-3.1CX系列測斜儀與美國SINCO公司測斜儀性能的比較

第二部分 數(shù)據(jù)采集

• 儀器的準備

在進入現(xiàn)場測試之前，應當對測斜儀進行檢查，確保儀器正常工作。

方法如下：

1.1儀器檢查

1.1.1將測頭、電纜和測讀儀連接好并打開測讀儀上的開關，按測試鍵，使測斜儀正常工作。

1.1.2將測頭豎直放，沿著由4個導輪組成的平面，傾斜測頭，當測頭朝高輪方向慢慢傾斜時，測讀儀上顯示的數(shù)據(jù)為正并逐步增大，直至1.9999，在繼續(xù)增大傾角時，測讀儀顯示將超出量程，出現(xiàn)＞＞＞符號，反之，將測頭朝低輪方向慢慢傾斜時，數(shù)據(jù)為負，且當傾斜角增大時，數(shù)據(jù)也在增大，直至-1.9999后，再增大傾角時，也將超出量程，出現(xiàn)＞＞＞符號。

1.1.3將測頭放入豎進測試導管中，觀察屏幕上顯示數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，如果在幾分鐘之內，數(shù)據(jù)跳動更大，數(shù)據(jù)跳動在2-3個字范圍，就認為數(shù)據(jù)穩(wěn)定，如果數(shù)據(jù)跳動更大，需要較長時間的觀察，判斷數(shù)據(jù)不穩(wěn)定；當認為數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的，記錄屏幕上的讀數(shù)U1，將測頭從測試導管中提出，調轉1800，當數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄讀數(shù)U2。當調轉1800后，為了使點號快速回“1”可長按▼鍵。

1.1.4測量測讀儀內部電池電壓

按“切換”按鈕，屏幕上將顯示要測的電池電壓，如果電壓低于4.6V,說明電壓不足，可能要維持較長時間的測試會有問題，應考慮是否充；一般情況下，使用前一天，應當有效充電15-17個小時以上。在滿足以上情況下，就認為儀器可以進行現(xiàn)場實際測試工，在不出現(xiàn)損壞的情況下，出現(xiàn)數(shù)據(jù)的不正常，應當首先考慮與測斜儀以外的其它因數(shù)，如測斜管的質量、埋設狀況或有無異物、電纜是否扭繞等因數(shù)。

• 實際測試

2.1準備工作

連接測斜儀，將測頭、電纜和測讀儀，打開測讀儀上的開關，并進入測試狀態(tài)，以保護測頭中的傳感器，增加抗沖擊的能力。用扳手將測頭的連接器、適當擰緊，防止松動。

• 進行測試

 a測試方向的確定

根據(jù)工程情況的分析，確定要測試的方向數(shù)，一般要測試一個方向或二個方向，用東-西向，或南-北向代表一個方向測試正反兩次，目的是消除零位差。測試方向確定后，建議將高輪對準可能傾的方向既測試的正方向進行測試，此次記錄時應在方向東或方向南的指示下記錄,記錄完畢后,然后反轉180度在方向西或方向北下記錄,以便繪圖時，符合一般的坐標習慣。軟件在計算時將東和南作為A0,西和北作為A180.東西和南北只作為測孔的方向標識,測量時可以與實際方位不*.

b.位移計算方法

  巖土內部們移的計算方法分為正序和倒序，即從地面向深處計算為正序，從深處向地面計算為倒序，一般情況下，倒序計算時，需要將測管深入至不變的基礎處,如巖石處.正序時,測斜管口處的方位,需要使用經(jīng)緯儀等儀器對不同時間的確切位置進行確定，以便對測試結果時行修正。

   C 將測讀儀上的孔號、方向選好，光標處于點號處，將測頭按選定的方向，如倒序算法，慢慢放入所需深度，等數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，按存儲鍵，聽到響聲后，該點數(shù)據(jù)已存儲，點號數(shù)自動加一，此時將測頭往上提高一個標志，即0.5米，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，按存儲鍵，當聽到響聲后，第二點數(shù)據(jù)就已存儲，依此類推，直至孔口:將測頭提出，轉動180度，再放入測孔底部，如前做法，測試各點數(shù)據(jù)，此時要注意，間距與0度測試的要相同。

     d 如果需要還可以測試其它方位的數(shù)據(jù)。

     e 改換測試孔，同樣首先要選擇號、方向和點號，再進行測試。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸

當一天測試工作結束后，利用軟件，將測讀儀中存儲的數(shù)據(jù)傳送到計算機中，進行數(shù)據(jù)處理。

第三部分  數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)使用說明

• 本程序功能為50孔鉆孔測斜儀采集數(shù)據(jù)向計算機傳送?？梢詫y斜儀全部數(shù)據(jù)傳向計算機，可以選擇正向或逆向（1點號在上或1點號在下），可以數(shù)據(jù)列表查看，填入傳輸時間（或采集時間）等。
• 安裝：使用程序需要安裝：點擊“測斜儀讀取安裝”程序自動安裝在計算機中。注意本程序采用C#語言編制。使用windows系統(tǒng)需安裝微軟NetFramework框架支持。安裝前連接網(wǎng)線，程序自動下載。也可以從附件壓縮程序中安裝。Vista系統(tǒng)免框架安裝。
• 使用：點擊“測斜儀數(shù)據(jù)讀取”畫面，點擊“選項”出現(xiàn)工程信息對話框，填入工程名稱，讀取順序（正向或逆向）。點擊“串口選擇”右側三角，程序自動顯示可用COM口，注意COM口不可為空。填寫完畢點擊“確定”回到數(shù)據(jù)輸入頁面。選擇好孔號，點擊“讀取”按鈕，該孔號數(shù)據(jù)開始傳送。右側下面顯示框顯示讀取進度。傳送完畢選擇下一個孔號傳送。全部完畢，可點擊數(shù)據(jù)列表。點擊左側列表的孔號，可顯示該孔數(shù)據(jù)。
• 保存；點擊“文件”保存，.CSV文件出現(xiàn)“另存為”，可以選擇保存數(shù)據(jù)文件的地址，將數(shù)據(jù)保存，備Excel粘貼處理用。
• 有關EXCEL表格的操作祥見光盤部分

第四部分     使用后的保養(yǎng)

1  保持清潔：當每天使用測斜儀后，應當清理測斜儀上的泥沙等污物，吹干后，上潤滑油，避免生銹，一旦生銹后應當及時除銹；需要注意的是，在給輪軸上潤滑油，不要給傳輸信號的接頭針或孔上涂油 ，以免影響導電性能。

測斜儀屬于精密儀器，應當輕拿輕放，特別是測頭，測頭中的傳感器是石英撓性伺服加速度計，耐沖擊100g，在受到硬的撞擊時，就可能損壞傳感器。

運輸

在運輸過程中包括汽車、飛機、火車等，只要將測頭放入測頭盒中扣緊，一般不會造成損壞。

2  電池的保養(yǎng)

測斜儀使用的電池是鎘鎳蓄電池，使用7AH容量電池，廠家規(guī)定，壽命為500次充放電，使用時，要充放電2-3次，方可充滿電。使用大于400ma電流充電15小時以上，可以使用戶在工地連續(xù)工作6個小時以上。

當測斜儀不使用時，為了不損壞電池，應當隔半個月，進行一次充電，*不充電可能告宬電池的損 壞。

3常見故障以及修理

3.1常見故障及原因

3.2修理

一般情況下，用戶在有一定儀表修理基礎的情況下，可以根據(jù)幫障情況仔細進行修理，對于沒有修理基礎的使用者，是認真讀說明書，仔細修理不可盲目修理，以免造成更大的損壞。

• 率定

測斜儀和其它儀表一樣，需要定期檢定（率定），一般一年一次，檢定時，主要是對測頭的靈敏度、標度因數(shù)、零偏、正反性不對稱性電纜絕緣度等時行檢定和調整。

第五部分  交付與驗收

1.交付驗收

檢驗是生產(chǎn)單位，在產(chǎn)品完成裝配、調試后，由質量管理部門依據(jù)企業(yè)標準進行檢測，合格后，開據(jù)合格證，交付驗收是在檢驗的基礎上交付給用戶的一種驗收。驗收內容如下表所示：

• 隨機附件

• 測斜桿個（帶減振測頭一個）
• 電纜一根（含測頭）
• 測讀儀一個（含遙控器）
• 通訊線一根
• 軟盤一盤
• 充電線一條
• 扳手一把
• 合格證一份
• 使用說明書一份
• 背帶一個
• 緊固螺絲兩個

• 質量保證

廠家對產(chǎn)品實行一年保修，在一年之內心因質量問題造成的故障，由廠家免費維修或更換，凡因使用不當造成的故障，實行有償維修，測頭中的傳感器是石英薄片，耐沖擊100g，超過時，就可能造成損壞，因此，需要輕拿輕放。

測頭上的導輪、電池、電纜上的標記不在保修范圍。電纜在使用中避免扭轉，扭轉時除了影響測試精度外，可能造成導線斷開，也可能造成接頭中進水，造成數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。

自動測斜儀