自动测斜仪

• 概述

HM-CXZ测斜仪是专门用于岩土地基位移测量的仪器。适用于各种岩土地基横向位移的测量，如水利库坝、堤防、岩土边坡、城市建设地基基坑开挖、打桩、铁路、公路交通边坡、煤田、矿井、电力建设以及各种地下结构工程的内部水平位移的测量。测斜对于工程建设的安全施工和长期稳定性检测都是十分必要的。对于城市建设，由于深层土体位移可以反映支护结构位移和应力变化，周围建筑设施的安全状况，即能够综合反映基坑形状而日益受到重视，许多地方已经制订或正在制订有关规范，明确规定：在较大深基坑施工中必须进行深层基坑水平移的监测。

以下章节将对cx系列测斜仪系统的组成、工作原理、性能指标、数据处理、使用方法、常见故障、调整方法以及维护保养、保修等事项做较详细的介绍。

1.2HM系列测斜仪各组成部分的功能

1.2.1测头（探头）

测头是测斜仪的核心，是测量的敏感部，是测试数据的来源之处。测斜仪测试的准确度取决于测头可能的测试准确度。测斜测头中，核心部分是加速度传感器。加速度传感器也可以称为角度传感器。目前应用于测斜仪中的传感器以伺服加速度计的灵敏度和精度最高。

1.2.2测读仪

测读仪是HM系列测斜仪数据输出的二次仪表，实现测头数据的接收、显示和输出。HM智能测斜仪的测读仪面板介绍如下：

• 通讯口（USB）：通过专用电缆，将测读仪和计算机连通，借助测斜专用软件，将测读仪中存放的数据传送到计算机中，实现数据的输出。

• 充电口（8字）：通过充电线给测读仪中的可充电电池充电。

• 传感器口（七芯插座）：传感器插座是用来将测头和测读仪联接，实现传感器的信号在测读仪上显示输出。

• 纽子开关，这是测读仪的电源开关。

• 功能选择：按动此按健，可以使操纵者选择屏幕上的测试孔号、测试方向或测试点号。

• ▲、▽这两个健，用来调整测试孔号、测试方向和测试点号的具体数值。调整范围是：测试孔号为1-50；测试方向为东、西、北、南；测试点号为1-270。同时按住▲、▽两个键，可使数字快速回零。

• 复位按健是使测读仪处于对信号的测试状态。

• 调显按键用来将测读仪中已经存放的信号调出，进行显示。

• 清除按键，用来对测读仪存储器内已有的信号进行清除，按一下后，测读仪屏幕上将提示操纵者是否确实需要清除，以免误操做，当确实需要清除时，再按一下清零键，几秒钟后，将完成测读仪的清零命令。

• 存储按键，当测读仪屏幕上显示的数据，操纵者认为需要存储时，按动此键，测读仪便将此信号存储到测读仪的存储器中。

• 电池，此键完成测读仪屏幕显示信号的切换，以便显示探头信号或测读仪中的电池信号。

• 背光，此键用于外界环境光线暗淡，为方便操纵者观察到测读仪屏幕的显示，而设置的。操纵者应当明白，打开背光后，测读仪消耗电流将增加约60mA。

根据HM系列测斜仪的不同型号，测读仪分为直读式和存储式。直读式是指测试的数据由测试者通过测读仪的显示屏直接人工读取数据，并进行人工处理。存储式是指现场测试的数据，通过测读仪上的按键将数据存储在测读仪的存储器中，不需要人工读数 ，存储的数据通过电缆送入计算机中，由测斜仪专用软件进行数据的处理，包括各种数据表格和有关的曲线。测读仪使用可充电电池供电，此蓄电池同时也为测头供电。

1.2.3传输电缆

传输电缆是把测头与测读仪连接起来的传输线。由于电缆上有长度标记，因此，既可以将测读仪中的电源传输到测头中的传感器上。测头的信号传输到测读仪中，也可以从电缆的标志上读出测孔的深度。

1.2.4充电器

充电器用来给测读仪中的蓄电池充电，以保证测斜仪每天至少可以有6个小时的连续工作时间。为了第二天的使用，需要重新充电。目前使用的国产电池，一般允许充电500次。

1.2.5通讯电缆

通讯电缆是在数据处理时，将测读仪与计算机相连接，在专用软件的支持下，实现将测读仪中存储的数据传输到计算机中，从而进行数据的处理。

1.2.6计算机（用户自备）

计算机用来进行数据的接收、处理。可以对数据进行修改，可以进行单个数据进行修改，也可以对整列数据通增加一个常数，也可以对整列通乘一个常数。数据处理后，可以得到原始数据、处理结果表、深度-位移曲线、位移速度-时间曲线。

1.2.7测斜管（用户自购）

测斜管用来将测头按一定的方向导入被测岩土体的预测深度处，两段测斜管的连接处应对准导槽，使测头的导入平稳自然。测斜管的质量直接影响到测试的精度。目前国内的测斜管有两种：塑料管和铝合金管，铝合金管质量好，导槽规矩，扭曲相对小，同样的测斜仪，工地实际测试精度高，但价格要相对地贵，塑料管与铝合金管相比，恰好相反。

1.3性能指标

1.3.1测头

  a. 传感器灵敏度：0.02 mm/8〃

  b. 标度因数 ：2.5±0.01v/g

  c. 导轮间距：500 mm

  d. 测头尺寸：Φ32 mm×660 mm

1.3.2测读仪

a. 数据显示 4 1/2位液晶显示数据

b. 内部电源：1.2v×4可充电电池；容量7Ah

c.充电电源：交流220v，50Hz输出直流7伏

d.测读仪尺寸：680 mm×109 mm×250 mm

1.3.3工作时间

当给蓄电池充满电之后（注意：对于新电池，S次使用时，应反复放电二、三次，才能使蓄电池充满），可以使测斜仪连续工作6小时以上。

1.3.4测量范围

测斜仪测量范围：±50度。

1.3.5综合误差

每25米深度的测量误差不超过±4 mm。

1.3.6绝缘度：电缆各芯线之间和各芯线与外壳之间的绝缘度应不低于50ΜΩ,否责会出出信号不稳定。

1.3.7工作温度：﹣10℃至50℃。

耐水压：7.845*105pa至9.806*105pa（相当水深80m至100m的压力）

• 工作原理及简要说明

2.1测头

测头是测斜仪的核心，是测试信号的来源处，测头中采用石英挠性伺服加速度计作为传感器，当测头处于竖直状态时，传感器的敏感轴处于零位，此时的输出信号值称为零偏，一般情况下，零偏总是存在的：为了消除零偏的影响，采取正反两次测试，取其代数和，作为一个方向上的测试结果。现在采取如下直角坐标系

在实际测试时，为了适应一般的习惯，根据测头的规定，建议用户将测头高轮对准南或东，作为测试的正方向。

当测头的敏感轴与基准轴（地球的重力轴）有一个角度时，测头中的加速度计即有一个输出值，以下式表示：

U1﹦A﹢KGsinθ………………1-2.1

式中：A ---加速度计的偏值（零偏）

     K ---加速度计的标度因数

     G ---地球重力加速度

θ---倾角

为了消除加速度计零偏的影响，在测试时一般都采用正反两次测试，比如在东西方向上进行测试，可以先测试东方向上的数据，记作U1式1-2.1，再时行西方向上的测试，计作U2式1-2.2

U2﹦A﹢KGsinθ………………1-2.2

将式1-2.1减去1-2.2得到式1-2.3

U1﹣U2﹦2KGsinθ………………1-2.2

从图2.2可以看出sinθ﹦△11/L 1-2.4

式中L……导轮轮距500mm

• 1……水平位移mm  KG=2500mv/g

θ---倾斜角

从1-2.4式可以得到

• 1﹦（U1﹣U2）L/2KG………1-2.5

对于一个测孔，在确定的方向上，各点测试位移的总和为

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

计算示例见表1-2.1

2.2测读仪

HM-CXZ测读仪是存储式测读仪，是测斜仪的二次仪表。存储量50个测孔、4个测试方向、每个孔深135米的信号。显示输出测试数据、为测头提供电源、通过通信电缆、将测试数居传送到计算机中，从而计算机中按程序进行数据处理。

组成有液晶显示器，单片机、存储器、操作控制电路、可充电电池、电源转换器、补偿电路等。

测读仪的组成和各部分的功能详见1.2.2节

使用方法：打开电源开关，开机后，按测试键，测读仪进入工作状态。按功能键，面板上的箭头将顺序指向孔号、方向或测试点号。每次进行测试前，都必须对测孔号、方向和测试点号进行选择，这样将要存储的数据才能存入指定的位置。

• 数据处理成果表

该数据处理成果表属数据处理的一个重要部分，列出该表的另一个目的是为用户展示数据处理方法，供用户对照数据处理方法。

表1-2.1数据处理成时果表

深度m 初测值 0测值 180测值  差值  变化值  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.从测读仪上读取数据时，不读小数点，只读有效数据

b．表中的数据除了深度的单位是米，位移的单位是毫米，其它数据均为测读仪上显示的数据。

4. 精度分析

测斜仪的精度主要取决于测头的测理精度、测读仪的转换精度、数据处理的正确性、测斜管的质量以及使用中的问题，比如：测头导轮的晃动和转动是否灵活等。下表列出HM系列测斜仪的与美国SINCO公司测斜仪性能的比较。

表1-3.1CX系列测斜仪与美国SINCO公司测斜仪性能的比较

第二部分 数据采集

• 仪器的准备

在进入现场测试之前，应当对测斜仪进行检查，确保仪器正常工作。

方法如下：

1.1仪器检查

1.1.1将测头、电缆和测读仪连接好并打开测读仪上的开关，按测试键，使测斜仪正常工作。

1.1.2将测头竖直放，沿着由4个导轮组成的平面，倾斜测头，当测头朝高轮方向慢慢倾斜时，测读仪上显示的数据为正并逐步增大，直至1.9999，在继续增大倾角时，测读仪显示将超出量程，出现＞＞＞符号，反之，将测头朝低轮方向慢慢倾斜时，数据为负，且当倾斜角增大时，数据也在增大，直至-1.9999后，再增大倾角时，也将超出量程，出现＞＞＞符号。

1.1.3将测头放入竖进测试导管中，观察屏幕上显示数据的稳定性，如果在几分钟之内，数据跳动更大，数据跳动在2-3个字范围，就认为数据稳定，如果数据跳动更大，需要较长时间的观察，判断数据不稳定；当认为数据是稳定的，记录屏幕上的读数U1，将测头从测试导管中提出，调转1800，当数据稳定后，记录读数U2。当调转1800后，为了使点号快速回“1”可长按▼键。

1.1.4测量测读仪内部电池电压

按“切换”按钮，屏幕上将显示要测的电池电压，如果电压低于4.6V,说明电压不足，可能要维持较长时间的测试会有问题，应考虑是否充；一般情况下，使用前一天，应当有效充电15-17个小时以上。在满足以上情况下，就认为仪器可以进行现场实际测试工，在不出现损坏的情况下，出现数据的不正常，应当首先考虑与测斜仪以外的其它因数，如测斜管的质量、埋设状况或有无异物、电缆是否扭绕等因数。

• 实际测试

2.1准备工作

连接测斜仪，将测头、电缆和测读仪，打开测读仪上的开关，并进入测试状态，以保护测头中的传感器，增加抗冲击的能力。用扳手将测头的连接器、适当拧紧，防止松动。

• 进行测试

a测试方向的确定

根据工程情况的分析，确定要测试的方向数，一般要测试一个方向或二个方向，用东-西向，或南-北向代表一个方向测试正反两次，目的是消除零位差。测试方向确定后，建议将高轮对准可能倾的方向既测试的正方向进行测试，此次记录时应在方向东或方向南的指示下记录,记录完毕后,然后反转180度在方向西或方向北下记录,以便绘图时，符合一般的坐标习惯。软件在计算时将东和南作为A0,西和北作为A180.东西和南北只作为测孔的方向标识,测量时可以与实际方位不一致.

b.位移计算方法

岩土内部们移的计算方法分为正序和倒序，即从地面向深处计算为正序，从深处向地面计算为倒序，一般情况下，倒序计算时，需要将测管深入至不变的基础处,如岩石处.正序时,测斜管口处的方位,需要使用经纬仪等仪器对不同时间的确切位置进行确定，以便对测试结果时行修正。

  C 将测读仪上的孔号、方向选好，光标处于点号处，将测头按选定的方向，如倒序算法，慢慢放入所需深度，等数据稳定后，按存储键，听到响声后，该点数据已存储，点号数自动加一，此时将测头往上提高一个标志，即0.5米，待数据稳定后，按存储键，当听到响声后，第二点数据就已存储，依此类推，直至孔口:将测头提出，转动180度，再放入测孔底部，如前做法，测试各点数据，此时要注意，间距与0度测试的要相同。

    d 如果需要还可以测试其它方位的数据。

    e 改换测试孔，同样首先要选择号、方向和点号，再进行测试。

2.2 数据传输

当一天测试工作结束后，利用专用软件，将测读仪中存储的数据传送到计算机中，进行数据处理。

第三部分  数据处理系统使用说明

• 本程序功能为50孔钻孔测斜仪采集数据向计算机传送。可以将测斜仪全部数据传向计算机，可以选择正向或逆向（1点号在上或1点号在下），可以数据列表查看，填入传输时间（或采集时间）等。

• 安装：S次使用程序需要安装：点击“测斜仪读取安装”程序自动安装在计算机中。注意本程序采用C#语言编制。使用windows系统需安装微软NetFramework框架支持。安装前连接网线，程序自动下载。也可以从附件压缩程序中安装。Vista系统免框架安装。

• 使用：点击“测斜仪数据读取”画面，点击“选项”出现工程信息对话框，填入工程名称，读取顺序（正向或逆向）。点击“串口选择”右侧三角，程序自动显示可用COM口，注意COM口不可为空。填写完毕点击“确定”回到数据输入页面。选择好孔号，点击“读取”按钮，该孔号数据开始传送。右侧下面显示框显示读取进度。传送完毕选择下一个孔号传送。全部完毕，可点击数据列表。点击左侧列表的孔号，可显示该孔数据。

• 保存；点击“文件”保存，.CSV文件出现“另存为”，可以选择保存数据文件的地址，将数据保存，备Excel粘贴处理用。

• 有关EXCEL表格的操作祥见光盘部分

第四部分     使用后的保养

1  保持清洁：当每天使用测斜仪后，应当清理测斜仪上的泥沙等污物，吹干后，上润滑油，避免生锈，一旦生锈后应当及时除锈；需要注意的是，在给轮轴上润滑油，不要给传输信号的接头针或孔上涂油 ，以免影响导电性能。

测斜仪属于精密仪器，应当轻拿轻放，特别是测头，测头中的传感器是石英挠性伺服加速度计，耐冲击100g，在受到硬的撞击时，就可能损坏传感器。

运输

在运输过程中包括汽车、飞机、火车等，只要将测头放入测头盒中扣紧，一般不会造成损坏。

2  电池的保养

测斜仪使用的电池是镉镍蓄电池，使用7AH容量电池，厂家规定，寿命为500次充放电，S次使用时，要充放电2-3次，方可充满电。使用大于400ma电流充电15小时以上，可以使用户在工地连续工作6个小时以上。

当测斜仪不使用时，为了不损坏电池，应当隔半个月，进行一次充电，长期不充电可能告宬电池的损 坏。

3常见故障以及修理

3.1常见故障及原因

3.2修理

一般情况下，用户在有一定仪表修理基础的情况下，可以根据帮障情况仔细进行修理，对于没有修理基础的使用者，**是认真读说明书，仔细修理不可盲目修理，以免造成更大的损坏。

• 率定

测斜仪和其它仪表一样，需要定期检定（率定），一般一年一次，检定时，主要是对测头的灵敏度、标度因数、零偏、正反性不对称性电缆绝缘度等时行检定和调整。

第五部分  交付与验收

1.交付验收

检验是生产单位，在产品完成装配、调试后，由质量管理部门依据企业标准进行检测，合格后，开据合格证，交付验收是在检验的基础上交付给用户的一种验收。验收内容如下表所示：

• 随机附件

• 测斜杆个（带减振测头一个）

• 电缆一根（含测头）

• 测读仪一个（含遥控器）

• 通讯线一根

• 专用软盘一盘

• 充电线一条

• 扳手一把

• 合格证一份

• 使用说明书一份

• 背带一个

• 紧固螺丝两个

• 质量保证

厂家对产品实行一年保修，在一年之内心因质量问题造成的故障，由厂家免费维修或更换，凡因使用不当造成的故障，实行有偿维修，测头中的传感器是石英薄片，耐冲击100g，超过时，就可能造成损坏，因此，需要轻拿轻放。

测头上的导轮、电池、电缆上的标记不在保修范围。电缆在使用中避免扭转，扭转时除了影响测试精度外，可能造成导线断开，也可能造成接头中进水，造成数据不稳定。