测斜仪是一种广泛应用于岩土工程领域的精密测量仪器,主要用于监测地下岩土深层水平位移、桥梁挠度以及不稳定边坡潜在滑动面的移动等。随着技术的不断进步,测斜仪的种类日益丰富,其工作原理也各具特色。以下将对测斜仪的种类及工作原理进行详细阐述。
测斜仪的种类
测斜仪按照不同的分类标准可以分为多种类型,主要包括以下几种:
按传感元件分类:
电阻式测斜仪:利用电阻应变片感受测斜管随结构物变形的曲率变化,从而计算出水平位移。这种测斜仪具有结构简单、成本较低的优点,但精度可能受到电阻应变片性能和环境因素的影响。
振弦式测斜仪:通过振弦传感器测量结构物的倾斜角度,进而计算出水平位移。振弦式测斜仪具有较高的精度和稳定性,适用于长期监测。
加速度计式测斜仪:利用加速度计测量重力加速度在不同轴向上的分量,通过计算得出测斜仪的倾斜角度和水平位移。这种测斜仪具有高精度、高灵敏度的特点,但成本相对较高。
按测量方式和结构设计分类:
固定式测斜仪:通过钢丝绳将多个测斜杆吊装到测斜井内的不同深度位置,从而同时测量多个深度的位移数据。固定式测斜仪解决了人工提放的问题,但线缆数量有限,且不能测出整段连续的位移数据。
阵列式位移计:内置MEMS微机电加速度测量单元系统,可同时测量每个深度XYZ三轴的位移数据。具有自动化程度高、测量精度高的优点,但成本较高,且需要根据测斜井深度定制长度。
节段式位移计:采用单节段自由拼接总长度的连接方式设计,解决了滑动式测斜仪不能自动化监测、固定式测斜仪数据不连续等问题。具有方便搬运、维护方便、可重复使用的优点。
按其他分类标准:
全站仪型测斜仪:利用电子测量技术测量目标的水平角和垂直角,并根据坐标计算出目标的距离。全站仪型测斜仪具有高精度和实时测量的优点,但成本较高。
磁粉型测斜仪:通过磁粉传感器测量钻孔的水平倾斜。这种测斜仪不受孔内气压的影响,适用于特定环境条件下的测量。
微压式测斜仪:利用压力传感器监测钻孔内压力变化,通过数据处理和分析得出位移数据。适用于需要实时监测钻孔变形情况的场合。
测斜仪的工作原理
测斜仪的工作原理主要基于重力和浮力的平衡原理或电子传感器技术。不同类型的测斜仪在具体实现上有所差异,但基本思想相似。
基于重力和浮力平衡的测斜仪:
这类测斜仪内部通常包含一个气泡管和一个底座。当测斜仪被倾斜时,气泡会向离开中心位置的方向移动,从而改变气泡所受到的浮力和重力。当气泡移动到平衡位置时,浮力和重力相等,此时仪器会指示出物体的倾斜角度。这种原理的测斜仪具有结构简单、成本低的优点,但精度可能受到气泡管液体性能和环境因素的影响。
基于电子传感器技术的测斜仪:
这类测斜仪利用电阻应变片、振弦传感器或加速度计等电子传感器来测量结构物的倾斜角度或重力加速度分量。通过精确测量这些物理量并经过计算处理,可以得出结构物的水平位移数据。这类测斜仪具有高精度、高灵敏度和自动化程度高的优点,但成本相对较高。