华桓固定式测斜仪HD-CX015

固定式测斜系统原理及产品介绍

一、   固定式测斜系统简介

固定式测斜系统广泛应用于预防地质滑坡、建筑工程施工监测、大坝等场景， 用以监测地表下方的深层水平位移。测斜管竖直安装到地下，地层运动导致测斜 管的位移和变形。固定式测斜仪系统用在测斜管中进行测量。测量通过滑动 式测斜仪确定初始管形曲线，后续安装固定式测斜仪在人为设定的时间间隔内自 动采集数据，获取累计变化来确定管形的变化情况。通过对管形变化数据的分析，

可以确定土层移动的大小，速率和深度。

二、   固定式测斜系统原理简介

固定式测斜系统原理基于传统的滑动式测斜传感系统，将一连串测斜传感器 按总线并联的形式连接，形成传感器阵列；将传感器阵列部署到测斜管内，传感 器单元之间的间距按照不同项目实际需求确定；部署完成后，即可以由程序控制， 不间断采集和发送每个测斜传感器的倾角数据，并计算出实际的倾斜位移，进而

得到测斜管的管形，以及相应的累计位移量。

1. 系统结构说明

固定式测斜系统结构原理图如下图所示。

 测斜仪本体由测斜传感器与杆身组成，相邻测斜传感器间距为 L，测斜传感

器本体则连接到碳钎维上承重。

每根测斜仪的数据电缆串联到总线上，起到供电和数据传输的功能。串联的

方式可以确保每根测斜传感器立运行，避免过多电缆影响到传感器的倾斜变化。

测斜仪本体上有一组导轮，导轮完全贴紧测斜管导轮槽，确保位移能够被准

确传递到测斜传感器。

若干测斜仪连接后形成传感器阵列，部署于测斜管内。由固定式测斜系统数 据采集控制器根据设定的时间间隔采集传感器数据，并通过 4G 模块将采集到的

数据上传到华桓自主研发的监测云平台上进行展示和数据分析。

每根测斜管管口配置电源、信号隔离器，保障每套设备立运行及稳定电源

供电。隔离器内部配置防雷模块，保障孔内设备的安全运行。

2. 数据处理原理说明

固定式测斜系统数据处理的逻辑为：利用每个深度节点处传感器测得的角度

θij(o) ，通过一系列计算，得出 j 次测量与 k 次测量实际管形变化量pcj(k)。

测斜传感器为一角度传感器，能够感知并反馈传感器相对于杆身竖直方向的 角度（在两组导轮的平面内）。此外由于传感器安装时无法避免的小角偏移，以

及传感器本身的零位误差，测斜传感器输出的角度为实际偏角与零点偏移量之和。

因此，在 i 个深度节点处 j 次测量的测斜传感器测得的角度θij(o)为：

θij(o) = θij(a) + Δij             (1) 

其中θij(a)为实际偏角，∆ij为传感器零点偏移量。因而，在 i 个深度节点处

 j 次测量测得的单点水平位移为：

Lsinθij(o) = Lsinθij(a) + ∆ij〕≈ Lsinθij(a) + Lsin∆ij               (2)

其中 L 为相邻传感器之间的距离。因而 i 个深度节点处 j 次测量测得的

管形（累计水平位移）Aij(o) ，以及 i 个深度节点处 j 次测量实际管形Aij(a)（累

计水平位移）为：

Aij(o)  = 

Aij(a)  = 

其中 n 为测斜管底部深度节点的总数。则：

Aij(o)  = Aij(a)  

因此 j 次测量与 k 次测量相比实际管形变化量pcj(k)为：

pcj(k)  = Aij(a)  − Aik(a)  = (Aij(o)  −

即：

pcj(k)  = Aij(o)  − Aik(o)  

根据英国 Geosense 公司长期对 MEMS 测斜传感器的测定，传感器的长期稳定 性不超过 0.003 ° , 对应 1 米深度水平位移偏移量不超过 0.05 毫米。因此可以

认为在相当长的一段时间内，传感器的零点偏移量为一常数，即：

∆ij  = ∆ik               (8)

因而(7)式可以变为：

pcj(k)  = Aij(o)  − Aik(o)               (9)

(9)   式表明，在 i 个深度节点处 j 次测量与 k 次测量相比实际累

计水平位移变化量pcj(k)，可以用这两次测斜传感器实际测得管形Aij(o)和Aik(o)之差来求得。实际测得的管形Aijo和Aiko则可用式(3)计算得出。

三、   华桓固定式测斜系统产品亮点

1. 数据测量精度：提供，低精度不同传感器选择，根据不同测量场

景对精度不同的需求，进行灵活配置，系统级定制化服务。

2. 杆身设计轻便：具有自主知识产权的杆身设计，减轻了杆身重量， 便于运输和安装；同时杆身坚固，适应恶劣的工程现场测量环境，

确保测斜系统的综合测量精度；

3. 现场部署简易：现场部署轻便简易，不需设备；

4. 连接方式优化：采用总线连接方式，每根测斜管设备只需一根电缆；

5. 设备多用途：传感器可用于测斜、断面收敛测量及结构倾斜测量（传感

器可拆卸下来作为倾角计使用）

6. 软件平台支持：提供数据平台接入服务，随时调取数据，做到真正实时

监测；

四、   固定式测斜系统主要部件

固定式测斜系统连接安装形态如下图所示：

1.   固定式测斜仪本体固定式测斜仪本体包含一组滑轮，万向节，延长杆，及传感器。测斜仪杆身材料为 碳纤维。采用 MEMS 传感器，高分辨率可达 0.01mm。

2. 延长杆

延长杆单位深度设置卡口，用于定位测斜仪的深度；材料为碳纤维，用以承

受测斜系统重量。

3. 数据连接电缆

向测斜仪供电以及向控制器传输数据。

4. 防水连接插头/插座

适用于施工现场复杂环境的防水插头插座。

5. 管帽  

不锈钢制，置于管口以承受所有固定式测斜的杆身的装置。

6. 隔离电源

安装于管口位置，为测斜系统提供电源、信号隔离及防雷作用。

7. 测斜系统数据采集模块

通过数据连接电缆，采集测斜仪实时数据。

8. 无线数据发送模块

通过无线数据模块，将采集的数据以无线方式发送至数据平台。

9. 系统电源

为整个固定式测斜系统提供稳定电源（太阳能供电、市电皆可）。

10.  系统集线箱

收纳放置系统数据采集模块、无线数据发送模块和系统电源的箱子。

五、   工程现场测试

针对产品测量精度和稳定性，华桓固定式测斜系统产品选取了多个基坑开挖

工地作为固定式测斜系统现场测试基地。

深层位移监测（完整实施）

某站施工过程中一侧深层位移进行实时监测。测斜孔孔深 30 米，实际连接 固定式测斜仪 30 台，1 米 1 台，9 月 24 日起至 9 月 29 日，管形变化数据如图 1

所示

六、   产品规格