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基于电容测长的地下变形三维测量方法研究

基于电容测长的地下变形三维测量方法研究

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作者：李志文中国计量大学

学位级别：硕士

地质灾害监测是防范地质灾害发生的重要组成部分,地下位移监测技术是地质灾害监测的重要手段。现有的地下位移监测技术存在着精度低、安装困难、成本高等问题,笔者提出的基于电容测长的地下变形三维测量技术,实现对地下位移大小和方向... 详细信息

地质灾害监测是防范地质灾害发生的重要组成部分,地下位移监测技术是地质灾害监测的重要手段。现有的地下位移监测技术存在着精度低、安装困难、成本高等问题,笔者提出的基于电容测长的地下变形三维测量技术,实现对地下位移大小和方向的测量,能够实时对地下变形进行远程监测。本文主要内容有:1.研究现有的地下位移监测技术,对各种技术方法进行对比分析,总结各个方法的优点与不足,并提出了基于电容测长的地下变形三维测量方法的研究。2.阐述了地下变形三维测量传感器系统整体结构设计及其测量原理,研究互感原理、倾斜角和倾斜方位的测量方法、抽动式变电容器测距等技术。3.对传感器系统需要实现的各个测量模块进行器件选型,结合实际情况设计整体的硬件电路,并进行电路的调试。4.介绍实验操作平台。编写相对应的下位机及上位机程序,实现上位机软件对位移台的自动控制以及对实验数据的采集和存储。5.设计抽动式变电容的电容器结构,并安装于传感器单元内,实验标定电容器芯抽出长度和电压的拟合曲线。采用集成芯片传感器进行传感器单元的倾斜角和倾斜方位的测量。进行不同倾斜角度下的互感电压位移标定实验。6.将不同倾斜角度下的互感电压位移标定实验采集的数据建立数学模型,实验对比测得的传感器单元间的位移值与真实位移值,计算并分析实验误差。实验测得的传感器单元水平位移和垂直位移总体误差在-2mm～2mm之内。本文设计的地下变形三维测量传感器可实现传感器单元间水平与竖直位移大小的测量,传感器单元间倾斜角和倾斜方位的测量,实现真正的三维测量,适用于多种地质环境中。较其他地下变形监测方法测量范围广、精度较高、能更全面的反映地下岩土体变形情况,为后续的地下变形监测技术进一步研究奠定了基础。

关键词：地下变形测量互感原理芯抽动式电容器传感器 STM32

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基于芯抽动式变电感器的地下变形三维测量的研究

基于芯抽动式变电感器的地下变形三维测量的研究

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作者：程一峰中国计量大学

学位级别：硕士

地下变形监测作为地质灾害监测的重要手段发挥着重要的作用,而地下变形发生时岩土体必定产生相应的位移,本文针对现有的地下变形监测技术存在的操作复杂、安装困难、易损坏等问题,提出了基于芯抽动式变电感器的地下变形三维测量技术,针... 详细信息

地下变形监测作为地质灾害监测的重要手段发挥着重要的作用,而地下变形发生时岩土体必定产生相应的位移,本文针对现有的地下变形监测技术存在的操作复杂、安装困难、易损坏等问题,提出了基于芯抽动式变电感器的地下变形三维测量技术,针对地下岩土体位移量与位移方向进行监测,以下为本文具体工作内容:1.分析现有的地下变形监测技术的优点与局限性,并将多种技术手段中可借鉴之处用于地下变形监测传感器的设计。2.研究互感原理、可变电感器、倾斜测量、地磁测量等技术,对传感器结构进行了设计。3.根据传感器测量需求对器件进行选型,设计并制作传感器硬件电路,并调试电路功能。4.搭建实验平台,编写了传感器下位机主程序与上位机软件,实现了对实验平台的控制与实验数据的采集与存储。5.设计并制作相应结构将电感线在传感器单元中进行安装,通过实验标定电感线内芯抽出长度与测量电压的关系。利用倾斜测量传感器与磁力计实现了传感器单元倾斜角与倾斜方位的测量。设计并进行位移标定实验采集互感电压数据与相应的位移数据。6.利用位移标定实验得到的数据建立数学模型,通过实验测量传感器单元间的相对位移值并与实际位移值对比,实验得到传感器水平位移与竖直位移测量总体误差在-3mm3mm之间,在绝大多数位置水平位移与竖直位移测量值误差在-2mm2mm之间。笔者所设计的传感器可应用于多种地质环境中,传感器单元可随岩土共同运动,同时可实现传感器单元间竖直与水平位移的测量,可实现三维测量,对地下变形具有一定的监测效果,较其他地下变形监测手段而言能更全面地反映地下岩土体位移情况,为后续地下位移监测的相关研究奠定了基础。

关键词：地下变形测量互感原理芯抽动式电感器传感器 STM32

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