位移测量范文
时间：2023-02-21 15:46:34
位移测量范文第1篇
关键词:数字位移传感器;机电控制;SPP转RS 232接口;位移测量
中图分类号:TP29文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)05-095-03
Displacement Measurement System Based on Digital Displacement Sensor
LI Xuebao,XU Jun,SONG Tengfei,HUANG Shanjie
(Yunnan Observatory,National Astronomical Observatories,Chinese Academy of Sciences,Kunming,650011,China)
Abstract:The digital displacement sensor of the displacement measurement system has the merit of high accuracy,excellent resolution and better stability,and the SPP to RS 232 interface circuit of the system can solve the problem of short distance between the host computer and position feedback.In order to obtain the clear solar spectrum,the terminal of Infrared Solar Telescope with the aperture of 1m in Yunnan Province (YNST) can apply this displacement measurement system.The overall structure of the system and working principle of the digital displacement sensor are presented.The hardware design of SPP to RS 232 interface circuit and the software design of the system are introduced.In the end,the displacement test has been carried on.It is proved that results of the test reach the precision and respond time of the primary mirror of YNST which has been focused.
Keywords:digital displacement sensor;mechanical-electrical control;SPP to RS 232 interface;displacement measurement
0 引 言
在许多计算机应用系统中,并行接口和RS 232串行通用接口是使用最为普遍的两种标准接口。标准并行接口采用8位数据的并行正向传输,其特点是传输速度快、传输距离短。而RS 232串行接口常用于数据终端设备和数据通信设备之间的连接,其特点是传输速度相对较慢,但传送距离较远[1]。
云台一米红外太阳望远镜(以下简称YNST)的主镜调焦将采用基于数字位移传感器的位移测量系统,在所提出来的科学目标中,要求主镜调焦中M3镜调焦范围为0～20 mm,并且位移测量值实时地显示在数显表或控制软件上,传输速率要求不高,但传输距离要在10～15 m。而系统选择的高精度数字位移传感器只提供标准并行接口(Standard Parallel Port,SPP),它与上位机连接的SPP数据传输线较短,为此在保证系统反馈环节数据传输速率达到系统要求的前提条件下,在上位机与数字位移传感器之间接入SPP转RS 232接口电路,解决传输距离短的问题。
1 系统的结构及位移传感器工作原理
1.1 系统结构
系统的整体结构如图1所示,系统主要由上位机、运动控制环节和位移反馈环节组成[2]。上位机为至少含有两个COM口的工业控制计算机。运动控制环节主要由运动控制器、驱动器、混合式步进电机和水平机械运动装置组成;位移反馈环节主要由带数显表的数字位移传感器和SPP转RS 232接口电路组成。数字位移传感器型号为5CB-10C,位移测量范围为0～20 mm,数显表读数范围为0～19.999 mm,分辨率为1 μm,线性度达到满量程的0.05%,即精度达到10 μm。
图1 位移测量系统整体结构图
1.2 数字位移传感器工作原理
数字位移传感器由差动变压器(LVDT)和电测仪器组成。LVDT是把被测位移量变换成电信号的传感器,它具有结构简单使用方便、使用寿命长等特点,可直接用于测量物体间的相对变位,物体的长度变化。它不但可测静态位移也可测量动态位移,电测仪器由电子测量线路和数字面板表、A/D转换板组成。A/D转换板有单端16路模拟量输入,A/D转换位数为14位,转换速度达到10 μs。LVDT最基本的结构是由在圆柱形骨架上绕有螺旋形的原边和两个付边绕组所组成的线圈及一可动铁芯构成,其原理如图2所示。
图2 差动变压器工作原理
当原边供给一振荡电压时,由于电磁感应,两付边就分别产生感应电压V1和V2。若铁芯正处线圈的中心位置时,两付边对原边的互感量正好相等,同时两付边的交流电压分别经检测电路检波后,把所得两直流电压取其差值,则输出差动直流电压V为零。当铁芯往上位移时,上边的付边与原边的互感量增大,而下边的减小,即出现V1>V2,则差动直流输出电压V>0,反之亦然。LVDT两付边的感应电压V1,V2和差动直流输出电压V与铁芯在线圈中的位置的定性关系见图3,可见差动直流电压V与铁芯位移的大小在某一范围内是呈线性关系的。测量时把LVDT壳体夹固在参照物上,把和铁芯连接的测杆紧固在被测点上,当被测对象位移时就带动铁芯相对于线圈移动,从而线性地改变LVDT的输出电压。这样通过电测仪器测量LVDT输出电压的大小,即可测量出被测对象的位移量[3]。
图3 铁芯位移与V的定性关系
2 数据采集接口硬件和软件的实现
位移测量范文第2篇
【关键词】家具 力学检测 位移 精确测量
现阶段，家具力学检测中位移的精确测量项目主要应用的测量原理有光栅式位移传感器、三角法测试技术、磁栅式位移传感器等三种，但是，在实际的使用中，却由于使用不当而产生一定的测量误差，因此，本文主要对这三种测量原理进行分析，并通过两个试验项目来对位移可信度低的问题进行分析。
1 家具力学检测中位移可信度低的问题分析
在进行家具力学检测中，主要面对的是板式家具、实木家具等木材家具，在实际的检测中发现位移可信度存在过低的问题，造成这方面的原因有很多，下面主要以家具力学检测中位移可信度低的问题进行试验分析，具体如下。
1.1 对抽屉结构强度的试验
在木材家具中，抽屉是家具的重要结构之一，对抽屉结构强度的试验，主要是按照规定的力度在推拉构件的面板以及后板的内侧中部大约距离推拉构建20mm高的位置，按照规范要求缓慢的增加推拉力度[1]。按照这个流程对其进行20次试验，在第1次和第20次加载时，要根据相应的要求分别对面板以及后板的水平位移进行测量。本次试验中主要引用的条款为：GB/T 10357.5-2011 的7.5.5条款，ISO 7170-2005 的 7.5.5 条款。
对本次试验位移可信度低的分析，主要引用GB/T 10357.3-2013、ISO7170-2005的力值范围：40～70N，重复次数为20次[2]。本次试验中家具主要应用的材料为中纤板，常用的四种厚度中纤板如下，同时，在本次的试验中，如果高度上受力均匀并且忽略高度为20mm加力影响的话，那么，针对本次试验中使用四种厚度中纤板20次求的平均值如下（如表1所示），本次弹性模量的依据主要根据GB/T 17657-1999中的4.9条款对其进行测量的，并且也测得在70N下的应变量值，根据公式推算家具检测如下。
如果是采用70N对其冲击一次的话，那么位移变化量大概为0.003mm左右，如果再对其冲击20次的话，那么位移将会扩大至20倍左右，当然，如果等材料恢复性能之后实际达不到20倍，但从这个试验数据中可以清楚的看出抽屉结构精确测量中存在着误差。
1.2 水平静载荷对精确测量误差的试验
水平静载荷试验方法如下：首先，要利用挡块将腿1和腿2进行固定，然后再向桌面上加载相应的平衡载荷。其次，根据相应的标准规定施加力，主要将其作用在桌面中心线一侧的点位上，并对其进行水平加力20次，而且要保证每次加力不能少于10秒[3]。在整个试验的过程中，要对第一次以及最后一次的加载和卸载位移值分别对其进行测量，这是对桌面上一个点位的位移测量，再利用同样的方法，分别取三个点，并对这个三个点进行同样的位移测量方式。其中主要引用的条款为：GB/T 10357.1-2013的5.1.2条款、ISO/DIS8019-1986。
通过以上的试验对家具力学检测中位移的精确测量误差进行分析，试验中主要采用的验证方法为：GB/T 10357.1-2013，并且力值范围为175-900 N，重复加载20次。在整个试验的过程中，虽然主材为木材家具，但是，由于木材质量以及性能上的差别，也使得在实际的测量过程中可能出现0-20mm的误差。在正常的试验中主要采用游标卡尺对其位移进行测量，但是，在实际的试验测量中发现，一旦撤去力之后，覆面板与连接件之间会存在惯性的作用，从而导致位移会随着时间的推移变小，因此，要确保位移测量精度的准确性，必须对位移进行瞬时测量，然而，游标卡尺在测量的过程中，是有一个较长时间的过程，从而导致对位移测量很难进行重复定位，致使位移测量出现误差。
2 家具力学检测中位移测量的原理
2.1 利用光栅式位移传感器实施测量
光栅式位移传感器在家具力学检测中的应用，主要是通过光学原理来实现对位移的精确测量。在测量的过程中，首先要将信号作为一种数字脉冲的形式进行检测输出，然后再根据信息反馈装置接受数字脉冲的信号，从而对目标进行测量[4]。众所周知，光的速度极快，那么光栅式位移传感器利用光学原理也具有速度快的优势，另外，光栅式位移传感器的应用还具有精度高、检测范围大的特点，是当今家具力学检测中位移精确测量的重要方式之一。
2.2 三角法测试技术
三角法测试技术是家具力学检测中位移测量的重要技术之一，三角法测试技术主要是运用激光的方式来实施测量的，是激光测试技术中的一种，相对来说三角法测试技术的应用较为广泛[5]。三角法测试技术运用的最大优势就是能够实现非接触的测量，相比于传统的人为精确测量方法来说，三角法测试技术的应用精确度要高很多，而且，该种位移检测技术也是当今应用极为广泛的一种测量技术。随着社会经济的不断发展，激光测量技术的发展也极为迅速，激光器、光电扫描技术、阵列型光电探测器则是利用激光测量技术的原理而研制的高新测量技术，相比于传统的测量方式来说，具有测量速度快、结构简单、灵活性高、处理能力强、精度高等优势，为家具力学检测位移中的精确测量工作创造更有利的测量条件。
2.3 磁栅式位移传感器的测量
磁栅式位移传感器主要是利用录音技术与传感器原理的结合来完成的。磁性尺在录磁头上将间隔相等的磁波录制下来，再对这个磁性尺的波长进行分析，从而得出相应的距离，也可以将这个过程称之为录磁[6]。磁栅式位移传感器在运用的过程中，除了原理之外其他的都与光栅式位移传感器工作室的测量方法、特点以及传感器的结构等有很大的相似之处。
3 家具力学检测中位移精确测量原理的适用性
通过以上的分析，我们对三种家具力学位移测量原理有所了解，在实际的使用中，要根据实际的测量情况利用相应的测量技术，如果是按照GB/T 10357.1- GB/T 10357.7对其进行逐条分析的话，那么得出的结果是每种测量原理都有着不同之处，而且也会根据对家具力学位移精度测量原理的不同而有着不同的适应性（如表2所示）。
4结语
综上所述，在对家具进行位移精度的检测过程中，参考的测量原理主要有光栅式位移传感器、三角法测试技术、磁栅式位移传感器等，当然，每种测量原理的差异性，也导致在不同测量项目中有着不同的适用性。通过以上对家具力学检测中位移的精确测量分析，作者主要利用两项试验方式来对家具力学位移测量误差进行分析，并结合自身对家具位移的精确测量原理的了解，主要从以上三方面测量原理展开分析，希望通过本文的分析，对提高家具力学检测中位移精确测量工作效率给予一定的帮助。
参考文献：
[1]徐卓，张亚池，张立.木制品常用木材弹性常数测定方法的研究[J].家具，2013（03）.
[2]吴智慧，黄琼涛，徐伟. 《家具表面软/硬质覆面材料剥离强度的测定》行业标准解读[J]. 家具，2014（01）.
[3]古鸣.欧盟“床与床垫功能特性确定和评价标准的测试方法”标准解读[J].家具，2014（06）.
[4]李田泽，赵艳雷，盛翠霞，赵云凤，暴敏，赵敬.双层侧向位置敏感探测器的畸变研究[J]. 半导体光电，2012（06）.
[5]林隽颖，张成云.基于三角测量的三维激光扫描仪设计[J].大学物理实验，2013（05）.
位移测量范文第3篇
【关键词】 激光测量 微小位移 球面镜 反射
微小位移测量是实现精加工的前提和基础，也一直是物理领域人们热衷研究的对象。对于光微小位移的测量，学科还处于技术发展阶段，在国内外尚未形成绝对的学科和技术优势。
本文推到的光微小位移的计算公式可用于研究古斯-汉欣位移效应，该方法理论上可将光束的位移放大到几千倍，实现对1微米光束位移的测定，为一些高精度要求实验提供理论支持，未来在实验应用上有着广泛的发展前景。
1 测量公式推导
通过理论分析推算得出光微小位移与观测屏上两反射光线的距离关系式，并对所得式子展开化简得出光微小位移测定近似公式。实验原理示意图如下：
（图1）中为球面反射镜中心点到观测屏的垂线，点为光源开始的位置，点为光源移动后的位置，点为点发出的光束经球面反射镜点反射到观测屏上的像点，点为光源移至点发出的光束经球面反射镜点反射到观测屏上的像点，观测屏上两像点的距离可测，以观测屏为轴，球面镜中心点到观测屏的垂线为轴建立直角坐标系，设球面镜半径为，，球面镜球心点距观测屏距离为，且，法线的斜率为，则
故反射光线的斜率为：
由公式（10）可知，研究要测的光微小位移的倒数与观测屏上两反射光线的距离d的倒数呈一次函数线性相关，故我们可根据测量得到的d求得光束的微小位移。
2 结语
位移测量范文第4篇
【关键词】FPGA 光栅信号 Verilog 辨向电路 计数电路
1 概述
光栅位移传感器是基于光栅莫尔条纹信息变换原理的模C数传感器[1]，光栅信号由于不受时间影响、抗干扰力强等优点，光栅传感器位置测量技术在医疗设备、精密现代化加工设备等方面得到了广泛的应用。目前光栅位移测量系统方案主要包括：光栅位移信号处理电路（滤波、降噪等）、控制单元、LCD显示电路及功能键。这些方案实现的方法各不相同，也各有不足[2，3]。例如：刘翠玲，赵权等人[2]提出运用单片机作为处理芯片，存在控制速度慢，精度低等不足；谢敏[3]提出使用一片FPGA芯片完成细分、辨向计数等功能，提高了数据处理的实时性，但存在人机界面不友好等不足。
针对目前光栅测量方案的不足，本文以FPGA为主芯片，采集光栅信号并对光栅进行细分，运用Verilog HDL语言对FPGA进行硬件编程，使FPGA实现细分、辨向、计数等功能，大大减轻单片机的负担，并运用单片机读取计数器的值并进行数学处理，使系统实现点、线、圆的测量等功能，最后用液晶显示屏显示结果或通过USB口将所测的元素上传到上位机后在屏幕上描绘出来，形成一个高速、人机界面友好、低成本、高精度的多功能测量系统，满足机床测量的需求。
2 系统总体设计
该测量系统选用低成本的新天光电50线/mm的光栅传感器，当它正常工作的时候，输出相差为900的TTL方波信号A+、B+和它的反信号A-、B-，以及R+和其反信号R-即参考点信号三组信号。
X轴、Y轴、Z轴分别连接3路光栅传感器，光栅传感器输出的三路信号经过FPGA里的四细分及辨向后，输出正向或反向脉冲信号并对其进行计数，然后单片机通过读取FPGA中数字量，并通过运算，得出光栅移动的位置，最后用LCD显示结果或通过USB口与PC机进行双向通讯。系统总体设计框图，如图1所示。
3 硬件设计
本系统硬件电路主要由光栅传感器、差分放大器MC3486、74HC14、LCD、单片机C8051F341和A3P030等组成。运用Flash架构FPGA的速度快、密度高、可在线修改等的特点，完成对光栅信号的处理，并实现对X轴、Y轴、Z轴光栅信号的细分、辨向、计数、位移测量的功能，其计数频率高达到200MHz，分辨率达26位。
3.1 FPGA模块设计
通过电子学细分提高光栅的精度，则必须要实现细分、辨向、计数的功能。本系统的设计主要是运用FPGA来实现细分、辨向和计数的逻辑电路，核心芯片采用的是actel公司的 A3P030，此芯片系统门电路多、运行速度极快、功耗低、掉电不易失、价格不错，克服了用DSP和单片机导致的运算速度慢的缺点。故常作为首选芯片。
3.1.1 四倍频细分原理
FPGA里的四细分电路的设计思路是：FPGA接收来自经过差分放大器、整形器后的2路相差900的A、B相信号，然后如果对A、B相信号的上升沿和下降沿都进行计数，从而实现四细分计数，使测量精度提高4倍。本文选用触发器D来获取A、B相信号的边沿脉冲，是因为D触发器的输出只有在时钟上升沿的时候才能随输入端D变化的特点。
3.1.2 辨向计数原理
D触发器能消除输入信号的尖脉冲影响，所以为了提高系统的抗干扰性能，选用经过第一个D触发器产生与时钟同步的信号A1、B1，再经过第二个D触发器产生与时钟同步的信号A2、B2。A2、B2与A1、B1分别延时一个时钟周期。
A1、B1是前一刻的状态，A2、B2是当前状态，分析A1、B1、A2、B2电平状态的关系可知：一个周期内，光栅正向运动时，A1B1A2B2电平值有（0010）、（1011）、（1101）、（0100）四个值，每发生一次这样的变化，可逆计数器进行加1；当光栅反向运动时，A1B1A2B2电平值有（0001）、（0111）、（1110）、（1000）四个值，每发生一次这样的变化，可逆计数器进行减1（四个状态前后相互关联，若状态不连续变化视为无效）。
将以上辑，运用Libero IDE软件、Verilog语言，实现辨向计数的功能。
3.1.3 FPGA软件程序设计
本系统设计的FPGA模块主要采用Verilog语言实现光栅信号的细分、辨向、计数、响应单片机发出测量的功能。其程序流程图，如图2所示。
3.2 单片机C8051F341模块设计
C8051F341单片机通过P0、P2口以读写控制线RD、WR与FPGA相连。通过访问外部寄存器的方式读写A3P030内部的辅助功能寄存器，以及读取计数寄存器的值并进行运算。（单片机按着坐标的顺序先发送X轴方向测得的数据，等 X轴的数据停止发送后，再发送Y轴的数据，最后发送Z轴的数据）。
3.3 通讯模块设计
本系统通讯模块设计采用SP3232E接收器能将单片机TXD脚传来的TTL电平转换成RS-232电平。T1IN脚接单片机的发送端即P1.1端口，PC机的RS-232的接收端口RD接T1OUT引脚。同时，R1OUT接单片机的接收端RXD1引脚即P1.0端口，PC机的RS-232的发送端TXD接R1IN引脚。
串口输出数据的协议设计如下：
GX±*********Y±*********Z±*********
（其中：G―传输这组数据的标志字，X、Y、Z―三个坐标数据标志字，±―数据的符号位，*―传输的具体数据（9个数据中包含一个小数点））。
4 测量原理
系统要测量的平面几何要素包括点、直线、圆的功能。本文综合运算能力及存储空间等因素考虑，曲线拟合算法采用经典的最小二乘法[4]。
4.1 线测量
线测量的功能是通过采集2-50个样点来测量一个线元素。当采集的样点多于2个时，系统会根据采集的样点求出一条最合适的直线。
假设所求的直线模型为：y=b0+b1x，利用n对观测值，求出回归系数b0，b1。采用最小二乘法，记
我们寻找使Q（b0，b1）达到最小值b0和b1。
假设光栅传感器在直线上采样30个点（用户可以设置采样的点数），运用MATLAB将这些点拟合成一条直线：y=2.7843+1.238x。拟合直线图，如图3所示。
4.2 圆测量
测量圆可通过在圆周上采集3-50个样点来测得。当采集的样点数多于3个时，系统会根据采集的样点数据求出一个最合适的圆。假设光栅传感器在圆上采集的一些点。运用MATLAB拟合出这个圆的模型，如图4所示。
4.3 实现方法
系统测量点、线、圆的功能主要运用keil软件编程，按测量键选择进入相应测量界面，单片机检测按键功能，然后调用相应的子程序。
5 结束语
针对本文设计采用FPGA对光栅进行细分，使其精度提高了4倍进行验证。利用仿真软件Libero IDE进行逻辑综合、布局布线、时序仿真测试，系统时钟约束设置为50MHZ，数据的时间说明情况如图10所示。以X[1]值为例，它的需求时间为20.764ns，到达时间为15.716ns，时间充裕量为5.048ns。说明该系统设计满足需求。
选取标准值为35.375mm的圆规，运用本文设计的光栅位移测量系统对该圆规的直径进行测量，得到所测的圆直径结果为35.378mm，偏差为+0.003mm。说明此系统的设计满足精度要求。
参考文献
[1]王庆有.光电技术[M].北京：电子工业出版社，2008.
[2]刘翠玲，赵权，刘天亮.基于AT89C52的多路智能测控仪[J].仪表技术与传感器，2006（01）：15-17.
[3]谢敏.基于FPGA的多路光攀据采集系统[D].合肥：合肥工业大学，2013：9-22.
[4]Xu Guowang，Liao Mingchao.A variety of methods of fit circle[J].Journal of Wuhan Polytechnic University，2002（04）：104-105
作者简介
汤攀（1990-），女，重庆市人。硕士学位。现为贵州大学计算机科学与技术学院研究生在读。主要研究方向为嵌入式应用技术。
作者单位
位移测量范文第5篇
微小位移测量系统的主要结构如图1所示，包括：水平线激光源、线阵CCD单元、数据处理单元、网络通信单元和PC机等。水平线激光源为线阵CCD提供精确的红色线光源，线阵CCD感应线光源的微小位移并输出相应信号，数据处理单元对CCD感应输出的模拟信号进行数字化处理，网络通信单元实现数据处理单元和计算机之间的通信，PC控制程序用于设定系统参数、接收并处理数字信号等。
2线阵CCD单元
CCD从芯片结构上可分为面阵CCD和线阵CCD两种类型系统采用的线阵CCD为TOSHIBA公司的TCD2703D，该器件具有高灵敏度、低暗电流、高分辨率等特点，当扫描一张A3纸，精度达到24lines/mm。TCD2703D可以对红、绿、蓝光分别有2路共6帧输出，每帧输出3894×16bits的数据。在使用TCD2703D时，在其前方加上红光滤光片，只处理其红光输出。放置滤光片有以下作用：一是使进入线阵CCD的光为红光，二是减少外部杂散光的干扰。在正确驱动信号驱动下，CCD芯片才会正常工作。TCD2703D有5路驱动信号，分别是电荷转移信号SH、两相时钟信号Φ1A和Φ2A、箝位信号CP和复位信号RS，五路驱动信号之间有非常严格的时序和相位关系[5]，具体如图2所示。在SH为高电平时，要求时钟信号Φ1A高电平脉宽大于SH，Φ1A高电平启动比SH提前，结束比SH滞后；在SH为低电平时，Φ1A进入正常周期，占空比50%，Φ2A始终和Φ1A反向。在正常周期中，每一个Φ1A低电平(Φ2A高电平)期间必须包含一个高电平RS和高电平CP信号，CP滞后于RS；非正常周期中RS和CP信号电平为低电平。TCD2703D驱动信号在FPGA内部产生，通过VHDL编程实现，实现的TCD2703D驱动脉冲如图3。
3数据处理单元
数据处理单元包括初级信号调理、数据采集、存储等模块，主要实现以下几个功能：对TCD2703D输出的模拟信号进行调理[6]；对调理后的信号进行数字化处理；对得到的数字信号进行存储以便后续处理。根据TCD2703D输出信号的特性，需要先对每一帧的输出信号进行初级处理，初级信号调理单元主要采用阈值调节，调节后的信号进入到数据采集处理单元。由于TCD2703D的灵敏度很高，受自然光和杂散光等的影响较大，需要精心调节阈值以降低干扰，这对确定CCD输出信号的位置有很大影响[7]。FPGA是数据处理单元的核心元件，FPGA选用ALTERA公司的Cyclone系列的EP1C6Q144。在系统中，FPGA主要实现以下功能：1)正确输出TCD2703D的驱动脉冲，实现其正确工作；2)TCD2703D每一帧的输出经过初级信号调理单元，在信号超过阈值后会输出矩形脉冲串，在FPGA中通过计算得到矩形脉冲发生的中心位置，并将该位置数据存储到SRAM中，正常工作时每秒SRAM中记录5000个数据；3)SRAM的I/O端口是复用的，为了防止端口数据之间的读写冲突，使用FPGA控制SRAM中数据的写入和读出；4)在FPGA中用硬件实现中值滤波，所设计的硬件电路能够快速、高效地对算法进行实现，取得良好的滤波效果，使处理后的数据更加准确。经过FPGA处理后，位置数据信息被存储到片外SRAM中，系统使用的数据存储芯片容量为64k16bits。使用片外SRAM基于以下的考虑：首先是增大可连续采样的时间，片外SRAM最大记录时间为12.8s；其次实现了低成本，利于应用，便于扩展。
4网络通信单元
系统通信采用主从结构，主从结构如图4所示，即主机可以和每一个从机进行通信，各从机之间不能进行数据通信。网络通信单元主要由C8051芯片、FT232芯片、RS485芯片等组成，网络通信单元具体结构如图5所示，FT232芯片实现USB接口和RS232、RS485接口之间的转换[8]；485芯片实现RS232接口和RS485接口之间的转换；C8051作为MCU，主要控制这些芯片之间的时序，防止发生总线冲突，造成通信瘫痪。网络通信单元主要有以下作用：1)下行：计算机发出的USB指令经FT232芯片和485芯片后转换成RS485远距离传送到各个CCD单元；2)上行：SRAM中存储的数据在MCU中转成RS232，再由485芯片转成RS485，经过远距离传输后，由FT232转成USB和计算机进行通信；3)使用MCU控制不同CCD单元的时序，防止总线冲突。在CCD单元和计算机之间使用RS485通信，主要实现以下功能：一是实现远程传输；二是实现多站能力。RS-485具有良好的抗噪声干扰性、长传输距离和多站能力等优点，RS-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制芯片，可以支持128或256个节点，最大的可以支持到400个节点。本系统使用的芯片可以支持32个节点[9]，在长线传输数据时要使用阻抗匹配的RS485专用电缆，这样可以减少因衰减和噪声等因素造成的信号失真[10]。RS-485是一种半双工通信，发送和接收共用同一物理信道，在任意时刻只允许一台从机处于发送状态，要求应答的从机侦听到总线上呼叫信号已经发送完毕，并且在没有其它从机发出应答信号的情况下，才能应答。半双工通信对主机和从机的发送和接收时序有严格的要求，如果时序上配合不好，就会发生总线冲突，严重的情况会导致整个系统通信瘫痪。为了防止这种情况发生，可以采用以下措施：1)使用MCU对通信时序做精确控制；2)发送信号和接收信号的宽度要足够宽，保证能够完整地接收一帧数据；3)任意两个从机的发送信号在时间上完全分开，避免总线争端。
5PC控制程序
PC控制程序是在VB6.0的平台下编程实现的，其主要功能包括：采样率的设置、记录时间的设置、触发方式的设置、波形数据显示和振动模拟等，PC控制程序流程如图6所示。通过PC控制程序可以对系统的采样率进行设置，范围是1005000sps；记录时间调节范围是110s；系统有三种触发方式可以选择，包括手动触发、自动触发、外触发，通过对多种模式的触发设置确保对各种特征信号的准确捕捉；波形数据显示和振动模拟对线阵CCD输出信号数据进行分析和处理，以供不同的应用场合选择，PC控制程序的操作界面如图7所示。
6结论
在文中所述的系统中FPGA实现线阵CCD高速驱动和输出数据处理等功能线阵CCD数据传输率为5000×5000(bit/s)；使用RS485总线实现分布式系统和数据远距离传输，系统可以支持32个CCD单元节点，节点数据传输长度超过1km；基于VB平台编写PC控制程序，实现对硬件电路参数设定和对CCD输出信号的分析、处理和显示等功能。研制的系统已应用于一维微小形变的测量之中，实际测量精度达到100μm，在此系统基础上，已经申请国家发明专利一项[11]。
位移测量范文第6篇
关键词 GMR传感器；角速度；角位移；输出电压
一、引言
巨磁阻（GMR）传感器是一个集磁性薄膜，半导体集成及纳米技术为一体的高新技术产品，应用非常广泛。其技术结构套用一个数学公式：GMR传感器=磁性材料+纳米技术+半导体集成。GMR传感器和光电等传感器相比，具有功耗小、可靠性高、体积小、能工作于恶劣环境等优点，可应用于测量位移，角度等传感器中，可广泛应用于数控机床，汽车测速，非接触开关，旋转编码器中。
二、GMR传感器角速度测量原理
图1为角速度传感器工作原理图。将一块磁钢固定在转盘的边沿，GMR传感器固定在轮子的旁边并保持一定的距离，并使磁钢磁场方向和GMR传感器传感轴方向均沿转盘的切线方向。当转盘转动时，磁钢因转动而造成其磁场方向相对于固定的GMR传感器发生改变，从而引起GMR磁场传感器引脚输出电压的变化。只有当二者距离最近时，才会使产生一较大电压脉冲输出。这样，每当转盘转动一圈，就会使产生一电压脉冲输出。通过记录电压脉冲的输出，就可以计算单位时间内转盘所转过的弧度，即为转盘的角速度。
图2为电压脉冲输出与时间的关系图。当转盘作匀速转动时，设相邻两电压脉冲时间间隔为T，则转盘的转动角速度？棕=■。由于传感器电压输出在大部分时刻均为零，所以无法确定转盘任一时刻的与参考方向所成的夹角，也就是说上述装置无法精确测量出转盘任意时间间隔所转过的角位移。
三、角位移的精确测量
图3为在图1基础上改进的角位移测量工作原理图。将四块磁钢均匀固定在转盘上，GMR传感器固定转盘的中心（在内盘上不参加转盘的转动）。当转盘位置在图3所示位置（参考位置）时，将传感器输出电压调节为2V，则转盘转过？兹时，传感器输出电压U（？兹）=2（cos？兹+sin？兹）（0≤？兹≤90°）。图4为传感器电压输出与参考方向夹角关系图。由图可知，每当转盘转动一圈，传感器电压输出会四次出现峰值，依次在与参考方向成45°、135°、225°和315°。只需要记下中间电压峰值出现的次数以及始末时刻的电压值，就能精确测量出转盘在任意时刻的位置以及任意时间段内的角位移。
四、结论
介绍了利用巨磁阻效应研究开发的巨磁阻传感器及其在角速度测量中的原理，改进了测量装置，使其能够精确测量出转盘在任意时刻的位置以及任意时间段内的角位移，弥补了角速度传感器在角位移测量中精确度不足的缺陷。
参考文献：
[1]陈亮，阙沛文，李亮.管道缺陷漏磁检测中巨磁阴传感器应用研究[J].应用基础与工程科学学报，2004，12（3）：279-281.
[2]钱政.巨磁电阻效应的研究与应用[J].传感技术学报，2003，16（4）：516-520.
位移测量范文第7篇
关键词:桥梁工程;滑坡;位移测量;主案设计;施测方法
中图分类号:U675文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)15-0041-02
一、桥梁概况
某桥梁是该地一级电站和二级电站与外部连接的重要交通枢纽,随着该地电站建设即将开工,其基础配套设施必须先期完成,因此该桥梁的建设迫在眉睫。该桥梁横跨某江,右岸处于山体较为稳固的岩石上,左岸刚好位于地质条件较差的二级滑坡体上。由于受到两岸连接线和地形条件的限制,桥位没有大幅变动的可能,因此在施工之前需要对该滑坡的稳定性进行评估,以便作出合理的治理方案。
滑坡体后缘高程约为1448m,前缘高程约为1340m,高度平均为181m,长度平均为150m,体积近93万m3。平均自然滑坡30°,其间存在大型崩积块石形成的陡坎。它由一级滑坡和二级滑坡组成,二级滑坡呈锥形,下部靠近江河部分宽约180m,它是在一级滑坡的基础上经过数年的滑动而形成。
二、方案设计
(一)测区简介
滑坡区位于某县城境内的磨房沟的对岸,东南向距离邻县约74公里,东北向距离另一县城约89公里。测区属亚热带湿润气候区,主要受高空西风环流和西南季风影响。每年7～10月为雨季,水汽充沛,气候湿润。降雨量约占全年的90%。每年11月至次年6月为旱季。具有气温日差较大,年差较小,四季不分明,干湿季明显,冬春干旱,晴朗多云,无严寒,夏秋温湿,雨量集中等特点。
滑坡所处地区属剥蚀高山峡谷地貌。江河谷断面呈不对称的“U”形;河床狭窄,宽102～124m,水流湍急;从上游至下游河流总体呈SW220°至正南向至SE170°的弧形展布;观测期间该江水位在1335～1346m之间变动。
山顶高程为1600～1635m,地形相对高差为260～300m。
分界线高程为1450m;坡体上部的坡面角约为37°,表面覆盖以坡积物为主,局部存在巨型崩积块石,植被均为低矮灌木;坡体下部的坡面角约为32°,表层覆盖在上游以崩坡积物为主,在下游以残坡积物为主,坡面大部分开垦为耕地,植被以庄稼为主,局部存在低矮灌木或被高大杂树所覆盖。
(二)监测等级
根据《建筑变形测量规程》的要求,本滑坡位移监测等级按三级要求执行。平面位移监测基准网观测点坐标中误差≤±10mm,测角中误差≤±2.5″,最弱边边长相对中误差≤±1/50000;沉降位移监测基准网观测点站高差中误差≤1.5mm。
(三)选点布网
在该江右侧即磨房沟岸共布设四个稳固的监测基点,为C1、SB1、SB2、SB3,其中C1、SB1布设在二级滑坡体上,SB2、SB3布设在山体基岩上。在左岸均匀的布设了五个位移观测点,即PB1、PB2、PB3、PB4和PB5,其中PB1布设在二级滑坡体上,其余四个布设在一级滑坡体上,滑坡及滑坡位移监测网如下图所示:
(四)测量基准及监测方法
本项目测量平面基准采用发电站辅助洞施工坐标系,高程基准采用1956黄海高程系。
由于测区山势陡峭,且滑坡体上存在高大的树木,平面位移监测如采用GPS观测,接收机天线接收的卫星信号势必会有所影响,从而影响到监测成果,故采用常规的三角测量方法,沉降监测由于受地形条件的限制,无法采用几何水准测量法,故采用三角高程测量法。
(五)监测周期及次数
由于该桥即将开工,首次监测距大桥开工只有3个多月的时间,期间有2个月是测区的雨季,因此根据滑坡体的活跃
程度决定雨季中每月监测一次,雨季后监测一次,共监测3次。
三、监测实施
(一)监测基点及位移监测点的埋设
监测基准点埋设在变形影响范围以外且便于长期保存的位置。SB2、SB3埋没在该江右岸稳定的基岩上,SB1、C1埋设在基岩上的房顶上;位移监测点分别埋设在一、二级滑坡体上。位移监测点标石的埋设均采用现场开挖基坑、现浇混凝土的方式完成,埋深1.8m,并在标石顶面铜钉上凿刻十字丝标示其测量位置。
(二)观测实施
在所有标石的混凝土完全凝固、稳定后再实施观测。观测方法采用收放射线观测网法,监测基点和位移监测点同时观测,整体平差。滑坡体平面位移监测使用TC2002全站仪按方向观测法以三等三角网精度要求对角度观测了6个测回,对基线边及相关边长进行往返观测,并进行气象改正、加常数改正、乘常数改正、倾斜改正及投影改正(由于仪器的贮存器期误差检定值不显著,因此周期误差改正被忽略)。
沉降位移监测采用TC2002全站仪以光电测距三角高程测量方法测量各段高差,边长往返各观测2个测回,垂直角观测4个测回,形成闭和环。
1.第一次监测。首次观测在雨季的前期进行。平面控制网测量;从已知〉枷叩C1、C2联测至SB2和SB1,以SB2的辅助洞施工坐标为起算点,SB2-SB1的方向为起算方位角,对平面监测网进行整体平差,平差后方向观测中误差为±1.03″,最弱点C1的点位中误差为±0.23cm,最弱边C1～SB1的相对中误差为1/82000,位移监测点最弱点PB1的点位中误差为±0.22cm。
高程控制网测量:从已知水准点使用N3水准仪按三等水准要求进行往返观测;联测至监测基点SB2,然后采用TC2002全站仪以光电测距三角高程测量方法测量各段高差,边长往返各观测2个测回,垂直角面测4个测回,形成闭和环。平差后每公里高程测量高差中误差为±2.26mm,测站SB~C1的高差中误差最大值为0.80mm,监测基点中最弱点SB3的精度为±0.85mm,位移监测点中最弱点PB3的精度为±0.93mm。
2.第二次监测。第二次监测在雨季中期进行,这时由于测区经过了近60天的雨季,二级滑坡体发生了明显的位移。平面控制网平差后方误差为±0.22cm,最弱边C1~SB1的相对中误差为1/110000,位移监测点中最弱点PB4的点位中误差为±0.19cm,PB1由于在观测期间在不断位移,因此该点不参与整体平差。
高程控制网平差后每公里高程测量高差中误差为±2.09mm,测站SB3~P孤高差中误差最大值为0.79mm,监测基点中最弱点SB3 精度为±0.74mm,位移监测点中最弱点PB4的精度为±0.85mm。
3.第三次监测。第三次监测在雨季后进行,二级滑坡体经过雨季的位移后趋于堑时稳定。平面控制网平差后方向观测中误差为±1.25″,监测基点中最弱点C1的点位中误差为±0.25cm,位移监测点中最弱点PB1的点位中误差为±0.31cm,最弱边C1~SB的相对中误差为1/94000;高程控制网平差后每公里高程测量高差中误差为±2.24mm,测站SB3～C1的高差中误差最大值为0.94mm,监测基点中最弱点SB1的精度为±0.96mm,位移监测点中最弱点PB1的精度为±1.18mm。
四、结论与建议
从以上三次监测成果比较中可以看出,四个监测基点在三次观测中位移变动最在值均不超过2mm,证明其点稳固,能够满足本次滑坡位移监测的要求。四个一级滑坡移监测点在三次观测中位移变动最大值均不超过5mm,证明一级滑坡体基本处于稳定状态。位于二级滑坡体上的位移监测点PB1每次观测位移变化较剧烈,说明二级滑坡体仍然处于活动中。
由于受观测周期及大桥工期的限制,本期监测只进行了三次,在以后的施工中滑坡体会到人为因素、自然因素及二级滑坡体等条件的影响,一级滑坡体的稳定性还待于进一步的研究。建议在大桥施工前对二级滑坡体进行治理,在大桥施工中及以后的一段时间内还需要对一级滑坡体继续进行观测,以便更准确地对其稳定性进行评估。
参考文献
[1]孔祥元,郭际明.控制测量学(上)[M].武汉:武汉大学出版社,2006.
[2]张正禄.工程测量学[M].武汉:武汉大学出版社,2005.
[3]张正禄,黄全义,等.全站式地面测量工程一体化自动化系统研究[J].武汉测绘科技大学学报,1999,(1).
位移测量范文第8篇
关键词：基坑监测；位移测量
中图分类号：TV551.4文献标识码： A 文章编号：
随着国家经济建设的快速发展，城市建设也突飞猛进，各大城市的建设发展越来越向地下寻找发展空问，那么基坑工程也日渐增多起来，建设除考虑满足使用功能要求外，还十分注重建筑物外观造型，故近年具有复杂外型的超大规模超高建筑不断增多，给施工测量带来了一定的难度。施工现场方案是否合理，获得的数据是否准确可靠，以及测量人员的专业技术水平等都会直接对工程质量造成影响，必须重视并做好测量施工质量控制工作，尤其是基坑施测工作。当前，基坑支护设计尚无成熟的方法用于计算基坑周围的土体变形。施工中通过准确及时的监测，可以指导基坑开挖和基坑支护，有利于及时采取应急措施，避免或减轻破坏性的后果。
1、工程概况
某工程基坑东西长450m，南北宽270m，为一个近似矩形基坑。工程设两层地下室，挖深11m，采用连续墙加锚索作为围护结构。根据相关规程，以及基坑开挖深度、支护结构、所处的地质和周边环境条件，确定本基坑工程为一级监测项目，基坑施工监测重点为基坑周边围护结构的位移。
2基坑变形监测的重要性和必要性
2.1掌握基坑变形程度 根据监测得到的数据，可以及时了解基坑及周边建筑物和设施在施工过程中所受的影响及影响程度，发生的变形及变形程度，为施工单位提供变形系统资料，方便施工单位安排施工方案和进度。 2.2提供实时动态信息 基坑开挖过程中，由于各种因素的影响，基坑和周边建筑物和设施一直处于不稳定状态，并且其变化和变形无规律可循，这就必须靠施工现场的监测数据来了解基坑的实时变化，为施工单位提供动态的监测数据，方便施工单位安排施工方案和进度。 2.3发现和预报险情，根据很多已发生的基坑安全事故的工程分析、统计可知，几乎所有事故的发生都是由于施工单位对基坑施工过程中的监测工作的不重视，从而造成较严重的工程事故，甚至造成人员伤亡事故。分析研究监测数据，可及时发现和预报险情及险情的发展程度，为设计方改进设计方案和施工方采取安全补救措施提供可靠依据。
3、做好基坑监测中的位移测量工作
3.1 基坑监测在基坑的开挖施工至使用过程中是一项重要工作。虽然基坑支护结构设计时进行了尽可能详尽的计算，但设计与实际施工状况的脱节仍不可避免，一方面是由于设计理论所限，另一方面是建设单位对投资的限制，在基坑监测的具体操作上需按规范要求精心进行，而围护结构位移变形测量是重中之重。
3.2 在测量过程中，必须按规范和设计要求认真操作仪器，严格把关。具体做好以下几点:
（1）水平基准点网的设立要稳妥。基准点网是检验和直接测定观测点的依据，要求在整个观测过程中稳定不变。必须埋设在变形范围以外，且不受施工干扰的稳定的位置，尽可能的靠近被监测目标。同时为了便于校核，以验证基准点的稳定性，基准点数目应不少于三个。
（2）位移测量时采用的仪器设备应通过计量部门检验合格，并在有效期内。同时在整个基坑监测过程中应采用固定仪器，以减小测量误差。
（3）位移测量方法要讲究。监测人员应充分了解所采用的测量仪器的构造、原理，对仪器固有误差对变形数据影响做到心中有数，测量方法对仪器误差减弱要充分应用。
（4）误差椭圆要正确摆放。由于围护结构位移测量只要求获得垂直与基坑边线方向的变化量，对限于现行测量技术不能减小的误差，在实际测量中对误差椭圆要正确摆放，将误差椭圆短轴尽量垂直与基坑边线，利用误差最小的方向。
（5）测量时间要正确选择。测量目标的清晰、稳定的程度在一天之内随时间的不同而变化着。一般晴天时，成像清晰、稳定的时间是日出一小时至九点钟前和下午三四点钟以后。阴天时，成像的情况比晴天有利，可以观测的时间比晴天长得多。
（6）测量的图示与记录要准确、清楚。基坑监测测量实施过程中应事先画好观测示意图并对每次观测认真做好记录，及时计算各种限差和闭合差，确保测量数据的准确性。
4、本基坑监测工程的位移测量技术
4.1基准点的设置
本工程水平基准点网由八个基准点，四个工作基点组成，成中心对称形。基坑每边布置两个基准点，一个工作基点。
4.2 采用的仪器设备
本项目位移观测采用日本拓普康GTS332N 型全站仪进行观测，仪器标称精度为角度测量方向中误差为2"，距离观测中误差为±2mm+2ppm。仪器在检定有效期内。
4.3 观测方法
现场观测时，采用极坐标法进行观测。每次观测前对基准点和工作基点进行检测，以确认基准点的稳定性，对工作基点的位置值及时进行修正。每个工作点只观测基坑对面的监测变形点，以保证误差椭圆的短轴紧可能的与基坑边线垂直，位移监测变化结果值为最优。
角度观测时方向观测法进行观测，连续观测2测回，取方向平均值作为结果值。距离测量采用测回法进行观测，连续观测2测回，每测回读数5次，取平均值作为距离结果值。测站现场对2C、2C互差、半测回归零差、距离测绘差等各种限差实时计算，对观测限差超限的观测及时进行重测。
4.4观测数据处理
观测数据处理首先进行的是观测成果测站平差，测站平差的目的是根据测站上的观测成果求出个监测点方向和距离的量或值，同时可以计算出方向值、距离值的中误差，以评定测站的观测成果质量。各监测点坐标数据的计算采用极坐标法进行，计算时假定坐标系X 轴平行与基坑东西边平行。本次坐标值和上一次坐标值差在垂直基坑边方向的分量值为监测点本次变形值。
4.5误差分析
本工程为超大基坑，监测工作基点距离监测变形点距离可能长大500m，角度观测中误差为5"，对监测点的变形影响最终可达±12mm，距离变化值中误差为±1mm，可见最终监测点的误差椭圆为一个长轴为24mm，短轴为2mm的椭圆。图1为本基坑监测工程位移测量的误差椭圆放置图，可见在不同方向误差值可能相差几倍到十几倍，而位移测量只提取在基坑边垂直方向的分量，控制了误差椭圆也就控制了位移测量成果质量。
4.6 资料整理与提交
每周期观测结束后，应对观测数据和计算资料及时进行整理、平差，计算出各观测点的位移量，填制观测成果表，并及时提交次监测简报给相关单位。本基坑监测工程的位移测量最终及时准确的反映了基坑围护结构的位移变形情况，为工程相关单位优化下一步施工参数提供参考，保证施工安全。
5、结束语
位移测量范文第9篇
针对传统的有线位移测量系统存在检测数据显示平台单一、数据实时共享效率低、占地面积大等问题，本文研究了一种基于Windows/Android的多平台位移快速精确测量系统。通过构建位移传感器模块、单片机系统、基于Windows的PC端数据接收和显示模块和基于Android的移动设备数据接收和显示模块，以同时满足PC客户端和移动设备对位移测量数据的实时显示需求,实现位移测量数据共享功能的最大化。
关键词：
AD模块；蓝牙模块；单片机；位移测量系统
0引言
现代测量技术越来越追求自动化、集群控制、低功耗测量、多平台数据观测等特性。传统的测量系统一般都是采用有线传输，而一般的工业现场或野外测量常因设备繁杂、场地有限、布线成本高等因素，限制了有线测量设备的使用。随着微电子及通信技术的发展，短距离无线通信以其特有的抗干扰能力强、可靠性高、安全性好、受地理条件限制少、安装施工简便灵活等特点，在许多领域得到广泛的应用。采用无线方式进行数据的传达，不仅降低施工难度、简化系统复杂度，还可以减少成本。蓝牙技术是信息产业界的一大热点，它代表了移动通信的一个发展方向，为短距离无线连接提供了一种低成本的解决方案。[1]蓝牙属于短距离的无线数据通信技术，是无线通信技术、数据通信技术、计算机技术和网络技术的结合。蓝牙无线通信技术具有较强的通用性，几乎所有通信及信息领域相关设备都可以安装蓝牙模块，为此，蓝牙技术在现代生活当中得到了广泛的应用[2]。随着科技水平的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们除了对产品性能要求高之外，对产品的人性化设计水平的要求更是越来越高。为了实现用户能够快捷、实时、多渠道的观测位移数据，本项目进行了多平台位移快速精确测量系统的设计与开发。
1多平台位移测量系统的方案设计
为了实现用户能够快捷、实时、多渠道地观测位移数据，本文进行了多平台位移快速精确测量系统的设计与开发,构建了基于Windows的PC端蓝牙数据接收和显示模块，实现用户可通过电脑对单片机采集的位移数据进行实时、快速、精确的显示；为了解决用户在没有电脑的情况下也能进行位移数据观测，构建了基于Android的移动设备的蓝牙数据接收和显示模块，实现用户通过手机对单片机采集的位移数据进行实时、快速、精确的显示。如图1所示，该多平台位移快速精确测量系统包含了位移传感器模块、单片机系统、接收和显示模块。通过设计单片机电路，以构建包含AD转换模块和蓝牙模块的单片机系统。选择合适的位移传感器，设计传感器电路，实现将位移值转换成电压值（模拟量）；通过AD转换模块，将表示位移的电压值（模拟量）转换成数字量；通过AD接口，实现单片机对数字量的读取，并将该数字量转换成位移值；通过蓝牙模块，实现单片机对位移值的发送。该多平台位移快速精确测量系统的设计方案如图1所示。
1.1多平台位移测量系统的组织结构
PC（Windows）客户端控制系统组织结构，如图2所示。为减小Windows客户端系统的大小，降低软件复杂度，提高软件运行速度，Windows客户端系统的组织结构只包含登入管理、系统管理、位移检测和辅助功能4个子模块。
1.2多平台位移测量系统的工作流程
多平台位移测量系统的工作流程，如图3所示。用户通过访问Windows客户端或者Android客户端，即可接收到蓝牙所发送的数据信息，其中将构建检测状态字，目的是减少蓝牙发送的数据量，提高发送速度，同时使单片机能够快速识别用户需求。
2多平台位移测量系统的硬件设计
2.1变阻值位移传感器模块
直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。为了达到这一效果，通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。传感器滑轨连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流，滑片和始端之间的电压，与滑片移动的长度成正比。
2.2AD转换模块
A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。在此该多平台位移测量系统当中,我们使用的模拟量是位移量，经过直线位移传感器转化为电压信号。
2.3单片机模块
该多平台位移测量系统使用的单片机是STC89C52单片机，单片机具有实时控制能力强的特点。[3]图4为单片机最小系统电路，该电路中具有晶振电路和复位电路。
2.4蓝牙模块
蓝牙通信基于HC-06系列蓝牙芯片实现。基于位移检测控制电路、AD转换控制电路、蓝牙控制电路和单片机最小系统电路，设计系统硬件电路，如图5所示。
3多平台位移测量系统的应用
本文对上述设计好的多平台位移测量系统进行开发，构建了单片机系统、AD转换模块、蓝牙模块和数据接收显示模块，如图6所示。在Visualstudio2008开发环境下编译出基于WindowsXP/Windows7平台的人机交互界面及蓝牙设备实时控制程序，实现蓝牙数据接收和显示模块，从而实现对单片机采集数据的实时显示。在Eclipse开发环境下编译出基于Android系统的人际交互界面以及蓝牙设备实时控制程序，实现蓝牙数据接收和显示模块，从而实现对单片机采集数据的实时显示。本多平台位移测量系统的运行结果如图7所示。通过改变位移传感器杆的长度，可以实时地检测到位移值的变化。
4总结
本文设计并开发了一种基于Windows/Android的多平台位移快速精确测量系统，构建了包含AD转换模块、蓝牙模块的单片机系统；选择合适的位移传感器，设计传感器电路，实现了将位移值转换成电压值（模拟量）；通过AD转换模块，将表示位移的电压值（模拟量）转换成数字量；通过AD接口，实现了单片机对数字量的读取，并将该数字量转换成位移值；通过蓝牙模块，实现单片机对位移值的发送，构建了基于Windows的PC端蓝牙数据接收和显示模块，实现了用户可通过电脑对单片机采集的位移数据进行实时、快速、精确的显示；构建了基于Android的移动设备的蓝牙数据接收和显示模块，实现了用户通过手机对单片机采集的位移数据进行实时、快速、精确的显示。
参考文献：
[1]钱志鸿，杨帆，周求湛.蓝牙技术原理、开发与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.
[2]方志平，叶建美，等.单片机应用技术[M].浙江：浙江大学出版社，2015.
[3]杜洪林.论单片机应用系统的可靠性设计[J].电子技术与软件工程，2016.
位移测量范文第10篇
关键词：建筑工程基坑监测 位移监测
Abstract: The foundation pit monitoring, including the supporting structure for monitoring and ambient monitoring is an important measure to ensure the quality and safety of construction works, excavation depth of super-5M, or excavation depth does not exceed 5M, but the site geological conditions and the surrounding environment is more complex
of excavation should be carried out monitoring of the foundation pit.
Keywords: construction, excavation monitoring, displacement monitoring
中图分类号：TU198文献标识码： A 文章编号：
一、前言
建筑工程技术的迅速发展，高层建筑成为城市建设主流，随之配套的地下车库工程、人防工程等地下建筑也日益增多，给施工放样等工作带来了一定的困难，而施工现场基坑的稳定性关系到整个工程的质量与安全，需引起各单位的注意，其数据的可靠性需要测量专业人员现场监测获得。
二、基坑支护监测的分类
1 对围护墙侧压力、弯曲应力和变形的监测。
2对支撑（锚杆）轴力、弯曲应力的监测。
3对腰梁（围檩）轴力、弯曲应力的监测。
4对立柱沉降、抬起的监测等；周围环境监测包括：（1）坑外地形的变形监测。（2）临近建筑物的沉降和倾斜监测。（3）地下管线的沉降和位移监测等。
三、基坑监测的特点
1 时效性
基坑监测工作应惯穿于基坑工程和地下工程施工全过程，其测量数据是动态变化的，因此监测频率应能系统反映监测对象所测项目的重要变化过程，而又不遗漏其变化时刻为原则。实际操作时，还应考虑基坑工程等级、基坑及地下工程的不同施工阶段以及周边环境和自然条件的变化。因此基坑施工中监测需随时进行，通常是1次/d,测对象变化快的关键时期，可能每天进行数次。对有特殊要求的周边环境的监测应根据需要延续至变形趋于稳定后才能结束监测工作。当基坑工程等级为三级时，监测频率可根据具体情况要求适当降低观测次数。
2 精度要求高
基坑随施工环境不同，观测点的位移变化也不同，其值随时间变化较大，甚至达到0。1mm/d以下，普通测量方法和仪器都不能监测其瞬间变化真值，需要一些高精度仪器对其进行监测。
3 要求等精度的原则
基坑监测一般只要求测量其相对位移变化值，不同与一般工程测量，需要已知点的坐标进行测量，在基坑监测中，有时为方便测设，我们可以设定独立的坐标系统及高程系统，监测已定观测点相对于原来基准位置的位移变化即可。
鉴与上述特点，使得基坑观测不同与一般工程测量需要前后视距相等，以消除地球曲率、大气折光等项误差，在基坑监测中，只要每次测量位置保持一致，即使前后视距相差较大，也不会影响观测成果，因此，基坑监测要求尽可能做到等精度，使用相同的仪器，在相同的位置上，由同一观测者按同一方法施测。
四、工程案例
广东省内某地块位于繁华路段西侧。基坑东西长300m，南北宽460m，为—个近似矩形基坑。地下设地下车库及人防层两层，挖深15m，采用连续墙加锚素作为围护结构。根据该地区建筑基坑支护技术规程及《广东省建筑基坑支护技术规程》，以及基坑开挖深度、支护结构、所处的地质和周边环境条件，确定基坑工程为一级监测项目，基坑施工监测重点为基坑周边围护结构的位移。
五基坑监测工程位移测量的注意事项
建筑基坑在整个地下室施工期间，应安排专人对基坑支护及其周围环境进行监测，并做好记录；当发现支护面发生裂缝时，应观察裂缝发生的情况，分析原因，加强监测的频度，及时报告情况；当监测项目的累计位移量或位移速率达到报警值时，要及时通知基坑内的施工人员，并向建设、监理、施工单位负责人报警；施工负责人接到报警通知，应及时组织相关人员对基坑位移进行全面检查，分析、找出发生较大位移的原因，应提出有针对性地整治措施；在建筑基坑监测人员提出报警后，靠近报警部位的基坑作业应及时停止，撤出相关设备、材料，疏散施工作业人员，待处理好后方可继续基坑内的施工；如果确实有必要，则应对建筑基坑支护结构的报警部位进行彻底清除并重新支护；建筑基坑支护坡顶的一米范围内禁止重物的堆放和重载车辆的行走，并采用钢管栏杆做好防护安全。
六、做好基坑监测中的位移测量工作的重要步骤
1水平基准点网
基准点网是检验和直接测定观测点的依据，要求在整个观测过程中稳定不变，必须埋设在变形范围以外，且不受施工干扰的稳定的位置，尽可能的靠近被监测目标。同时，为了便于校核，以验证基准点的稳定性，基准点数目应不少于三个。
2 仪器设备
使用位移测量仪器设备之前，首先要经过计量部门检验合格，使用过程中最好把仪器检测一下。在基坑监测过程中应采取专人专用仪器设备．以减小测量误差。
3误差椭圆
由于围护结构位移测量只要求获得垂直与基坑边线的变化量，对限于现行测量技术不能减小的误差，在实际测量中对误差椭圆要摆放正确，将误差椭圆短轴尽量垂直与基坑边线，利用误差最小的方向。
4选择监测点
监测点应有代表性，要求稳固、明显，尽量减少对施工作业的不利影响，其布置要求最大程度地反映出监测对象的实际状态变化趋势，并应满足监控要求。
5测量的记录
基坑监测测量实施过程中应事先画好观测示意图并对每次观测认真做好记录，及时计算各种限差和闭合差，确保测量数据的准确性。
五、本基坑监测工程的位移测量技术
1．基准点的布置。
根据规范及工程实际情况，施工现场水平基准点网由8个基准点，4个工作基点组成。基坑每边布置2个基准点，布置1个工作基点。
2．使用的仪器设备。
该工程观测采用全站仪（SET2X）进行观测，仪器标称精度为角度测量方向中误差为2''，距离观测中误差为±2mm+2ppm。仪器在检定有效期内。
3．观测方法。
现场观测时，采用极坐标进行观测。每次观测前对基准点和工作基点进行检测，以确认基准点的稳定性．对工作基点的位置值及时进行修正。每个工作点只观测基坑对面的监测变形点，以保证误差椭圆的短轴尽可能的与基坑边线垂直，位移监测变化结果值为最优。
角度观测时，用方向观测法进行观测，连续观测2测回。取方向平均值作为结果值。距离测量采用测回法进行观测，连续观测2测回．每测回读数5次，取平均值作为距离结果值。
测站现场对2C、2C互差、半测回归零羞、距离测绘差等各种限差实时计算．对观测限差超限的观测及时进行重测。
4．观测数据处理。
观测数据处理首先进行的是观测成果测站平差，测站平差的目的是根据测站上的观测成果求出监测点方向和距离的量或值，同时可以计算出方向值、距离值的中误差．以评定测站的观测成果质量。
各监测点坐标数据的计算采用极坐标法进行，计算时假定坐标系x轴平行与基坑东西边平行。本次坐标值和上一次坐标值差在垂直基坑方向的分量值为监测点本次变形值。
5 误差椭圆
本工程为超大基坑，监测工作基点距离监测变形点距离可能长大500m，角度观测中误差为5''。对监测点的变形影响最终可达±12mm距离变化值中误差为±1mm，可见最终监测点的误差椭圆为—个长轴为24mm，短轴为2mm的椭圆。可见在不同方向误差值可能相差几倍到十几倍，而位移测量只提取在基坑边垂直方向的分量，控制了误差椭圆也就控制了位移测量成果质量。（图1 所示）
图1为为本基坑监测工程位移测量的误差椭圆放置图
6．资料整理与提交
观测完毕后，应及时对观测数据和计算资料及时进行整理、平差，计算出各观测成果，并把相关监测成果表提交给有关单位。
六、结束语
总而言之，建筑基坑监测工程就是为了确保建筑工程的安全，并对其土方施工和地下室施工提供有效的监督、指导和预警，从而防止发生基坑坍塌等事故的一项必要措施。建筑基坑监测工程的内容通常包括基坑支护结构的水平位移监测、基坑周围环境的沉降监测以及地下水位监测。建筑基坑监测工程应由第三方监测单位的技术负责人和专业的测量人员负责。
[参考文献]
[1]建筑基坑工程监测技术规范 GB50497-2009
[2] 夏才初。潘国荣等编著。土木工程监测技术[M]。中国建筑工业出版社。2001