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*部分  HM-CXZ測斜儀總論

• 概述

HM-CXZ測斜儀是專門用于巖土地基位移測量的儀器。適用于各種巖土地基橫向位移的測量，如水利庫壩、堤防、巖土邊坡、城市建設地基基坑開挖、打樁、鐵路、 公路交通邊坡、煤田、礦井、電力建設以及各種地下結構工程的內部水平位移的測量。測斜對于工程建設的安全施工和*穩定性檢測都是十分必要的。對于城市建 設，由于深層土體位移可以反映支護結構位移和應力變化，周圍建筑設施的安全狀況，即能夠綜合反映基坑形狀而日益受到重視，許多地方已經制訂或正在制訂有關 規范，明確規定：在較大深基坑施工中必須進行深層基坑水平移的監測。

以下章節將對cx系列測斜儀系統的組成、工作原理、性能指標、數據處理、使用方法、常見故障、調整方法以及維護保養、保修等事項做較詳細的介紹。

1.2HM系列測斜儀各組成部分的功能

1.2.1測頭（探頭）

測頭是測斜儀的核心，是測量的敏感部，是測試數據的來源之處。測斜儀測試的準確度取決于測頭可能的測試準確度。測斜測頭中，核心部分是加速度傳感器。加速度傳感器也可以稱為角度傳感器。目前應用于測斜儀中的傳感器以伺服加速度計的靈敏度和精度zui高。

1.2.2測讀儀

測讀儀是HM系列測斜儀數據輸出的二次儀表，實現測頭數據的接收、顯示和輸出。HM智能測斜儀的測讀儀面板介紹如下：

• 通訊口（USB）：通過電纜，將測讀儀和計算機連通，借助測斜軟件，將測讀儀中存放的數據傳送到計算機中，實現數據的輸出。
• 充電口（8字）：通過充電線給測讀儀中的可充電電池充電。
• 傳感器口（七芯插座）：傳感器插座是用來將測頭和測讀儀聯接，實現傳感器的信號在測讀儀上顯示輸出。
• 紐子開關，這是測讀儀的電源開關。
• 功能選擇：按動此按健，可以使操縱者選擇屏幕上的測試孔號、測試方向或測試點號。
• ▲、▽這兩個健，用來調整測試孔號、測試方向和測試點號的具體數值。調整范圍是：測試孔號為1-50；測試方向為東、西、北、南；測試點號為1-270。同時按住▲、▽兩個鍵，可使數字快速回零。
• 復位按健是使測讀儀處于對信號的測試狀態。
• 調顯按鍵用來將測讀儀中已經存放的信號調出，進行顯示。
• 清除按鍵，用來對測讀儀存儲器內已有的信號進行清除，按一下后，測讀儀屏幕上將提示操縱者是否確實需要清除，以免誤操做，當確實需要清除時，再按一下清零鍵，幾秒鐘后，將完成測讀儀的清零命令。
• 存儲按鍵，當測讀儀屏幕上顯示的數據，操縱者認為需要存儲時，按動此鍵，測讀儀便將此信號存儲到測讀儀的存儲器中。
• 電池，此鍵完成測讀儀屏幕顯示信號的切換，以便顯示探頭信號或測讀儀中的電池信號。
• 背光，此鍵用于外界環境光線暗淡，為方便操縱者觀察到測讀儀屏幕的顯示，而設置的。操縱者應當明白，打開背光后，測讀儀消耗電流將增加約60mA。

根據HM系列測斜儀的不同型號，測讀儀分為直讀式和存儲式。直讀式是指測試的數據由測試者通過測讀儀的顯示屏直接人工讀取數據，并進行人工處理。存儲式是指現場測試的數據，通過測讀儀上的按鍵將數據存儲在測讀儀的存儲器中，不需要人工讀數 ，存儲的數據通過電纜送入計算機中，由測斜儀軟件進行數據的處理，包括各種數據表格和有關的曲線。測讀儀使用可充電電池供電，此蓄電池同時也為測頭供電。

1.2.3傳輸電纜

 傳輸電纜是把測頭與測讀儀連接起來的傳輸線。由于電纜上有長度標記，因此，既可以將測讀儀中的電源傳輸到測頭中的傳感器上。測頭的信號傳輸到測讀儀中，也可以從電纜的標志上讀出測孔的深度。

1.2.4充電器

充電器用來給測讀儀中的蓄電池充電，以保證測斜儀每天至少可以有6個小時的連續工作時間。為了第二天的使用，需要重新充電。目前使用的國產電池，一般允許充電500次。

1.2.5通訊電纜

通訊電纜是在數據處理時，將測讀儀與計算機相連接，在軟件的支持下，實現將測讀儀中存儲的數據傳輸到計算機中，從而進行數據的處理。

1.2.6計算機（用戶自備）

計算機用來進行數據的接收、處理。可以對數據進行修改，可以進行單個數據進行修改，也可以對整列數據通增加一個常數，也可以對整列通乘一個常數。數據處理后，可以得到原始數據、處理結果表、深度-位移曲線、位移速度-時間曲線。

1.2.7測斜管（用戶自購）

測 斜管用來將測頭按一定的方向導入被測巖土體的預測深度處，兩段測斜管的連接處應對準導槽，使測頭的導入平穩自然。測斜管的質量直接影響到測試的精度。目前 國內的測斜管有兩種：塑料管和鋁合金管，鋁合金管質量好，導槽規矩，扭曲相對小，同樣的測斜儀，工地實際測試精度高，但價格要相對地貴，塑料管與鋁合金管 相比，恰好相反。

1.3性能指標

1.3.1測頭

   a. 傳感器靈敏度：0.02 mm/8〃

   b. 標度因數 ：2.5±0.01v/g

   c. 導輪間距：500 mm

   d. 測頭尺寸：Φ32 mm×660 mm

1.3.2測讀儀

a. 數據顯示 4 1/2位液晶顯示數據

b. 內部電源：1.2v×4可充電電池；容量7Ah

c.充電電源：交流220v，50Hz輸出直流7伏

d.測讀儀尺寸：680 mm×109 mm×250 mm

1.3.3工作時間

當給蓄電池充滿電之后（注意：對于新電池，*使用時，應反復放電二、三次，才能使蓄電池充滿），可以使測斜儀連續工作6小時以上。

1.3.4測量范圍

測斜儀測量范圍：±50度。

1.3.5綜合誤差

每25米深度的測量誤差不超過±4 mm。

1.3.6絕緣度：電纜各芯線之間和各芯線與外殼之間的絕緣度應不低于50ΜΩ,否責會出出信號不穩定。

1.3.7工作溫度：﹣10℃至50℃。

耐水壓：7.845*105pa至9.806*105pa（相當水深80m至100m的壓力）

• 工作原理及簡要說明

2.1測頭

測 頭是測斜儀的核心，是測試信號的來源處，測頭中采用石英撓性伺服加速度計作為傳感器，當測頭處于豎直狀態時，傳感器的敏感軸處于零位，此時的輸出信號值稱 為零偏，一般情況下，零偏總是存在的：為了消除零偏的影響，采取正反兩次測試，取其代數和，作為一個方向上的測試結果。現在采取如下直角坐標系

在實際測試時，為了適應一般的習慣，根據測頭的規定，建議用戶將測頭高輪對準南或東，作為測試的正方向。

     當測頭的敏感軸與基準軸（地球的重力軸）有一個角度時，測頭中的加速度計即有一個輸出值，以下式表示：

U1﹦A﹢KGsinθ………………1-2.1

式中：A ---加速度計的偏值（零偏）

      K ---加速度計的標度因數

      G ---地球重力加速度

      θ---傾角

為了消除加速度計零偏的影響，在測試時一般都采用正反兩次測試，比如在東西方向上進行測試，可以先測試東方向上的數據，記作U1式1-2.1，再時行西方向上的測試，計作U2式1-2.2

U2﹦A﹢KGsinθ………………1-2.2

將式1-2.1減去1-2.2得到式1-2.3

U1﹣U2﹦2KGsinθ………………1-2.2

從圖2.2可以看出sinθ﹦△11/L 1-2.4

式中L……導輪輪距500mm

• 1……水平位移mm  KG=2500mv/g

θ---傾斜角

從1-2.4式可以得到

• 1﹦（U1﹣U2）L/2KG………1-2.5

對于一個測孔，在確定的方向上，各點測試位移的總和為

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

計算示例見表1-2.1

2.2測讀儀

HM-CXZ測讀儀是存儲式測讀儀，是測斜儀的二次儀表。存儲量50個測孔、4個測試方向、每個孔深135米的信號。顯示輸出測試數據、為測頭提供電源、通過通信電纜、將測試數居傳送到計算機中，從而計算機中按程序進行數據處理。

組成有液晶顯示器，單片機、存儲器、操作控制電路、可充電電池、電源轉換器、補償電路等。

測讀儀的組成和各部分的功能詳見1.2.2節

使用方法：打開電源開關，開機后，按測試鍵，測讀儀進入工作狀態。按功能鍵，面板上的箭頭將順序指向孔號、方向或測試點號。每次進行測試前，都必須對測孔號、方向和測試點號進行選擇，這樣將要存儲的數據才能存入的位置。

• 數據處理成果表

該數據處理成果表屬數據處理的一個重要部分，列出該表的另一個目的是為用戶展示數據處理方法，供用戶對照數據處理方法。

表1-2.1數據處理成時果表

深度m 初測值 0測值 180測值  差值  變化值  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.從測讀儀上讀取數據時，不讀小數點，只讀有效數據

b．表中的數據除了深度的單位是米，位移的單位是毫米，其它數據均為測讀儀上顯示的數據。

4. 精度分析

測斜儀的精度主要取決于測頭的測理精度、測讀儀的轉換精度、數據處理的正確性、測斜管的質量以及使用中的問題，比如：測頭導輪的晃動和轉動是否靈活等。下表列出HM系列測斜儀的與美國SINCO公司測斜儀性能的比較。

表1-3.1CX系列測斜儀與美國SINCO公司測斜儀性能的比較

第二部分 數據采集

• 儀器的準備

在進入現場測試之前，應當對測斜儀進行檢查，確保儀器正常工作。

方法如下：

1.1儀器檢查

1.1.1將測頭、電纜和測讀儀連接好并打開測讀儀上的開關，按測試鍵，使測斜儀正常工作。

1.1.2將測頭豎直放，沿著由4個導輪組成的平面，傾斜測頭，當測頭朝高輪方向慢慢傾斜時，測讀儀上顯示的數據為正并逐步增大，直至1.9999，在繼續增大傾角時，測讀儀顯示將超出量程，出現＞＞＞符號，反之，將測頭朝低輪方向慢慢傾斜時，數據為負，且當傾斜角增大時，數據也在增大，直至-1.9999后，再增大傾角時，也將超出量程，出現＞＞＞符號。

1.1.3將測頭放入豎進測試導管中，觀察屏幕上顯示數據的穩定性，如果在幾分鐘之內，數據跳動更大，數據跳動在2-3個字范圍，就認為數據穩定，如果數據跳動更大，需要較長時間的觀察，判斷數據不穩定；當認為數據是穩定的，記錄屏幕上的讀數U1，將測頭從測試導管中提出，調轉1800，當數據穩定后，記錄讀數U2。當調轉1800后，為了使點號快速回“1”可長按▼鍵。

1.1.4測量測讀儀內部電池電壓

按“切換”按鈕，屏幕上將顯示要測的電池電壓，如果電壓低于4.6V,說明電壓不足，可能要維持較長時間的測試會有問題，應考慮是否充；一般情況下，使用前一天，應當有效充電15-17個小時以上。在滿足以上情況下，就認為儀器可以進行現場實際測試工，在不出現損壞的情況下，出現數據的不正常，應當首先考慮與測斜儀以外的其它因數，如測斜管的質量、埋設狀況或有無異物、電纜是否扭繞等因數。

• 實際測試

2.1準備工作

連接測斜儀，將測頭、電纜和測讀儀，打開測讀儀上的開關，并進入測試狀態，以保護測頭中的傳感器，增加抗沖擊的能力。用扳手將測頭的連接器、適當擰緊，防止松動。

• 進行測試

 a測試方向的確定

根據工程情況的分析，確定要測試的方向數，一般要測試一個方向或二個方向，用東-西向，或南-北向代表一個方向測試正反兩次，目的是消除零位差。測試方向確定后，建議將高輪對準可能傾的方向既測試的正方向進行測試，此次記錄時應在方向東或方向南的指示下記錄,記錄完畢后,然后反轉180度在方向西或方向北下記錄,以便繪圖時，符合一般的坐標習慣。軟件在計算時將東和南作為A0,西和北作為A180.東西和南北只作為測孔的方向標識,測量時可以與實際方位不*.

b.位移計算方法

  巖土內部們移的計算方法分為正序和倒序，即從地面向深處計算為正序，從深處向地面計算為倒序，一般情況下，倒序計算時，需要將測管深入至不變的基礎處,如巖石處.正序時,測斜管口處的方位,需要使用經緯儀等儀器對不同時間的確切位置進行確定，以便對測試結果時行修正。

   C 將測讀儀上的孔號、方向選好，光標處于點號處，將測頭按選定的方向，如倒序算法，慢慢放入所需深度，等數據穩定后，按存儲鍵，聽到響聲后，該點數據已存儲，點號數自動加一，此時將測頭往上提高一個標志，即0.5米，待數據穩定后，按存儲鍵，當聽到響聲后，第二點數據就已存儲，依此類推，直至孔口:將測頭提出，轉動180度，再放入測孔底部，如前做法，測試各點數據，此時要注意，間距與0度測試的要相同。

     d 如果需要還可以測試其它方位的數據。

     e 改換測試孔，同樣首先要選擇號、方向和點號，再進行測試。

2.2 數據傳輸

當一天測試工作結束后，利用軟件，將測讀儀中存儲的數據傳送到計算機中，進行數據處理。

第三部分  數據處理系統使用說明

• 本程序功能為50孔鉆孔測斜儀采集數據向計算機傳送。可以將測斜儀全部數據傳向計算機，可以選擇正向或逆向（1點號在上或1點號在下），可以數據列表查看，填入傳輸時間（或采集時間）等。
• 安裝：*使用程序需要安裝：點擊“測斜儀讀取安裝”程序自動安裝在計算機中。注意本程序采用C#語言編制。使用windows系統需安裝微軟NetFramework框架支持。安裝前連接網線，程序自動下載。也可以從附件壓縮程序中安裝。Vista系統免框架安裝。
• 使用：點擊“測斜儀數據讀取”畫面，點擊“選項”出現工程信息對話框，填入工程名稱，讀取順序（正向或逆向）。點擊“串口選擇”右側三角，程序自動顯示可用COM口，注意COM口不可為空。填寫完畢點擊“確定”回到數據輸入頁面。選擇好孔號，點擊“讀取”按鈕，該孔號數據開始傳送。右側下面顯示框顯示讀取進度。傳送完畢選擇下一個孔號傳送。全部完畢，可點擊數據列表。點擊左側列表的孔號，可顯示該孔數據。
• 保存；點擊“文件”保存，.CSV文件出現“另存為”，可以選擇保存數據文件的地址，將數據保存，備Excel粘貼處理用。
• 有關EXCEL表格的操作祥見光盤部分

第四部分     使用后的保養

1  保持清潔：當每天使用測斜儀后，應當清理測斜儀上的泥沙等污物，吹干后，上潤滑油，避免生銹，一旦生銹后應當及時除銹；需要注意的是，在給輪軸上潤滑油，不要給傳輸信號的接頭針或孔上涂油 ，以免影響導電性能。

測斜儀屬于精密儀器，應當輕拿輕放，特別是測頭，測頭中的傳感器是石英撓性伺服加速度計，耐沖擊100g，在受到硬的撞擊時，就可能損壞傳感器。

運輸

在運輸過程中包括汽車、飛機、火車等，只要將測頭放入測頭盒中扣緊，一般不會造成損壞。

2  電池的保養

測斜儀使用的電池是鎘鎳蓄電池，使用7AH容量電池，廠家規定，壽命為500次充放電，*使用時，要充放電2-3次，方可充滿電。使用大于400ma電流充電15小時以上，可以使用戶在工地連續工作6個小時以上。

當測斜儀不使用時，為了不損壞電池，應當隔半個月，進行一次充電，*不充電可能告宬電池的損 壞。

3常見故障以及修理

3.1常見故障及原因

3.2修理

一般情況下，用戶在有一定儀表修理基礎的情況下，可以根據幫障情況仔細進行修理，對于沒有修理基礎的使用者，是認真讀說明書，仔細修理不可盲目修理，以免造成更大的損壞。

• 率定

測斜儀和其它儀表一樣，需要定期檢定（率定），一般一年一次，檢定時，主要是對測頭的靈敏度、標度因數、零偏、正反性不對稱性電纜絕緣度等時行檢定和調整。

第五部分  交付與驗收

1.交付驗收

檢驗是生產單位，在產品完成裝配、調試后，由質量管理部門依據企業標準進行檢測，合格后，開據合格證，交付驗收是在檢驗的基礎上交付給用戶的一種驗收。驗收內容如下表所示：

• 隨機附件

• 測斜桿個（帶減振測頭一個）
• 電纜一根（含測頭）
• 測讀儀一個（含遙控器）
• 通訊線一根
• 軟盤一盤
• 充電線一條
• 扳手一把
• 合格證一份
• 使用說明書一份
• 背帶一個
• 緊固螺絲兩個

• 質量保證

廠家對產品實行一年保修，在一年之內心因質量問題造成的故障，由廠家免費維修或更換，凡因使用不當造成的故障，實行有償維修，測頭中的傳感器是石英薄片，耐沖擊100g，超過時，就可能造成損壞，因此，需要輕拿輕放。

測頭上的導輪、電池、電纜上的標記不在保修范圍。電纜在使用中避免扭轉，扭轉時除了影響測試精度外，可能造成導線斷開，也可能造成接頭中進水，造成數據不穩定。