傳統測斜儀遭遇瓶頸？來看看這項“黑科技”！

在巖土工程領域，往往需要對地面以下一定深度的巖土體或者工程結構進行位移監測，諸如：可能產生在不穩固邊坡（滑坡）或挖方工程周圍的側向運動等。或監測堤壩、芯墻的穩定性，打樁或鉆孔的布置的偏差，以及在回填、筑堤和地下儲罐的土體沉陷等。然而，由于這些部分深埋地下，往往無法直接測量，因此人們一般利用測斜儀對地下一定深度的位移進行監測。

在使用測斜儀進行位移監測時，通常要在土體的鉆孔內安裝一根管、或將管澆筑在混凝土結構中、也可將管埋在筑堤等之中。這種用來觀測土體內部水平位移的管，即為測斜管。

固定測斜儀是一種定點測量傾斜角度的儀器，可以在同一測斜管內把多支測斜傳感器串聯起來分布在不同高程，用于測量測斜管內傳感器所在位置的傾斜角的變化量。固定式分為單軸和雙軸測斜儀，常用于活動式測斜儀不易長期測量的場合，可以安裝在大壩水庫水位以下觀測人員難以到達的位置，可以安裝在高邊坡危險的滑坡上觀測人員上下困難的位置，觀測人員只要在觀測室進行遙測即可。

固定式測斜儀的原理為：重力加速度計，測量地球引力在測量方向上的分量。可同時測量X/Y兩個方向傾斜變化，從而通過計算可以得出該點的傾斜方向與傾斜角度；并可直接掛接總線系統進行自動化數據采集。如測量范圍小，對測量精度要求較高。

活動式測斜儀是目前應用較為廣泛的測斜儀器。

活動式測斜儀主要由電纜、加速度計、讀數儀等部件組成。測斜探頭為一個鉛錘擺，可依據自身提供的恢復能力在受擾動后恢復到零點位置，測斜桿偏轉角度越大，鉛錘擺歸零所需的恢復力越大，恢復力的大小可轉換成電信號，通過與讀數相連的電纜上傳至讀數。

但是在一些情況中，這種活動式測斜儀存在一定的局限。例如，在滑坡過程中，巖土體的運動和變形會很大，使得測斜管出現很大彎曲。

此時，傳統的活動式測斜儀在測量過程中就會受限。針對此種情況，為監測巖土工程中不穩定的邊坡，HPSYSTEM公司與Optosensing公司聯合開發了混合型傾斜儀——HPS混合傾斜儀系統。

HPS混合測斜儀系統，是一種結合光纖傳感與MEMS傳感技術的創新型測斜系統，此測斜儀能夠實現局部布設部位的變形，在測斜管彎曲過大時同樣可以實現準確測量。

該系統包括一根聚乙烯管，其內部內嵌光纖技術中的分布式光纖傳感器和納米技術中的數字傳感器。MEMS傳感器用來提供進一步的反饋數據來驗證來自光纖的數據，從而提升系統性能。此外，MEMS傳感器可以重置來自數學模型的積分誤差，從而獲得光纖的應變。

用于建立變形剖面的數學模型采用了伯努利梁理論，包括彎矩分量的積分，以及管材的楊氏模量和管材幾何形狀的積分。Mx(z)和My(z)(在通用部分z中，分別是x軸方向的分量和y軸方向的分量)，其值是應變的函數。

技術規格

管內采用由HPSYSTEM公司開發的MEMS雙軸傳感器，對來自彎矩積分產生的誤差進行校正，因此，它通過提供反饋數據來驗證光纖獲得的測量結果，從而提高了性能。

系統內部的每個MEMS傳感器在數字總線上輸出一個信號，除了傾角值外，還使功能參數可用于診斷，如電源和溫度的值。傾斜儀的測量數據存儲在本地，并傳輸到數據采集和存儲單元。

在MEMS技術中使用雙軸加速度計可以提高性能標準。

MEMS傳感器技術規范

混合測斜系統可用于垂直和水平布置，并可用于收斂測量。

在垂直配置中，安裝傾斜儀系統的巖土體發生變形，導致管道變形，從而導致傳感纖維的壓縮和伸長。因此，在安裝了該系統的巖土體中，沿著四根纖維的應變剖面的測量，可以獲得管道的三維變形，或測斜剖面。傾斜儀系統放入地面監測點的鉆孔中，并灌漿。一旦固化完成，DY次參考零點測量將作為后續測量的初始值。

混合技術測斜儀系統采用水平布置時，即使在與地面平行的平面上也能測量位移和變形。該特征可用于監測滑坡前緣相對于其外部位置的水平位移。

如果系統被布置在隧道的斷面上，它可以進行精確的收斂測量。

該混合式測斜儀具有通用性強、體積小、性能高的優點，克服了使用傳統儀器的限制，防止由相同的地面變形對系統造成的損害。