基于传感技术的土体位移监测系统（论文）.pdf

· 57· 1 Flex传感器方案设计 1.1 Flex?+vP 8 Flex传感器是具有波状纹理的导电油墨材料，或者其他 金属半导体粒子等材料混合到一种弹性体结构内部，在内部 通道里嵌入离子液体作为可变导体。 Flex传感器的工作原理 为 ：传感器的弯曲角度导致传感器的输出电阻发生系统性变 化，进一步将物理能量转化为传感器的电阻值。 Flex传感器弯曲的角度系统性变化如图 1所示，其横向位 移为 ： 2− 90 si n × α ° = b x （1） bb bα -α/2 90° 90° 图1 Flex弯曲传感器弯曲前后示意 竖向位移为 ： 2− 90 co s × y α ° − = b b （2） 式中 ： α为不同深度处的角度变化，包括 Flex弯曲传感 器测得的角度和底部传来的角度 ； x为相应深度处的水平位移 ； b为弯曲段的总长，即相对应的转轴一侧保护壳的长度。 1.2 Flex?+v%? 商业化的 Flex传感器包括 2个型号（Flex 2.2 和Flex 4.5 ）。 Flex 2.2 型号的传感器的长度、宽度、高度分别为 70 mm, 7 mm, 1 mm，而Flex 4.5传感器长度、宽度、高度分别为 100 mm, 7 mm, 1 mm。 研究中采用外直径为 8 mm的热缩套管对 Flex传感器进行 保护，为了保证传感器对连接端发生角度大小的测量精准度， 采用铝合金材料进行传感器的封装，连接端内部位置进行抛 光处理，保证整体传感器转动的灵活性。 如图 2所示，研究中采用的 Flex测斜传感器由 4部分组成， 包括 Flex传感器、连接铰、固定端和连接圆杆。固定保护端 尺寸为 ：长度、宽度、高度分别为 120 mm, 30 mm, 5 mm；在 其中间预留一个宽为8 mm，高为2.2 mm的凹槽，将 Flex传感 器放置凹槽位置 ；连接端的内、外圆半径和高度分别为 5 mm, 3 mm, 5 mm；连接圆杆半径和高度分别为 3 mm和30 mm，与 固定保护端一样，连接圆杆中间预留一个宽为 8 mm，高为 2.2 mm的凹槽。 Flex沉降传感器的长度、宽度、高度分别为 135 mm, 30 mm, 5 mm，在其中间预留一个宽为8 mm，高为2.2 mm的凹 槽，将 Flex传感器放置其中。 为了防止传感器的整体弯曲程度过大会造成电阻的变化， 本研究采用增材制造技术打印传感器，使用日本精工株式会 社制作的高精度轴承，限制传感器只能单向弯曲，这样一来 不仅集中了传感器的弯曲点，并且提高传感器的精度。 1.3 Flex ?×?+v?G?r 如图 3所 示，Flex 标定试验平台由四部分共同组成，分 别包括了Flex弯曲传感器、蓝牙无线传输设备、信号接收设 备和角度显示器。本标定试验标定的 Flex传感器数量为 6个， 标定范围从 0 °到60 °，每次弯曲角度为 5 °。 ［摘 要］ n???/ ? ?*?? ??入?。n Flex ?×?+???M?
I?????%? t 15 ? ?*??+v， 化 Flex?+v?g hP 8 ，化?众?rf??+商 ???g0???$ ????? ，??听 ：修?+商 h ?亦 hQ 60 º，卢 Yg 0.5 º~0.7 º ·。n? ? f?其{?r凹??+商? ?r ，??众?r基好? ，0? ?基 好??s?r ，?? f?基好:g?! 。修 Flex *??+v?sn?]Q*? 、世? ??凹???M?? ，[ 垢? 坤b t 15?º?。 ［关键词］ Flex ?+v ；? ? ? ；垢 ?基好 ［中图分类号］ TU 71bbbbb ［文献标志码］ Abbbbb ［文章编号］ 1001–523X（2021）12–0063–02 Soil Displacement Monitoring System Based on Sensor Technology Zhu Rui-xi ，She Guo-sheng，Duan Jing-chuan，Song Wei-qiang ，Liu Wen-li ［Abstract ］In the process of building construction，soil displacement monitoring of foundation pits has received more and more attention. A soil displacement sensor is designed and verified based on Flex technology and Bluetooth wireless technology. By using the principle of angle measurement of the Flex sensor，the linear relationship between the sensor's bending angle and the sensor signal change is obtained through calibration test. The results show the maximum measuring range of the sensor is 60º，and the sensitivity is 0.5º-0.7º. Combined with the laboratory model loading test ，performances of the sensor are verified ，the displacement result is calculated through the calibration test，and the displacement result obtained by the traditional displacement meter is compared and analyzed. The Flex displacement sensor can be used for real-time wireless monitoring of displacement ，settlement and other parameters of foundation pit engineering，which provides a new method for geotechnical monitoring. ［Keywords ］Flex sensor；monitoring system ；soil displ