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HPS光纤MEMS混合倾斜系统

为监测岩土工程中不稳定边坡，HPSYSTEM公司与Optosensing公司联合开发了混合型倾斜仪——HPS混合倾斜仪系统，这是一种结合光纤传感与MEMS传感技术的创新型测斜系统，从而实现测量系统布设部位的变形。
该系统经济、体积小、性能好。它利用了这两种技术各自的优势。

表1：技术规格

最大误差，MEMS 5m间距	3.5mm
材质	聚乙烯（PE）
输出	数字&光

更具体地说，该系统包括一根聚乙烯管，其内部内嵌光纤技术中的分布式光纤传感器和纳米技术中的数字传感器。MEMS传感器用来提供进一步的反馈数据来验证来自光纤的数据，从而提升系统性能。此外，MEMS传感器可以重置来自数学模型的积分误差，从而获得光纤的应变。
用于建立变形剖面的数学模型采用了伯努利梁理论，包括弯矩分量的积分，以及管材的杨氏模量和管材几何形状的积分。Mx (z)和My (z)(在通用部分z中，分别是x轴方向的分量和y轴方向的分量)，其值是应变的函数。
管内，采用由HPSYSTEM公司开发的MEMS双轴传感器，对来自弯矩积分产生的误差进行校正，因此，它通过提供反馈数据来验证光纤获得的测量结果，从而提高了性能。

图1 -混合倾斜系统

系统内部的每个MEMS传感器在数字总线上输出一个信号，除了倾角值外，还使功能参数可用于诊断，如电源和温度的值。倾斜仪的测量数据存储在本地，并传输到数据采集和存储单元。

图2 -配置

通过这种方式，如果不需要连续的测量，只是周期性地进行光学数据的采集，也可以租用光学数据采集单元。
在MEMS技术中使用双轴加速度计可以提高性能标准。

表2 - MEMS传感器技术规范

测量量程	±90°（可选择）
灵敏度	±0.01°LSB
精度	±0.1°
工作温度范围	-10°C~+85°C
工作电压	4.75±26Vdc
工作电流	22mA~100mA
输出	数字，标准AD
重量	约500g
防护等级	IP68~200

上述的混合测斜系统可用于垂直和水平布置，并可用于收敛测量。
在垂直配置中，安装倾斜仪系统的岩土体发生变形，导致管道变形，从而导致传感纤维的压缩和伸长。
因此，在安装了该系统的岩土体中，沿着四根纤维的应变剖面的详细测量，可以获得管道的三维变形，或测斜剖面。
倾斜仪系统被适当地放入要监测的地面上的钻孔中，并灌浆。一旦固化完成，第一次参考零点测量将作为后续测量的初始值。
相反的，混合技术中的测斜仪系统采用水平布置，即使在与地面平行的平面上也能测量位移和变形。该特征可用于监测滑坡前缘相对于其外部位置的水平位移。
如果系统被布置在隧道的断面上，它可以进行较精确的收敛测量。

该混合式测斜仪具有通用性强、体积小、性能高的优点，较好克服了使用传统仪器有关的限制，较好防止由相同的地面变形对系统造成的损害。