GK-6150EMES固定式测斜仪安装使用手册(REV A)
基康仪器
The World leader in Vibrating Wire Technology
GK-6150MEMs传感器型固定式测斜仪
安装使用手册
（REV A）
基康仪器（北京）有限公司编译
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目录
1.介绍 (1)
1.1. 测斜仪传感器原理 (1)
2.安装 (4)
2.1 初步检验 (4)
2.2 6150组装 (4)
2.3 连接集线箱或数据采集系统 (6)
3.读数 (6)
3.1 数据采集系统读数 (6)
3.2 RB100X读数仪 (7)
3.3 温度测量 (7)
4.数据处理 (7)
4.1. 倾斜计算 (7)
4.2. 温度修正 (8)
4.3. 偏移量（扰度）计算 (8)
4.4. 环境因素 (9)
4.5. 计算示例 (10)
5.故障排除 (11)
附录 A- 技术指标 (12)
A.1.MEMS传感器 (12)
A.2.热敏电阻(参见附录B) (12)
附录 B- 半导体温度计温度推导公式 (13)
附录 C- 电缆连接 (14)
1.介绍
GK6150测斜仪设计用于长期监测大坝、基础墙等类似建筑的变形。仪器的基本原理是利用在建筑物内部钻孔，装入倾斜仪传感器，以测量建筑物或结构内部的倾斜状态。在钻孔内安装多只倾斜仪可以更加准确的监测建筑物或构筑物内部的变形情况，见图1。
图1 – GK6150传感器示意图
1.1. 测斜仪传感器原理
传感器内有1组或2组MEMS（微型机电系统）传感器密封在壳体内部。传感器上部有一个安装支架，可与滑轮组件固定。一个滑轮为定滑轮（固定轮），另一个滑轮具有弹性，保证传感器在有槽的测斜管内位置居中，并可沿测斜管向
下滑动，且不会整体旋转。传感器下端有一个突出的部件，可与连接杆固定。电缆由测斜管的管口引出。双轴传感器装有两组MEMS传感器，互成90°。仪器内部装有热敏电阻，用以测量温度。
图2 –单轴倾斜仪传感器
注意：强烈建议在安装仪器时使用安全钢缆。这不但可以保证仪器在进入测斜管内意外脱落时可以用安全绳将仪器拉回，更可保证仪器在安装过程中，可以平稳的放入测斜管中。
标准测斜仪（独立电缆 ） 可选测斜仪（电缆链接方式）
图3 –双轴倾斜仪传感器
2.安装
2.1 初步检验
标准系统
感器都有一张率定表，表上给出了输出电压
与倾角之间的关系。将传感器电缆接入数据
采集系统，或RB100X读数仪（见第3节）。
红与黑组导线为电源输入，黑（B）与白（A）
为电压输出。通过改变传感器位置粗略观察
传感器读数是否正常，传感器应该有稳定的
读数。温度电缆为绿与黑一组导线，可以通
过欧姆表来测量电阻，对比表B-1查出温度
值，以确定环境温度。或直接使用BGK408/GK
－403读数仪测量温度。
绝缘性能也可通过欧姆表来测量，绿与
黑导线之间的电阻在25℃时应为3000Ω（见
表B-1）。任何导线与外壳之间的电阻应大于
2兆欧。
2.2 6150组装
1．连接安全绳（钢缆），根据需要连到底部滑轮带螺丝孔的部件，保险绳可选用尼龙绳或合适的钢丝绳。
2．将第一段连接管接到底部滑轮组件
上，这段管的长度以设计的尺寸为准（某些
情况下，两根以上的管可用连接件连在一
起）。用配套的螺丝、螺母连接安装，并在螺
纹连接处滴一滴 “Loctite（乐泰）—271”
螺纹锁固剂（需另购）将安装好的螺丝锁紧。注意：连接管公差要紧密配合。若螺丝不能通过连接处，要用钻扩孔。
3．接下来安装下一只传感器。安装时应注意仪器的方向。即：仪器上标有“+”的方向，应符合设计要求。
顶部传感器通常与滑轮组件连接，固定轮与倾斜的正方向一致。
安装双轴传感器时，齐靠底部的传感器连接在顶部仪器顺时针旋转90°的位置（通常使用专用部件刚性连接），就是B+方向。见图4。
图5 – 双轴传感器方向
仪器装好后，即可放入测斜管，使用安全绳索或钢缆。双轴传感器应确保顶部轮件指向A+方向。通常（建议使用）A+方向与预期的位移方向一致，也就是被监测的开挖方向，或者在监测边坡的稳定性时偏向下坡的方向。确保底部轮件和万向节也按该方式连接并确保仪器下落过程中不会旋转。
安装时建议将滑轮轴承上涂抹适量的机油，以保证滑轮灵活转动。
在测斜管上端组件固定的同时，将另一组传感器、滑轮组件和万向节连接并降至同一方向。这时系统重量已经很大，组装时要使用压力钳以免测斜仪组件掉入孔中。建议使用绞盘将组件牵引，也便于传感器的检查、维修或回收。
传感器沉入钻孔后，应将电缆盘起，随着仪器的下沉，逐渐放入，以免电缆相互干扰。建议在电缆上每隔一段距离做上标记，以免混淆。
继续组装剩下的仪器连接管、传感器、滑轮组件，直到安装完最后一个传感器。这时，顶部托架必须与上部的滑轮组件（或仪器连接管）相连接。组件与滑轮（或管）用螺栓连接，方法同前 。然后降至顶部托架的位置。测斜管口必须相对平直，以防对顶部传感器轮件产生干扰。
传感器就位后，连接电缆至读数位置，并进行终端连接或固定。安装完毕可立即读数进行检验。建议系统稳定几小时后，再采集记录初始读数。
2.3 连接集线箱或数据采集系统
人工读数可使用RB100X读数仪，可将电缆接入集线箱，并可通过集线箱进行仪器的切换（见附录A）。如果使用数据采集系统，电缆可对应通道编号直接接入。
3.读数
3.1 数据采集系统读数
通常情况下，采集系统可自动对测斜仪进行连续测量。
接入GK8020 Micro10系统时，应对应下列各项：
红线 = 12 V直流电源+
（红）黑 = 接地（-）
白 = A 轴信号（＋）
（白）黑 = A 轴接地（－）
绿 * = B 轴信号（＋）
（绿）黑 * = B 轴接地（－）
裸线 = 屏蔽
注意：双轴系统接入CR10系统时必须使用继电器转换2H/2L与4H/4L。 在单轴传感器中，绿色与黑色组导线一般用于测量热敏电阻。如有必要最好人工测量，或单独接入数据采集系统。
3.2 RB100X读数仪
RB100X读数仪设计用于野外人工读取测斜仪数据，此读数仪没有存储功能。适合用于不需连续监测的情况，也适用于安装期间或在自动采集系统没有组建时使用。
按照RB100X读数仪接线板端子的标记单独接入传感器即可。
3.3 温度测量
温度的变化对MEMS传感器的影响极小，通常可以忽略不计。如果发生温度对倾斜仪的测量产生影响时，可通过测量每只测斜仪的工作温度来消除。因此，每只测斜仪都装有热敏电阻用于测量温度，以消除温度的影响。
1)测量温度时，可用欧姆表连接热敏电阻的电缆（由于温度变化时，热敏
电阻阻值变化非常大，因此电缆电阻通常可忽略）。
2)温度可以通过电阻阻值对应表B-1查出，也可根据B-1提供的公式计算
得出。也可使用GK-403或BGK－408读数仪来直接测量并显示温度值。
4.数据处理
4.1. 倾斜计算
MEMS传感器的输出电压与垂直方向倾角的正弦成比例。在+/-15度，传感器的最大输出电压大约为4V。
RB100X读数仪A或B通道的读数“R”与倾角 “θ”之间的关系入下：
θ =Sin –1(RG) 或 Sinθ = RG
公式 1 倾角与电压换算.
这里“R”是测量得到的电压值；“G”是率定表中给出的仪器系数。
注意：因是关心的是倾度变化，在倾角为较小的零读数可忽略。
4.2. 温度修正
GK6150型测斜仪的输出量随温度的变化有一很小的改变，即：温度每升高1°C，读数减少0.0005V。因此，温度的修正可用下述公式：
Sinθ
温度修正 = [R+ 0.0005 (T
1
-T
)]G （度）
公式 2 倾斜计算的温度修正
通常情况下，温度的变化非常小，可不考虑温度修正。
如果要求精度较高，可用公式“R+0.0005（T
1-T
）”代替
公式4中的 “R”。另外，温度的突变还可能引起结构以及测斜仪的突变，这将在读数上显现出来。因此，应始终记录仪器的温度并做比较，并且尽量在仪器和结构处于温度平衡时读数，最佳监测时间是傍晚或清晨的几个小时内。
4.3. 偏移量（扰度）计算
顶部偏移量等于各段偏移量的总和。每一段的偏移量可通过Lsinθ计算得出。这里L是两只传感器之间的长度，θ是这段传感器测得的垂直面方向的偏移角度。将每段的偏移量累加，即得出测斜管管口的偏移量（如图6，通常由钻孔底部向上累加）。即：
D5 = L1sinθ1+ L2sinθ2+ L3sinθ3 + L4sinθ4 +L5sinθ5
公式3 偏移量计算
如果忽略温度修正，则
D5 = G1L1R1 + G2L2R2 + G3L3R3 + G4L4R4 + G5L5R5
偏差变化ΔD为：
ΔD
n = Σ G
n
L
n
ΔR
n
公式4 偏移变化量计算
4.4. 环境因素
安装测斜仪是为了监测测现场条件，对于影响这些条件的因素都要进行观测、记录。有时一点小变化可能对于检测的结构特征产生重要影响，也可能是对潜在问题的早期征兆。以下是其中一些因素，但不仅限于此：暴风、降雨、潮汐或水库水位、开挖与填筑、交通、温度、大气压变化、周围建筑人员活动、季节变化等。
图7 GK6150 测斜仪标准率定表表样
4.5. 计算示例
MEMS传感
钻孔#1
器偏差计算
传感器长度深度高程G R0 T0
米米米伏特温度℃
地表 0
633
20
1 5 5 628
0.062710.582
0.063030.5632
18
2 5 10 623
18
0.062210.5495
3 5 15 618
0.062950.532
17
4 3 18 615
0.062840.5144
17
5 2 20 613
17
0.062910.4883
6 3 23 610
17
0.062730.4321
7 5 28 605
17
0.062890.3962
8 5 33 600
R GLDeltaR偏移Acc Defl
Delta
R1corr
R1
T1
伏特温度℃mm
Surface 25.30
1 0.580
2 10 0.5852
0.0032 1.00 24.29
0.0042 1.32 22.97
2 0.5644 12 0.5674
0.0142 4.42 18.55
3 0.5632 17 0.5637
0.0194 3.66 14.89
4 0.5514 17 0.5514
0.0458 5.76 9.13
5 0.5602 17 0.5602
0.0286 5.40 3.74
6 0.5169 1
7 0.5169
7 0.4404 17 0.4404
0.0083 2.60 1.13
0.0036 1.13 0
8 0.3998 17 0.3998
5.故障排除
GK6150型测斜仪的维护和故障排除仅限于电缆连接的定期检查和终端的维护，传感器本身是密封的，不能打开检查。
如果有问题，查看下列问题及解决方法，如果仍有问题，咨询厂家帮助解决。
症状：测斜仪读数不稳
9附近是否有电噪源？大多数电噪源可能来自发动机，电动机，电焊机以及大功率的无线电天线。将电缆挖沟埋设并做金属网屏蔽，可适量消除电噪影响。
也可利用手动读数仪读数。
9读数仪是否与另外一只仪器接在一起？如果不是，可能是读数仪电池电压低或者出现了故障。
症状: 没有读数
9电缆是否被剪切或被压断？这可以使用欧姆表来测量电缆阻值。热敏电阻25℃时电阻应该为3000欧姆. 记住要加上电缆的电阻(22AWG绞合铜芯导线电阻大约为14.7Ω×2 /1000英尺或48.5Ω×2/km ). 阻值很高﹝兆欧）或无穷大，电缆极可能有断路. 阻值很低（≤20Ω或接近零，电缆可能有短路）
9读数仪是否与另外一只仪器接在一起？如果不是，可能是读数仪出现了故障. 症状: 热敏电阻组值过高.
9是否断路? 检查所有连接、终端和插头。
症状: 热敏电阻阻值太低.
9是否短路? 检查所有连接、终端和插头。
9测斜仪或电缆可能进水，有可能无法补救。
附录 A- 技术指标
A.1.MEMS传感器
型号: 6150
量程: ±15°
灵敏度:1+/-12 弧秒, (+/- 0.06mm/m)
精度 0.1% FS
线性: 0.2%F.S (在+/- 5度时), 0.5% FS (在+/- 10 度时).
十字轴灵敏度 4%
温度漂移: - 0.5弧秒/℃
工作温度 -40 to +85° C
-40 to 200° F
工作电压 12 VDC regulated to 5VDC ±0.25VDC 传感器输出量: +/-5 Volts @ FS
耐冲击: 20,000g
热敏电阻: 3000? 时为 25o C
传感器直径: 32 mm, (1.250").
长度: 187 mm,(7.375").
重量: 0.7 kg. (1.5 lbs.).
材料: 304 不锈钢
电缆: 3组 (共6根芯线) 24 AWG
屏蔽线, 绝缘电缆, 标准直径=6.3 mm (0.250")
表A-1 6150 EMES传感器技术指标
注:
1 对于最好的结果要用一台4?位的高精度（0.02％）数字电压表。
取平均值将得到约 2弧秒的分辨率
A.2.热敏电阻(参见附录B)
量程：－80到＋150℃
精确度：±0.5℃
附录 B- 半导体温度计温度推导公式
半导体温度计类型：YSI 44005,Dale＃1C3001-B3,Alpha＃13A3001-B3
电阻转化为温度的公式：
T A B LnR C LnR =
++?1
27323()()
.
公式 B －1 半导体温度计阻值-温度换算关系
这里： T ＝摄氏温度
LnR =阻值的自然对数
A=1.4051×10-3(在-50至+150℃范围内计算有效) B=2.369×10-4 C=1.019×10-7
Ohms Temp Ohms Temp Ohms Temp Ohms Temp Ohms Temp 201.1K -50 16.60K -10 2417 +30 525.4 +70 153.2 +110 187.3K -49 15.72K -9 2317 31 507.8 71 149.0 111 174.5K -48 14.90K -8 2221 32 490.9 72 145.0 112 162.7K -47 14.12K -7 2130 33 474.7 73 141.1 113 151.7K -46 13.39K -6 2042 34 459.0 74 137.2 114 141.6K -45 12.70K -5 1959 35 444.0 75 133.6 115 132.2K -44 12.05K -4 1880 36 429.5 76 130.0 116 123.5K -43 11.44K -3 1805 37 415.6 77 126.5 117 115.4K -42 10.86K -2 1733 38 402.2 78 123.2 118 107.9K -41 10.31K -1 1664 39 389.3 79 119.9 119 101.0K -40 9796 0 1598 40 376.9 80 116.8 120 94.48K -39 9310 +1 1535 41 364.9 81 113.8 121 88.46K -38 8851 2 1475 42 353.4 82 110.8 122 82.87K -37 8417 3 1418 43 342.2 83 107.9 123 77.66K -36 8006 4 1363 44 331.5 84 105.2 124 72.81K -35 7618 5 1310 45 321.2 85 102.5 125 68.30K -34 7252 6 1260 46 311.3 86 99.9 126 64.09K -33 6905 7 1212 47 301.7 87 97.3 127 60.17K -32 6576 8 1167 48 292.4 88 94.9 128 56.51K -31 6265 9 1123 49 283.5 89 92.5 129 53.10K -30 5971 10 1081 50 274.9 90 90.2 130 49.91K -29 5692 11 1040 51 266.6 91 87.9 131 46.94K -28 5427 12 1002 52 258.6 92 85.7 132 44.16K -27 5177 13 965.0 53 250.9 93 83.6 133 41.56K -26 4939 14 929.6 54 243.4 94 81.6 134 39.13K -25 4714 15 895.8 55 236.2 95 79.6 135 36.86K -24 4500 16 863.3 56 229.3 96 77.6 136 34.73K -23 4297 17 832.2 57 222.6 97 75.8 137 32.74K -22 4105 18 802.3 58 216.1 98 73.9 138 30.87K -21 3922 19 773.7 59 209.8 99 72.2 139 29.13K -20 3748 20 746.3 60 203.8 100 70.4 140 27.49K -19 3583 21 719.9 61 197.9 101 68.8 141 25.95K -18 3426 22 694.7 62 192.2 102 67.1 142 24.51K -17 3277 23 670.4 63 186.8 103 65.5 143 23.16K -16 3135 24 647.1 64 181.5 104 64.0 144 21.89K -15 3000 25 624.7 65 176.4 105 62.5 145 20.70K -14 2872 26 603.3 66 171.4 106 61.1 146 19.58K -13 2750 27 582.6 67 166.7 107 59.6 147 18.52K -12 2633 28 562.8 68 162.0 108 58.3 148 17.53K -11 2523 29 543.7 69 157.6 109 56.8 149 55.6 150
表 B-1 半导体温度计阻值-温度对照表
附录 C- 电缆连接
红线 = 12 V直流电源（＋）
（红）黑 = 接地（－）
白 = A 轴信号（＋）
（白）黑 = A 轴接地（－）
绿 * = B 轴信号（＋）
（绿）黑 * = B 轴接地（－）
裸线 = 屏蔽
注意：在单轴传感器中绿、黑色导线组连接的是温度传感器的热敏电阻。