在巖土工程領(lǐng)域，往往需要對(duì)地面以下一定深度的巖土體或者工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)，諸如：可能產(chǎn)生在不穩(wěn)固邊坡（滑坡）或挖方工程周圍的側(cè)向運(yùn)動(dòng)等?；虮O(jiān)測(cè)堤壩、芯墻的穩(wěn)定性，打樁或鉆孔的布置的偏差，以及在回填、筑堤和地下儲(chǔ)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(cè)量，因此人們一般利用測(cè)斜儀對(duì)地下一定深度的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

在使用測(cè)斜儀進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)時(shí)，通常要在土體的鉆孔內(nèi)安裝一根管、或?qū)⒐軡仓诨炷两Y(jié)構(gòu)中、也可將管埋在筑堤等之中。這種用來觀測(cè)土體內(nèi)部水平位移的管，即為測(cè)斜管。

固定測(cè)斜儀是一種定點(diǎn)測(cè)量?jī)A斜角度的儀器，可以在同一測(cè)斜管內(nèi)把多支測(cè)斜傳感器串聯(lián)起來分布在不同高程，用于測(cè)量測(cè)斜管內(nèi)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(cè)斜儀，常用于活動(dòng)式測(cè)斜儀不易長(zhǎng)期測(cè)量的場(chǎng)合，可以安裝在大壩水庫(kù)水位以下觀測(cè)人員難以到達(dá)的位置，可以安裝在高邊坡危險(xiǎn)的滑坡上觀測(cè)人員上下困難的位置，觀測(cè)人員只要在觀測(cè)室進(jìn)行遙測(cè)即可。

固定式測(cè)斜儀的原理為：重力加速度計(jì)，測(cè)量地球引力在測(cè)量方向上的分量?？赏瑫r(shí)測(cè)量X/Y兩個(gè)方向傾斜變化，從而通過計(jì)算可以得出該點(diǎn)的傾斜方向與傾斜角度；并可直接掛接總線系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集。如測(cè)量范圍小，對(duì)測(cè)量精度要求較高。

活動(dòng)式測(cè)斜儀是目前應(yīng)用較為廣泛的測(cè)斜儀器。

活動(dòng)式測(cè)斜儀主要由電纜、加速度計(jì)、讀數(shù)儀等部件組成。測(cè)斜探頭為一個(gè)鉛錘擺，可依據(jù)自身提供的恢復(fù)能力在受擾動(dòng)后恢復(fù)到零點(diǎn)位置，測(cè)斜桿偏轉(zhuǎn)角度越大，鉛錘擺歸零所需的恢復(fù)力越大，恢復(fù)力的大小可轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過與讀數(shù)相連的電纜上傳至讀數(shù)。

但是在一些情況中，這種活動(dòng)式測(cè)斜儀存在一定的局限。例如，在滑坡過程中，巖土體的運(yùn)動(dòng)和變形會(huì)很大，使得測(cè)斜管出現(xiàn)很大彎曲。

此時(shí)，傳統(tǒng)的活動(dòng)式測(cè)斜儀在測(cè)量過程中就會(huì)受限。針對(duì)此種情況，為監(jiān)測(cè)巖土工程中不穩(wěn)定的邊坡，HPSYSTEM公司與Optosensing公司聯(lián)合開發(fā)了混合型傾斜儀——HPS混合傾斜儀系統(tǒng)。

HPS混合測(cè)斜儀系統(tǒng)，是一種結(jié)合光纖傳感與MEMS傳感技術(shù)的創(chuàng)新型測(cè)斜系統(tǒng)，此測(cè)斜儀能夠?qū)崿F(xiàn)局部布設(shè)部位的變形，在測(cè)斜管彎曲過大時(shí)同樣可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量。

該系統(tǒng)包括一根聚乙烯管，其內(nèi)部?jī)?nèi)嵌光纖技術(shù)中的分布式光纖傳感器和納米技術(shù)中的數(shù)字傳感器。MEMS傳感器用來提供進(jìn)一步的反饋數(shù)據(jù)來驗(yàn)證來自光纖的數(shù)據(jù)，從而提升系統(tǒng)性能。此外，MEMS傳感器可以重置來自數(shù)學(xué)模型的積分誤差，從而獲得光纖的應(yīng)變。

用于建立變形剖面的數(shù)學(xué)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(yīng)變的函數(shù)。

技術(shù)規(guī)格

管內(nèi)采用由HPSYSTEM公司開發(fā)的MEMS雙軸傳感器，對(duì)來自彎矩積分產(chǎn)生的誤差進(jìn)行校正，因此，它通過提供反饋數(shù)據(jù)來驗(yàn)證光纖獲得的測(cè)量結(jié)果，從而提高了性能。

系統(tǒng)內(nèi)部的每個(gè)MEMS傳感器在數(shù)字總線上輸出一個(gè)信號(hào)，除了傾角值外，還使功能參數(shù)可用于診斷，如電源和溫度的值。傾斜儀的測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)單元。

在MEMS技術(shù)中使用雙軸加速度計(jì)可以提高性能標(biāo)準(zhǔn)。

MEMS傳感器技術(shù)規(guī)范

混合測(cè)斜系統(tǒng)可用于垂直和水平布置，并可用于收斂測(cè)量。

在垂直配置中，安裝傾斜儀系統(tǒng)的巖土體發(fā)生變形，導(dǎo)致管道變形，從而導(dǎo)致傳感纖維的壓縮和伸長(zhǎng)。因此，在安裝了該系統(tǒng)的巖土體中，沿著四根纖維的應(yīng)變剖面的測(cè)量，可以獲得管道的三維變形，或測(cè)斜剖面。傾斜儀系統(tǒng)放入地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的鉆孔中，并灌漿。一旦固化完成，DY次參考零點(diǎn)測(cè)量將作為后續(xù)測(cè)量的初始值。

混合技術(shù)測(cè)斜儀系統(tǒng)采用水平布置時(shí)，即使在與地面平行的平面上也能測(cè)量位移和變形。該特征可用于監(jiān)測(cè)滑坡前緣相對(duì)于其外部位置的水平位移。

如果系統(tǒng)被布置在隧道的斷面上，它可以進(jìn)行精確的收斂測(cè)量。

該混合式測(cè)斜儀具有通用性強(qiáng)、體積小、性能高的優(yōu)點(diǎn)，克服了使用傳統(tǒng)儀器的限制，防止由相同的地面變形對(duì)系統(tǒng)造成的損害。