活动式测斜仪长期监测中测量数据的修正

电力18讯：    [摘  要]针对活动式测斜仪在长期监测过程中出现的部分观测数据离散性较大、位移方向不合理的问题，分析了测斜仪的主要系统误差，提出探头角度定位旋转误差是影响现场测量结果的主要误差。通过现场实例，比较修正前后的数据，说明了角度定位旋转误差修正的合理性。图2幅，表1个。

[关键词]安全监测  测斜仪  系统误差

1  前言

随着近年来国内高边坡、深基坑工程项目的大量增加，以及有关单位对现场测量数据质量要求的不断提高，测斜仪在变形监测中的作用日益重要。测斜仪是一种高精度的角度测量仪器，不同于常规光学仪器，受气候、视线和距离等因素的影响较小。由于测斜仪在国内大规模应用的时间不长，目前的测量规范中相关内容较少，关于测量误差的研究也很少。在边坡长期变形监测中，容易出现部分测斜仪观测数据离散性较大、位移方向不合理的现象。如何消除测量时仪器的系统误差，以提供真实的变形监测数据，本文做了一些尝试。

2 测斜仪的测量误差

测斜仪的误差可以分为偶然误差和系统误差。仪器生产厂家为了提高测斜仪的测量精度，在克服仪器本身的误差方面做了大量工作，每点测量的偶然误差一般小于0．16mm，系统误差为0．11mm，偶然误差的累加为测点数的平方根，系统误差的累加为测点的倍数，例如，25m长的测斜管共需测量50个测点，偶然误差累计为1．31mm，系统误差累计为5．5mm，累计总误差约为6mm。

在变形测量中，如系统误差不变，则正、反二次测量数据相减，系统误差可以抵消，偶然误差为原来测量值的平方根倍，即25m长的测斜管，其测量误差小于1．6mm。

3  主要系统误差及影响因素

3．1  仪器轴线零点偏移误差

活动式测斜仪在垂直状态下，测斜仪探头的理论测值为零，但实际情况下探头会有一个接近零的数值输出，这就是零点的偏移误差。在偏移误差值不变的情况下，零点的偏移误差可以通过正反方向的测值来修正。但在同一次测量过程中，如零点偏移值改变，其系统误差就无法通过正反两次测值相减来消除，则需要另外修正。

仪器零点偏移的主要原因，一是测斜仪探头受到碰撞或冲击，造成仪器内加速度计传感器的零点值改变；二是探头温度改变导致输出值改变，为此，在进行测量时一般要求探头放至需要测量的深度后，探头要在该部位停留5～10min，待探头温度与测斜管内温度基本一致后再开始测量。

3．2  传感器角度定位旋转误差

大部分测斜仪都安装有2个加速度计，以同时测量相互正交的2个方向(假定为A方向和B方向)的偏移值。理论上讲，测量A方向的加速度计只反映A方向的倾斜度变化，不包含B方向的倾斜度变化，但实际上在加速度计安装过程中存在微小的定位偏差和磁场干扰，同时由于测斜管转角的存在，测量A方向的位移时，加速度计测量值会包含有B方向微小数据输出；同理，测量B方向的位移时，其测值也会包含A方向为小数据的输出值。生产厂家进行测斜仪传感器安装过程中，加速度计的角度定位允许误差为±0．5°，此误差为系统误差，如加速度计的角度定位不变，2次测量偏移值相减即可消除转角误差，对实际测量值影响不大。但在不同测次之间，由于高程、位置不可能完全相同，仪器角度将发生变化，从而造成测量值的变化，形成测量误差。

角度定位旋转误差的主要影响因素为：一是探头受到碰撞或冲击，在影响零点偏移的同时会造成角度定位误差。二是探头定位导轮和轴承的磨损会造成测量的角度定位误差。三是不同的探头加速度及初始角度定位不同。

3．3  深度测量误差

探头测量深度的不同会造成深度测量误差。测斜仪测量导管安装时倾斜愈大，摆动愈大，因探头测量深度不同而造成的测量误差也愈大。

深度测量误差一般由以下原因引起：一是测斜管长度改变，由于测斜管不是一根整管，中间需要有接头，而接头部位由于土体发生沉降而引起测斜管长度的变化，进而导致前后测次的测点位置不会重复，因其测点位置的变化。二是测斜仪探头测量电缆会因为温度等原因而有所改变。三是电缆定位标点文志改变。

3．4  测斜管导向槽扭转误差

测斜仪探头是依靠测斜管导槽定位，测斜管导槽的扭转将导致测斜仪实际测量方位角的扭转，过大的导槽扭转将影响变形测量的准确性。

测斜管导槽扭转误差一般由以下原因引起：一是测斜管本身的导槽扭角偏大的，由测斜管的材质和制造工艺影响。二是测斜斜管长度较大，由于测斜管扭角是叠加的，测斜管长度愈大，导槽扭角改变愈大。三是测斜管受外力作用，引起导槽产生扭曲。因此，在要求进行精确测量的情况下，最好用扭曲测定仪测量测斜管导槽的扭曲度，以便对测量结果进行修正。

4 消除系统误差的基本措施

测斜仪测量误差的影响因素较多，消除系统误差的主要措施包括：

1)重复测量