I – Giới thiệu
Inclinometer dùng để đo độ nghiêng, từ đó tính toán ra độ dịch chuyển, độ lệch của dốc, nền đắp, và kết cấu.
Có 2 loại Inclinometer:
-
Portable Inclinometer (Đo thủ công)
-
In-place Inclinometer (Đo tự động)
1. Portable Inclinometer
Portable Inclinometer bao gồm các bộ phận sau:
-
Đầu dò (wheeled probe)
-
Cuộn quay (reel)
-
Dây (cable)
-
Máy đo (Readout)
-
Phụ kiện: dây cáp nối, bộ sạc, bộ hãm
2. In-Place Inclinometer
In-Place Inclinometer gồm các bộ phận sau:
-
Cảm biến IPI ở đáy
-
Thanh nối rod
-
Cảm biến IPI ở giữa
-
Phụ kiện bánh xe ở trên
-
Phụ kiện treo ở trên
II - Nguyên lý hoạt động
MEMS Inclinometer sử dựng cộng nghệ cảm biến MEMS hiện đại. MEMS (Micro – Electro – Mechanical Systems) là sự tích hợp của các yếu tô cơ học, cảm biến, thiết bị truyền động và thiết bị điện tử trên đế silicon thông thường thông qua công nghệ chế tạo vi mô.
Cấu tạo cơ học của cảm biến dạng MEMS như sau:
Hình 1 Hình 2
Polysilicon springs giữ cho cấu trúc MEMS ở trên đế sillicon như là thân của cảm biến (được xem như là ‘’ bộ phần di động’’ có thể di chuyển theo trục X và trục Y.
Gia tốc gây ra độ lệch của bộ phận di động từ ví trí trung tâm của nó. Xung quanh 4 hướng của diện tích bộ phận di động là 32 bộ radial fingers. Các fingers này được bố trí giữa các tấm được cố định trên đế sillicon. Mỗi finger và hai tấm lại tạo ra một tụ điện vi sai, và độ lệch của bộ phận di động được xác định bằng cách đo tụ điện vi sai.
Phương pháp này có khả năng cảm nhận cả gia tốc động và gia tốc tĩnh. Sự biến đổi tín hiệu xảy ra bên trong Inclinometer vì vây rất dễ dàng trong việc thu thập tín hiệu đầu ra. Tín hiệu đầu ra kết hợp với bảng hiệu chuẩn để tính toán chính xác ra độ nghiêng thay đổi.
Cảm biến MEMS bên trong Inclinometer được cấu hình để đo độ nghiêng theo phương dọc. Khi xảy ra chuyển động, Inclinometer sẽ di chuyển gắn kết của nó, gây ra sự thay đổi độ nghiêng của cảm biến bên trong.
Portible Inclinometer
Giữa Portible Inclinometer có hai cảm biến MEMS được lắp đặt vuông góc với nhau (2 trục) với khoảng đo như sau:
Phương đứng: ± 30° từ phương đứng
Phương nghiêng: ± 15° từ phương 450
Phương ngang: ± 30° từ phương ngang
In-Place Inclinometer
In-Place Inclinometer có sẵn cả loại 1 phương và 2 phương. Loại 1 phương chỉ có một cảm biến được lắp đặt theo phương A với khoảng đo như sau:
Phương đứng: ± 15° từ phương đứng
Phương nghiêng: ± 15° từ phương 450
Phương ngang: ± 15° từ phương ngang
In-Place Inclinometer loại 2 phương, có 2 cảm biếm MEMS được lắp đặt vuông góc với nhau và đo độ nghiêng theo hướng trực giao.
Cảm biến Inclinometer chính xác là đo độ nghiêng thay vì dịch chuyển ngang, vì vậy nguyên tác cơ bản yêu cầu tính toán sử dụng định lý sin, và góc, và cạnh huyền của tam giác vuông. Từ đó tính toán ra giá trị chuyển dịch theo phương dọc.
Phần mềm trong máy đọc sẽ quy đổi từ độ nghiêng sang độ dịch chuyển theo chiều dài của đầu dò.
Đầu dò Portable Inclinometer cách 2 bộ bánh xe cách nhau 500mm để thực hiện đo dọc theo ống Inclinometer yêu cầu một chuỗi các phép đo được thực hiện.
Đầu dò được đưa xuống đến đáy của ống Inclinometer và tiến hành ghi số liệu. Sau đó tiến hành kéo đầu dò lên và cứ mỗi 500mm tiến hành một phép đo và ghi dữ liệu cho đến khi kéo đầu dò lên hết chiều dài ống. Đây được xem như số liệu theo phương A+.
Sau đó quay đầu dò một góc 1800 , thả đầu dò xuống đáy ống đo nghiêng và thực hiện lại công tác đo như trên. Đây được xem như số liệu theo phương A-.
Hình 3
Để quan trắc chuyển dịch phải lắp đặt một loại ống Inclinometer đặc biệt trong hố khoan, tường vây. Ống Inclinometer có 4 rãnh đối xứng được thiết kế tương thích với bánh xe của đầu dò Inclinometer. Thả đầu dò dọc theo ống Inclinometer để đo độ nghiêng theo phương ngang, phương 450, phương dọc, với mỗi 500mm.
Để tránh nhầm lẫn người ta quy ước phương của đầu dò và ống Inclinometer như sau:
Trục A: Trùng với phương dịch chuyển dự đoán trước.
Trục B: Vuông góc với trục A
Hình 4
Những lý do điển hình để lắp đặt Inclinometer
Khảo sát công trình – Inclinometer được dùng để xác định sự ổn định của đất tại công trình, bằng việc quan trắc chuyển động và xác định vị trí của mặt phẳng trượt.
Xác minh và điều chỉnh thiết kế - Inclinometer cũng được dùng để xác minh chuyển động, về độ lớn, phương và tỷ lệ chuyển động của kết cấu. Số liệu thu được sau đó được dùng để so sánh với các thông số được đưa ra trong thiết kế. Nếu số liệu này vượt quá so với thiết kế thì cần tiến hành các biện pháp khắc phục.
Vận hành lâu dài – sự thay đổi các điều kiện của đất cần được xác định nên cần lắp đặt Inclinometer, như là lắp đặt phía sau tường vây. Nếu phát hiện dịch chuyển phía sau tường vây, thì có thể phát hiện và đưa ra biện pháp xử lý kịp thời.
Đo lường hiệu chỉnh – đo độ lớn, hướng và tỷ lệ dịch chuyển của kết cấu, những thông tin này sẽ giúp kỹ sư xác định có cần thực hiện các biện pháp hiệu chỉnh trước khi tiến hành các biện pháp khắc phục chính thức.
An toàn – Inclinometer được ứng dụng rộng rãi cho quan trắc mái dốc bên cạnh các cơ sở hạ tầng như đường bộ, đường ray nhưng nơi mà sai lầm có thể dấn tới nhưng hậu quả nghiêm trọng về người và của. Thêm nữa là trong các dự án đào sâu với tường vây đặc biệt có các công trình lân cận như nhà cao tầng.
Những ứng dụng điển hình của Inclinometer
-
Các dự án đập và kè
-
Các dự án tường vây & đào sâu
-
Các dự án quan trắc mái dốc
-
Các dự án thử tải cọc
-
Các dự án Hầm & Cầu
-
Các dự án gia cố
1. Quan trắc sạt trượt mái dốc:
Inclinometer được lắp đạt tại các vị trí mái dốc nhạy cảm để xác định:
+ Vị trí mặt trượt
+ Xác định hình dạng của vết cắt
+ Quan trắc độ dịch chuyển, xác định sự tiếp diễn và tốc độ của dịch chuyển
2. Dự án thi công tường chắn
Inclinometer được lắp đặt trong/bên cạnh tường vây để xác định:
+ Sự ổn định của tường vây
+ Độ dịch chuyển của tường vây
+ Có sự dịch chuyển nào nằm ngoài giới hạn thiết kế không
+ Những dịch chuyển trong đất có thể ảnh hưởng tới các công trình lân cận
+ Hiệu suất của thanh chống, neo.
3. Dự án Đập
Việc lắp đặt Inclinometer trong các đập để xác định:
+ Sự dịch chuyển của mặt cắt hạ lưu đập (trong và sau quá trình thi công)
+ Mặt cắt trượt trong nền đập
+ Sự dịch chuyển của mặt cắt thượng lưu đập (trong và sau quá trình thi công)
+ Biến dạng của bản mặt bê tông
Các thông số chính: Loại dịch chuyển, độ sâu dịch chuyển, hướng dịch chuyển, độ lớn dịch chuyển, tỷ lệ dịch chuyển tương quan với công trình, theo dõi sự tiếp diễn và phát triển của dịch chuyển.
4. Dự án đắp nền
Lắp đặt Inclinometer giúp quan trắc / xác định:
+ Vị trí và hình dạng của mặt trượt
+ Sự tiếp diễn và sự phát triển của mặt trượt
5. Dự án Sạt trượt
Lắp đặt Inclinometer giúp quan trắc / xác định:
+ Xác định vị trí và hình dạng của mặt trượt
+ Sự tiếp diễn và sự phát triển của mặt trượt
6. Dự án Hầm
Lắp đặt Inclinometer giúp quan trắc / xác định:
+ Xác định sự dịch chuyển bên trong nền đất do quá trình thi công hầm gây ra có thể ảnh hưởng tới các công trình lân cận hay ở trên mặt đất.
+ Kiểm tra lại giả thuyết thiết kế và có thể thay đổi phương án phù hợp.
7. Dự án quan trắc tường vây
Lắp đặt Inclinometer giúp quan trắc / xác định:
+ Lực xoay và uốn của tưởng vây
8. Dự án thí nghiệm đẩy ngang cọc
Lắp đặt Inclinometer giúp quan trắc / xác định:
+ Sức kháng uốn của cọc
+ Giới hạn dịch chuyển ngang, từ đó đưa ra các biện pháp xử lý
*Tag: Inclinometer, Thiết bị đo nghiêng Inclinometer, SAA