基于ADXL345的CPTU探头倾斜角测量及深度校正研究*

郭文科， 秦文虎， 云中华

(东南大学 仪器科学与工程学院， 江苏 南京 210096)

0 引 言

近年来，随着我国的公路、铁路、码头、大楼等大型基础工程建设的高速发展，工程质量和安全显得越发重要，而在岩土工程施工中，工程参数的准确测量对工程质量与施工安全起到了关键作用[1]。作为土壤原位测试技术，相比钻孔取样法，多功能孔压静力触探(CPTU)具有无需取样、不造成土壤扰动、测试点连续、测试时间短、获取参数丰富以及简单可靠等优点，被越来越多地应用于岩土工程测量中[2]。

在岩土静力触探测试中，探杆长度可达20～40 m，直径为3.6 cm，杆长/直径比很大，不可避免会产生自由挠度[3]，在地下复杂环境中探测容易发生探头倾斜进而影响测量结果。为提高测试的准确性，需要实时测量探头在贯入过程中的倾斜角,以避免过度倾斜进而影响测量数据,甚至造成仪器损坏。使用加速度传感器测量倾斜角具有无累计误差、长期稳定性良好、成本较低等优点，在设备安装、机器人控制、汽车和飞行器控制等领域得到广泛的使用[4,5]。目前，在倾斜角度的测量方面文献[6] 利用MS9001微加速度计对天线倾斜角进行测量，并在±60°测量范围内取得了良好效果；文献[7] 基于MQA—1石英挠性加速度计实现了30°以内倾角的高精度测量。文献[8] 利用微加速度计及卡尔曼滤波(Kalman filtering,KF)对俯仰测定，测量效果良好。但在岩土工程中基于加速度传感器的CPTU倾斜角测定的研究较少。

本文在本文实验室研发的SEU@CPTU—2探头中加入ADXL345微型加速度传感器，结合C8051F550微处理器对探头原位测试过程中的倾斜角进行测量。……