High-rising building deformation monitoring instrument and monitoring method thereof
附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 图1为本发明的整体结构的示意图； 图2为本发明支撑架体与刻度盘的结构示意图； 图3为本发明配电装置的结构示意图； 图4为本发明辅助固定板、撑杆等结构示意图； 图5为本发明激光器、固定螺丝、WiFi通信模块等结构示意图； 图6为本发明水准器的结构示意图； 图7为本发明的电路框图； 图8为本发明的流程示意图。 附图标记：1、太阳能板；2、撑杆；3、配电装置；4、WiFi通信模块；5、支撑架体；6、外壳；7、水准器；8、光敏电阻；9、刻度盘；10、下部支撑平台；11、激光器；12、EPS32芯片；13、调平螺母；14、辅助固定板；15、配电装置负极；16、配电装置正极；17、撑杆螺母孔；18、下部支撑平台螺母孔；19、水准器刻度；20、水准气泡；21、侧架平台；22、刻度盘中心原点；23、刻度盘刻度；24、固定螺母孔；25、固定螺母。 技术领域 本发明涉及高耸构筑物倾斜测量领域，具体地说涉及一种高耸构筑物变形监测仪器及其监测方法。 具体实施方式 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 如图1-7所示，本发明的一种高耸构筑物变形监测仪器，包括辅助固定板14、下部支撑平台10、固定在下部支撑平台10上方的附有水准器7和刻度的刻度盘9、位于刻度盘上方的支撑架体5、悬挂在支撑架体上的激光器11，所述下部支撑平台10与刻度盘9之间设置有调平螺母13用来使刻度盘9在测量之前处于水平状态，所述刻度盘9搭载光敏电阻8，所述支撑架体5采用钢结构为装置提供稳定的测量状态以提高测量精度，所述激光器11采用悬挂式可以使之360°的转动避免存在盲区，所述装置的三个侧架分别设置有配电装置3、EPS32芯片12和WiFi通信模块4，在装置顶端设置太阳能板1。 所述辅助固定板14可以方便固定测量装置与高耸构筑物之上，所述下部支撑平台10与中间刻度盘9之间存在调平螺母以方便调整刻度盘9状态以及整个装置的初始状态，所述调平螺母13有三个，均匀设置在刻度盘9与下部支撑平台10上，所述刻度盘9上有一水准器7在其中两个调平螺母13中间位置，用来检验整个装置初始状态是否水平的标准之一，所述刻度盘上有一个中心原点22与激光器11配合是用来检验装置初始状态是否处在水平状态的标准之二，所述装置支撑架体5采用隔光材料封闭，避免光和风等自然因素影响激光器11的自然摆动从而影响到观测数据。 所述刻度盘9上表面刻画有一中心原点22和装载光敏电阻8的刻度用来进行角度测定；所述激光器在操作过程中使光信号转化为电流信号，电流信号经过I/V(电流-电压)电路转换成电压信号，经过ADC电路把电压信号转化为数字信号。 所述配电装置3是由两部分组成：其一是一块锂电池，用来应对无太阳天气状况，以使装置有序稳定的运行，对观测对象进行实时监测；其二是用来储存太能板1转化太阳能蓄电池。 所述检验整个装置初始状态是否水平的标准一——水准器7与调平螺母13配合进行整个装置的调平，所述的检验装置初始状态是否处在水平状态的标准二——中心原点22与激光器11配合验证装置是否调平，这为后续的实时测量提供了一个初始值，方便计算后续实时变化的倾角。 所述的数字信号需要传输进入ESP32芯片12，在进入ESP32芯片12后，利用其WiFi模块与WiFi通信模块4连接把数据上传至云端，以便于后期的数据下载与处理。 所述激光器11的电力来源分初始设置安装的电池中储存的电能和太阳能板1转化光能所得的电能，所述WiFi通信模块4的电源也来源于此。 所述的数据上传需要在EPS32芯片12上植入Pubsub Client数据库和Aliyun MattArduino数据库来完善其信号传输功能，以便于与WiFi通信模块4结合完成数据的云端上传。 其工作过程如下： 步骤1)对调平螺母13进行检查看是否处于初始状态，若处于初始状态则进行下一步；若不是初始状态，则进行调整顺时针或逆时针转动调平螺母13进行初始状态调整。 步骤2)把辅助固定板通过固定螺丝25和固定螺母孔24与下部支撑平台螺母孔18连接并固定，然后把装置固定在铁塔等高耸构筑物上。 步骤3)启动电源，观察水准器7上的水准气泡20是否在水准器7的小圆圈内；观察激光器11发射出的激光是否直射在刻度盘中心原点22上。若两者均符合，则进行下一步，反之进行调平，先转动水准器7两侧的调平螺母13进行左右调平，使水准气泡20左右居中，然后调整第三个调平螺母13对水准气泡19的前后进行调整使之在小圆圈内居中。再看激光器11发射的射线是否直射刻度盘中心原点22进行校验，若在则进行下一步，反之重复上述步骤。 步骤4)上述步骤设置完毕，即开始对观测对象进行数据采集与实时监测，通过ESP32芯片12与WiFi通信模块4把观测数据传到云端即完成野外监测。 步骤5)数据处理，利用固定函数公式和转化公式求出倾斜角，在一定周期内进行倾斜角数据对比与分析。 本发明的一种高耸构筑物变形监测仪器，核心构成在于刻度盘上设置的光敏电阻、装置顶端悬挂的激光器、配电装置、EPS32芯片、移动WiFi和太阳能板等构件。本发明通过辅助固定板可以装配在需要监测的铁塔、广播信号塔等高耸构筑物上进行监测工作；利用刻度盘下部的三个调平螺母和水准气泡配合进行调平，结合激光器和刻度盘中心原点核检完成测量的准备工作；激光器采用悬挂式设置在装置顶端，在工作过程中，可以360°旋转避免了测量盲区；装置顶端的太阳能板与蓄电装置结合电能为装置针对高耸构筑物的长久测量储备能源。 同时，EPS32芯片和WiFi通信模块在整个监测中起着至关重要的作用，EPS32芯片的WiFi模块把获取的数字信号结合WiFi通信模块把数据传输到云端，可以使用户快速实时获取现场数据，方便后续数据的处理。 本发明的调平螺母是均匀的分布在支撑平台与刻度盘之间，任意两个调平螺母与刻度盘中心原点的夹角是120°，而水准器与两个相邻调平螺母之间的夹角为60°，这样的设计是为了方便对刻度盘及上方装置的调平。 如图8，本发明的高耸构筑物变形监测仪器的监测方法，步骤是： S1、在高耸构筑物上架设该监测仪器，调平，完成测量的准备工作； S2、当高耸构筑物产生倾斜变形时，监测仪器中的激光器发射激光束，该激光束照射在刻度盘上的光敏电阻上，使光敏电阻产生电流； S3、在监测仪器测量时，产生的电流信号首先通过I/V电流电压电路，进行电流信号与电压信号转换； S4、在监测仪器中，电流通过I/V电流电压电路之后，仪器随之进行电流信号转换电压信号的判定，若产生电压信号则继续执行S5，反之执行S6； S5、在监测仪器中，电流通过I/V电流电压电路产生的电压信号进入ADC电路进行电压信号与数字信号的转换； S6、在监测仪器中，电流通过I/V电流电压电路未产生电压信号则进入循环①，其中a是循环①循环次数，a初始值为0，每次进入递增1； S7、监测仪器在这一次测量数据中对信号的转换失败次数有限制，当循环①的次数a小于等于3转换可继续，当a大于3时，转换失败，直接执行S8本次测量失败，结束本次测量； S8、由于循环①转换不成功，测量数据无法正常转换及后续传输，本次测量失败； S9、在监测仪器中电压信号通过ADC电路之后，仪器随之进行电压信号转换数字信号是否转换成功，若转换成功则执行S13，反之进行S10； S10、在监测仪器中，电压信号通过ADC电路未产生数字信号则进入循环②，其中b是循环②循环次数，b初始值为0，每次进入递增1； S11、监测仪器在这一次测量数据中对信号的转换失败次数有限制，当循环②的次数b小于等于3转换可继续，当b大于3时，转换失败，直接执行S12本次测量失败，结束本次测量； S12、由于循环②转换不成功，测量数据无法正常转换及后续传输，本次测量失败； S13、在监测仪器中，成功通过ADC电路转换的数字信号需要进入EPS32芯片中进行二次数据转换； S14、在监测仪器中数字信号进入EPS32芯片二次转换之后，仪器随之对二次转换数字信号是否转换成功进行判定，若转换成功则执行S17，反之进行S15； S15、在监测仪器中，数字信号未成功转换成系统可识别的二次数字信号则进入循环③，其中c是循环③循环次数，c初始值为0，每次进入递增1； S16、监测仪器在一次测量数据中对信号的转换失败次数有限制，当循环③的次数c小于等于3转换可继续，当c大于3时，转换失败，直接执行S8本次测量失败，结束本次测量； S17、监测仪器中通过EPS32芯片进行二次转换成功的数据借助EPS32的Wi-Fi模块传入云端，本次测量完成； S18、测量结束。 背景技术 煤炭在我国能源消费中的主导地位将长期稳定存在。当前我国中东部矿区面临的“三下”压煤开采问题验证，可采煤炭资源日益减少，不少煤矿面临无煤可采而濒临关停的窘境。解放“三下”压煤已经成为中东部煤矿区提高资源采出率、延长矿井服务年限的必由之路。而高耸构筑物也是“三下”采煤所关注的重点对象之一，我们对高耸构筑物的变形监测是对高耸构筑物下采煤的重点服务之一。对于基础面积小而高度大的高耸构筑物来说，即使发生微小倾斜，高耸构筑物在自身巨大重力的作用下都要引发较大的水平分力和倾覆力矩，而倾覆力矩增加了高耸构筑物的倾斜，两者的相互作用是一个恶性循环，因此，高耸构筑物对倾斜变形十分明显。在煤矿开采中对高耸构筑物的倾斜角检测十分必要。 发明内容 针对上述现有技术的缺陷，本发明提供一种高耸构筑物变形监测仪器，能在恶劣的野外环境实时获取高耸构筑物倾斜角度的数据，该仪器构造简单，组装方便，同时在装置顶端设置太阳能板为装置的长久续航提供能源保障。 为了实现上述目的，本发明的技术方案是： 一种高耸构筑物变形监测仪器，包括下部支撑平台、设置在下部支撑平台上的刻度盘、设置于刻度盘周部的支撑架体、悬挂在支撑架体上可360°转动的激光器；所述刻度盘上设置有刻度线，所述刻度线是为以中心点为圆心的多个同心圆，所述刻度线搭载光敏电阻。 作为对上述技术方案的改进，所述下部支撑平台与刻度盘之间设置调平螺母以方便调整刻度盘状态使之处于水平，所述刻度盘上设置有水准器。 作为对上述技术方案的改进，所述调平螺母有三个，均匀设置在刻度盘与下部支撑平台之间，水准器处于其中两个调平螺母的中间位置上。 作为对上述技术方案的改进，所述下部支撑平台的下方或周部设置有辅助固定板以方便下部支撑平台与高耸构筑物的固定连接。 作为对上述技术方案的改进，所述支撑架体的外周由隔光材料封闭。 作为对上述技术方案的改进，所述高耸构筑物变形监测仪器还包括智能控制电路，所述智能控制电路包括EPS32芯片、与EPS32芯片电连接的WiFi通信模块、与EPS32芯片电连接的ADC转换电路、与ADC转换电路电连接的I/V电流电压电路；所述支撑架体设置有为智能控制电路提供工作电源的直流电源。 作为对上述技术方案的改进，所述直流电源为锂电池或与太能板连接的太阳能蓄电池；所述锂电池、太能板、太阳能蓄电池、EPS32芯片、WiFi通信模块、ADC转换电路、I/V电流电压电路固定在支撑架体上。 作为对上述技术方案的改进，本发明并提供了上述高耸构筑物变形监测仪器的监测方法，该监测方法的步骤是： S1、在高耸构筑物上架设该监测仪器，调平，完成测量的准备工作； S2、当高耸构筑物产生倾斜变形时，监测仪器中的激光器发射激光束，该激光束照射在刻度盘上的光敏电阻上，使光敏电阻产生电流； S3、在监测仪器测量时，产生的电流信号首先通过I/V电流电压电路，进行电流信号与电压信号转换； S4、在监测仪器中，电流通过I/V电流电压电路之后，仪器随之进行电流信号转换电压信号的判定，若产生电压信号则继续执行S5，反之执行S6； S5、在监测仪器中，电流通过I/V电流电压电路产生的电压信号进入ADC电路进行电压信号与数字信号的转换； S6、在监测仪器中，电流通过I/V电流电压电路未产生电压信号则进入循环①，其中a是循环①循环次数，a初始值为0，每次进入递增1； S7、监测仪器在这一次测量数据中对信号的转换失败次数有限制，当循环①的次数a小于等于3转换可继续，当a大于3时，转换失败，直接执行S8本次测量失败，结束本次测量； S8、由于循环①转换不成功，测量数据无法正常转换及后续传输，本次测量失败； S9、在监测仪器中电压信号通过ADC电路之后，仪器随之进行电压信号转换数字信号是否转换成功，若转换成功则执行S13，反之进行S10； S10、在监测仪器中，电压信号通过ADC电路未产生数字信号则进入循环②，其中b是循环②循环次数，b初始值为0，每次进入递增1； S11、监测仪器在这一次测量数据中对信号的转换失败次数有限制，当循环②的次数b小于等于3转换可继续，当b大于3时，转换失败，直接执行S12本次测量失败，结束本次测量； S12、由于循环②转换不成功，测量数据无法正常转换及后续传输，本次测量失败； S13、在监测仪器中，成功通过ADC电路转换的数字信号需要进入EPS32芯片中进行二次数据转换； S14、在监测仪器中数字信号进入EPS32芯片二次转换之后，仪器随之对二次转换数字信号是否转换成功进行判定，若转换成功则执行S17，反之进行S15； S15、在监测仪器中，数字信号未成功转换成系统可识别的二次数字信号则进入循环③，其中c是循环③循环次数，c初始值为0，每次进入递增1； S16、监测仪器在一次测量数据中对信号的转换失败次数有限制，当循环③的次数c小于等于3转换可继续，当c大于3时，转换失败，直接执行S8本次测量失败，结束本次测量； S17、监测仪器中通过EPS32芯片进行二次转换成功的数据借助EPS32的Wi-Fi模块传入云端，本次测量完成； S18、测量结束。 本发明利用相似三角形、重力的性质和光的直线传播等基础理论为原理进行设计，在刻度盘底盘设置光敏电阻和微型电流计，通过顶端的激光器照射刻度盘上的光敏电阻引起电流变化，使之由光信号转换为电信号，通过I/V电流电压电路、ADC电路使电信号转化为数字信号，数字信号传输进入ESP32芯片，在进入ESP32芯片后，利用其WiFi通信模块与WiFi通信模块连接把数据上传至云端，以便于后期的数据下载与处理。 其次，在野外对高耸构筑物进行测量时，本发明设置了辅助固定板，可以方便的固定在铁塔、广播信号塔等高耸构筑物上，方便进行倾角的实时变化，同时，为了避免外部光源对光敏电阻、风力和其他客观因素对激光器干扰，在支撑架体外围设置遮光材料。 最后，为了使测量数据更加精密，本发明设置了两组对测量装置水平状态的互相验证的装置分别是：激光器和刻度盘中心原点；调平螺母和刻度盘表面的水准气泡，提高了测量的精度，防止监测误差。 本发明的测量原理是： 本发明利用三角形相似原理，光的直线传播为基础理论通过反三角函数、弧度转换等计算求取并设定刻度值。具体计算原理流程： 设横杆到底盘竖直高度为L；弧度为θ；设倾斜角所对的直角边长为a0；弧度转换后的角度为α： 则有 利用弧度转换角度得： 通过上述公式对电阻丝及相关传感器进行合理配置，以便于达到对高耸构筑物在受到外在因素干扰产生倾斜角度的测量。 The invention discloses a high-rising building deformation monitoring instrument and a monitoring method thereof. The instrument comprises a lower supporting platform, a dial arranged on the lower supporting platform, a supporting frame body arranged on the periphery of the dial, and a laser hung on the supporting frame body and capable of rotating by 360 degrees. The dial is provided with scale marks, the scale marks are a plurality of concentric circles with the center point as the circle center, and the scale marks carry a photoresistor. According to the monitoring method, the instrument is used for completing deformation monitoring of the high-rising building. Data of the inclination angle of the high-rising building can be obtained in real time in a severe field environment, the instrument is simple in structure and convenient to assemble, and meanwhile, the solar panel is arranged at the top end of the device to provide energy guarantee for long-term endurance of the device. 1.一种高耸构筑物变形监测仪器，其特征在于：包括下部支撑平台、设置在下部支撑平台上的刻度盘、设置于刻度盘周部的支撑架体、悬挂在支撑架体上可360°转动的激光器；所述刻度盘上设置有刻度线，所述刻度线是为以中心点为圆心的多个同心圆，所述刻度线搭载光敏电阻。 2.根据权利要求1所述高耸构筑物变形监测仪器，其特征在于：所述下部支撑平台与刻度盘之间设置调平螺母以方便调整刻度盘状态使之处于水平，所述刻度盘上设置有水准器。 3.根据权利要求2所述高耸构筑物变形监测仪器，其特征在于：所述调平螺母有三个，均匀设置在刻度盘与下部支撑平台之间，水准器处于其中两个调平螺母的中间位置上。 4.根据权利要求1所述高耸构筑物变形监测仪器，其特征在于：所述下部支撑平台的下方或周部设置有辅助固定板以方便下部支撑平台与高耸构筑物的固定连接。 5.根据权利要求1所述高耸构筑物变形监测仪器，其特征在于：所述支撑架体的外周由隔光材料封闭。 6.根据权利要求1所述高耸构筑物变形监测仪器，其特征在于：所述高耸构筑物变形监测仪器还包括智能控制电路，所述智能控制电路包括EPS32芯片、与EPS32芯片电连接的WiFi通信模块、与EPS32芯片电连接的ADC转换电路、与ADC转换电路电连接的I/V电流电压电路；所述支撑架体设置有为智能控制电路提供工作电源的直流电源。 7.根据权利要求6所述高耸构筑物变形监测仪器，其特征在于：所述直流电源为锂电池或与太能板连接的太阳能蓄电池；所述锂电池、太能板、太阳能蓄电池、EPS32芯片、WiFi通信模块、ADC转换电路、I/V电流电压电路固定在支撑架体上。 8.一种如权利要求1至7中任一种所述高耸构筑物变形监测仪器的监测方法，其特征在于：该监测方法的步骤是： S1、在高耸构筑物上架设该监测仪器，调平，完成测量的准备工作； S2、当高耸构筑物产生倾斜变形时，监测仪器中的激光器发射激光束，该激光束照射在刻度盘上的光敏电阻上，使光敏电阻产生电流； S3、在监测仪器测量时，产生的电流信号首先通过I/V电流电压电路，进行电流信号与电压信号转换； S4、在监测仪器中，电流通过I/V电流电压电路之后，仪器随之进行电流信号转换电压信号的判定，若产生电压信号则继续执行S5，反之执行S6； S5、在监测仪器中，电流通过I/V电流电压电路产生的电压信号进入ADC电路进行电压信号与数字信号的转换； S6、在监测仪器中，电流通过I/V电流电压电路未产生电压信号则进入循环①，其中a是循环①循环次数，a初始值为0，每次进入递增1； S7、监测仪器在这一次测量数据中对信号的转换失败次数有限制，当循环①的次数a小于等于3转换可继续，当a大于3时，转换失败，直接执行S8本次测量失败，结束本次测量； S8、由于循环①转换不成功，测量数据无法正常转换及后续传输，本次测量失败； S9、在监测仪器中电压信号通过ADC电路之后，仪器随之进行电压信号转换数字信号是否转换成功，若转换成功则执行S13，反之进行S10； S10、在监测仪器中，电压信号通过ADC电路未产生数字信号则进入循环②，其中b是循环②循环次数，b初始值为0，每次进入递增1； S11、监测仪器在这一次测量数据中对信号的转换失败次数有限制，当循环②的次数b小于等于3转换可继续，当b大于3时，转换失败，直接执行S12本次测量失败，结束本次测量； S12、由于循环②转换不成功，测量数据无法正常转换及后续传输，本次测量失败； S13、在监测仪器中，成功通过ADC电路转换的数字信号需要进入EPS32芯片中进行二次数据转换； S14、在监测仪器中数字信号进入EPS32芯片二次转换之后，仪器随之对二次转换数字信号是否转换成功进行判定，若转换成功则执行S17，反之进行S15； S15、在监测仪器中，数字信号未成功转换成系统可识别的二次数字信号则进入循环③，其中c是循环③循环次数，c初始值为0，每次进入递增1； S16、监测仪器在一次测量数据中对信号的转换失败次数有限制，当循环③的次数c小于等于3转换可继续，当c大于3时，转换失败，直接执行S8本次测量失败，结束本次测量； S17、监测仪器中通过EPS32芯片进行二次转换成功的数据借助EPS32的Wi-Fi模块传入云端，本次测量完成； S18、测量结束。