CN102538751B - 动静态自调式沉降∕挠度监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动静态自调式沉降∕挠度监测系统，它包括多个检测装置（1）和采集系统（15），检测装置（1）由储液桶（2），差动变压器式位移变送器（3）；储液桶（2）之间通过软管（7）连通，其中设置有差动变压器式位移变送器（3）和液体（10），液体（10）中悬浮有与差动变压器式位移变送器（3）连接的浮漂（6）；差动变压器式位移变送器（3）通过总线与采集系统（15）连接；检测装置（1）通过自调整连接装置（8）安装。本发明还公开了一种动静态自调式桥梁挠度监测方法。本发明的优点在于消除了被测物体倾斜对检测结果的影响，消除了因基准产生位移引起的误差，误差小，可实现同步动静态监测。
Description
技术领域
本发明属于工程检测技术领域，具体涉及一种动静态自调式沉降∕挠度监测系统及方法。
背景技术
沉降∕挠度监测系统已广泛应用于桥梁、隧道、边坡、路基和大楼等工程检测领域。
被测物体在受载荷产生变形时，不但产生纵向变形，还会产生倾斜，如图5为储液桶垂直时的液体状态图，图6为储液桶倾斜时的液体状态图，可见储液桶倾斜时储液桶内的液面横截面积变大，导致液面的位移小于储液桶垂直时的液面位移，对测量结果带来极大影响，沉降∕挠度监测系统无法消除倾斜对检查结果带来的影响，使得检查结果误差较大。现有的沉降∕挠度监测系统只能通过巡检的方式，依次对被测点的挠度∕沉降值进行测量，因被测点检测时间不同步，只能将各被测点的不同时间点的位移值与基准的位移值进行对比，准确性低，误差大。现有的沉降∕挠度监测系统是在被测物体上选取一个变形量相对较小的点作为基准点，但是被测物体受载荷后，被测物体整体会产生变形，基准点的位置也是处于变动中，这进一步增大了检测结果的误差。
发明内容
本发明的目的即在于克服现有技术的不足，提供一种可以消除倾斜对检测结果的影响，检测结果误差小，可实现同步动静态监测的动静态自调式沉降∕挠度监测系统；
本发明的另一个目的在于提供一种动静态自调式沉降∕挠度监测方法，消除了因基准产生位移引起的误差。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
动静态自调式沉降∕挠度监测系统，它包括多个检测装置和采集系统，检测装置由储液桶，差动变压器式位移变送器，浮漂和连接杆组成；
储液桶之间通过软管连通，储液桶中设置有差动变压器式位移变送器，储液桶内部充有液体，液体中悬浮有浮漂，浮漂通过垂直的连接杆与差动变压器式位移变送器连接；
差动变压器式位移变送器通过RS485总线或CAN总线与采集系统连接，差动变压器式位移变送器中设置有时钟芯片、数据存储装置和以微处理器或FPGA为核心的控制单元；
检测装置通过自调整连接装置安装在安装支架或安装支座上。
自调整连接装置为万向接头或关节轴承或软性连接装置。
差动变压器式位移变送器和储液桶均设置有编号，相同编号的差动变压器式位移变送器和储液桶一一对应。
采集系统由数据检测电路，中央处理器，通讯模块，服务器和供电模块组成，检测电路和中央处理器连接，中央处理器和通讯模块连接，通讯模块通过公共网络和服务器连接，供电模块和中央处理器连接。
通讯模块为GPRS通讯模块或有线通讯模块。
供电模块为风能供电模块、太阳能供电模块或交直流供电模块。
本发明的另一个目的通过以下技术方案实现：
动静态自调式沉降∕挠度监测方法，包括以下步骤：
A．将一个检测装置通过安装支架或安装支座安装在与被测物体不接触的位置作为基准，将其他检测装置通过安装支架或安装支座安装在被测物体上；桥梁基准设在与被测桥梁不接触的引桥过渡墩上；地面基准设在被测点外的非沉降区上；
B．在相邻的检测装置之间安装软管，连通储液桶；
C．向储液桶中充入液体，至浮漂悬浮于液体上；
D．使用总线线缆连接差动变压器式位移变送器和采集系统；
E．采集系统使用广播信号方式通过总线同时向所有差动变压器式位移变送器发送信号，差动变压器式位移变送器根据得到的信号同步、同频率地检测位移值，并记录在数据存储装置中；
F．差动变压器式位移变送器分别向采集系统发送记录的位移值，采集系统采集得到的位移值；
G．采集系统将不同被测点上的差动变压器式位移变送器检测到的位移值与基准检测到的位移值进行对比。
步骤E中所述的信号包含差动变压器式位移变送器的起始测量时间、结束测量时间和测量频率。
步骤G为采集系统将不同被测点上的差动变压器式位移变送器在同一时间点检测到的位移值与该时间点基准检测到的位移值进行对比，得出各被测点的静态变形量。
步骤G还可以为采集系统将不同被测点上的差动变压器式位移变送器在同一时间段内检测到的位移值与该时间段内基准检测到的位移值进行对比，得出各被测点的动态变形量。
本发明的优点在于：
1．检测装置通过万向接头或者关节轴承或软性连接装置安装在安装支架或安装支座上，安装支架或安装支座固定在被检测物体上，当被测物体发生倾斜时，由于检测装置自身重力的作用，检测装置将始终保持垂直，从而保证了检测结果的准确性；
2．通过总线控制，减少了布线数量，降低了成本；
3. 差动变压器式位移变送器设置有编号，便于识别；
4．采集系统同时向所有差动变压器式位移变送器发送信号，差动变压器式位移变送器中设置有时钟芯片，和以微处理器或FPGA为核心的控制单元，在得到信号后同时测量当前时间点的位移值，实现了同步动态监测，克服了传统沉降∕挠度监测系统只能通过巡检方式进行静态异步监测的不足，大大提高了准确性；
5．将基准设定在与被测物体不接触的位置上，被测物体所受载荷不会传递到基准位置，基准位置是静止不动的，进一步增加了检测结果的准确性；
6．采用位移变速器进行位移量的监测，直接输出位移值，简化了后端采集系统的结构。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
图2为本发明测量挠度时的使用状态图
图3为本发明测量沉降时的使用状态图
图4为采集系统的结构框图
图5为储液桶垂直时的液体状态图
图6为储液桶倾斜是的液体状态图
图中，1-检测装置，2-储液桶，3-差动变压器式位移变送器，4-固定支架，5-连接杆，6-浮漂，7-软管，8-自调整连接装置，9-安装支架，10-液体，11-防护罩，12-引桥过渡墩，13-被测桥梁，14-总线线缆，15-采集系统，16-沉降区，17-非沉降区，18-配重，19-安装支座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，本发明的保护范围不限于以下所述。
如图1、图2和图3所示，动静态自调式桥梁挠度监测系统，它包括多个检测装置1，检测装置1由储液桶2，差动变压器式位移变送器3，浮漂6和连接杆5组成；储液桶2之间通过软管7连通，储液桶2中设置有差动变压器式位移变送器3，差动变压器式位移变送器3通过固定支架4安装于储液桶2上；储液桶2内部充有液体10，液体10中悬浮有浮漂6，浮漂6通过垂直的连接杆5与差动变压器式位移变送器3连接，当液位发生变化时，浮漂6带动连接杆5上下运动，差动变压器式位移变送器3检测到连接杆5的位移值；差动变压器式位移变送器3通过RS485总线或CAN总线与采集系统15连接，差动变压器式位移变送器3中设置有时钟芯片，微处理器或FPGA，数据存储装置和控制单元，采集系统15通过广播方式同时向所有差动变压器式位移变送器3发送信号，差动变压器式位移变送器3根据得到的信号检测位移值，以实现动态监测；检测装置1通过自调整连接装置8安装在安装支架9或安装支座19上，自调整连接装置8为万向接头或者关节轴承或软性连接装置（绳索，绳链等），当被测物体倾斜时，检测装置1在自身重力的作用下始终保持垂直状态。
固定支架4上安装有防护罩11，防护罩11包裹住差动变压器式位移变送器3。
当自调整连接装置8为万向接头、绳索或绳链时，检测装置1的顶部通过万向接头安装在安装支架9上；当自调整连接装置8为关节轴承时，检测装置1的重心以上部分通过关节轴承安装在安装支座19上；如图3所示，当检测装置1的重心以下部分通过关节轴承安装在安装支座19上时，检测装置1的底部连接有配重18。
差动变压器式位移变送器3和储液桶2均设置有编号，相同编号的差动变压器式位移变送器3和储液桶2一一对应，从而可以读取指定点的位移值，便于识别。
采集系统15由数据检测电路，中央处理器，通讯模块，服务器和供电模块组成，检测电路和中央处理器连接，中央处理器和通讯模块连接，通讯模块通过公共网络和服务器连接，供电模块和中央处理器连接。通讯模块为GPRS通讯模块或有线通讯模块。供电模块为风能供电模块、太阳能供电模块或交直流供电模块。
液体10为纯净水，当系统所处环境的温度在零度以下时，液体10为混合有防冻液的纯净水，液体10还可以为浓度为0.05%~0.1%的硫酸铜溶液，硫酸铜不具有腐蚀性，且具有较好的防腐性能，可有效藻类的滋生。
当系统所处环境的温度较高时，为了防止水分蒸发，液体10的液面上覆盖有厚度为1~2mm，粘度为5~10厘丝的硅油或石蜡，较小的粘度可以保证液面的平衡不受影响。
液体10液面与储液桶2的顶部开口处之间存在一定距离，液体10的深度应至少能使浮漂6悬浮于液体10中。
动静态自调式沉降∕挠度监测方法，包括以下步骤：
A．将一个检测装置1通过安装支架9或安装支座19安装在与被测物体不接触的位置作为基准，将其他检测装置1通过安装支架9或安装支座19安装在被测物体上；桥梁基准设在与被测桥梁不接触的引桥过渡墩上；地面基准设在被测点外的非沉降区上；
B．在相邻的检测装置1之间安装软管7，连通储液桶2；
C．向储液桶2中充入液体10，至浮漂6悬浮于液体10上；
D．使用总线线缆14连接差动变压器式位移变送器3和采集系统15；
E．采集系统15通过广播方式同时向所有差动变压器式位移变送器3发送信号，差动变压器式位移变送器3根据得到的信号同步、同频率地检测位移值，并记录在数据存储装置中；
F．差动变压器式位移变送器3分别向采集系统15发送记录的位移值，采集系统15采集得到的位移值；
G．采集系统15将不同被测点上的差动变压器式位移变送器3检测到的位移值与基准检测到的位移值进行对比。
步骤E中所述的信号包含差动变压器式位移变送器3的起始测量时间、结束测量时间和测量频率。
步骤G为采集系统15将不同被测点上的差动变压器式位移变送器3在同一时间点检测到的位移值与该时间点基准检测到的位移值进行对比，得出各被测点的静态变形量。
步骤G还可以为为采集系统15将不同被测点上的差动变压器式位移变送器3在同一时间段内检测到的位移值与该时间段内基准检测到的位移值进行对比，得出各被测点的动态变形量。
如图2所示，当本发明用于测量挠度时，将一个检测装置1通过安装支架9安装在与被测桥梁13不接触的引桥过渡墩12上，将其他检测装置1通过安装支架9安装在桥梁的被测点上，由于引桥过渡墩12不受载荷，安装在其上的检测装置1位置不变，该检测装置1作为基准，有利于提高检测结果的准确性。桥梁基准设在与被测桥梁不接触的引桥过渡墩上。如图3所示，当本发明用于测量沉降时，将一个检测装置1通过安装支座19安装在非沉降区17上，将其他检测装置1通过安装支座19安装沉降区16上，由于非沉降区17不受载荷，安装在其上的检测装置1位置不变，该检测装置1作为基准，有利于提高检测结果的准确性。地面基准设在被测点外的非沉降区上。
Claims (5)
1.动静态自调式沉降∕挠度监测系统，它包括多个检测装置（1）和采集系统（15），检测装置（1）由储液桶（2），差动变压器式位移变送器（3），浮漂（6）和连接杆（5）组成，储液桶（2）中设置有差动变压器式位移变送器（3），储液桶（2）内部充有液体（10），液体（10）中悬浮有浮漂（6），浮漂（6）通过垂直的连接杆（5）与差动变压器式位移变送器（3）连接；其特征在于，
储液桶（2）之间通过软管（7）连通，差动变压器式位移变送器（3）通过RS485总线或CAN总线与采集系统（15）连接，差动变压器式位移变送器（3）中设置有时钟芯片、数据存储装置和以微处理器或FPGA为核心的控制单元；
检测装置（1）通过自调整连接装置（8）安装在安装支架（9）或安装支座（19）上；
所述的自调整连接装置（8）为万向接头或关节轴承或软性连接装置；
所述的差动变压器式位移变送器（3）和储液桶（2）均设置有编号，相同编号的差动变压器式位移变送器（3）和储液桶（2）一一对应；
所述的采集系统（15）由数据检测电路，中央处理器，通讯模块，服务器和供电模块组成，检测电路和中央处理器连接，中央处理器和通讯模块连接，通讯模块通过公共网络和服务器连接，供电模块和中央处理器连接；
所述的通讯模块为GPRS通讯模块或有线通讯模块；
所述的供电模块为风能供电模块或太阳能供电模块或交直流供电模块。
2.动静态自调式沉降∕挠度监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
A．将一个检测装置（1）通过安装支架（9）或安装支座（19）安装在与被测物体不接触的位置作为基准，将其他检测装置（1）通过安装支架（9）或安装支座（19）安装在被测物体上；桥梁基准设在与被测桥梁不接触的引桥过渡墩上；地面基准设在被测点外的非沉降区上；
B．在相邻的检测装置（1）之间安装软管（7），连通储液桶（2）；
C．向储液桶（2）中充入液体（10），至浮漂（6）悬浮于液体（10）上；
D．使用总线线缆（14）连接差动变压器式位移变送器（3）和采集系统（15）；
E．采集系统（15）使用广播信号方式通过总线同时向所有差动变压器式位移变送器（3）发送信号，差动变压器式位移变送器（3）根据得到的信号同步、同频率地检测位移值，并记录在数据存储装置中；
F．差动变压器式位移变送器（3）分别向采集系统（15）发送记录的位移值，采集系统（15）采集得到的位移值；
G．采集系统（15）将不同被测点上的差动变压器式位移变送器（3）检测到的位移值与基准检测到的位移值进行对比。
3.根据权利要求2所述的动静态自调式沉降∕挠度监测方法，其特征在于，步骤E中所述的信号包含差动变压器式位移变送器（3）的起始测量时间、结束测量时间和测量频率。
4.根据权利要求2所述的动静态自调式沉降∕挠度监测方法，其特征在于，步骤G为采集系统（15）将不同被测点上的差动变压器式位移变送器（3）在同一时间点检测到的位移值与该时间点基准检测到的位移值进行对比，得出各被测点的静态变形量。
5.根据权利要求2所述的动静态自调式沉降∕挠度监测方法，其特征在于，步骤G为采集系统（15）将不同被测点上的差动变压器式位移变送器（3）在同一时间段内检测到的位移值与该时间段内基准检测到的位移值进行对比，得出各被测点的动态变形量。
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