CN103196384A - 一种用于危险边坡变形监测的棱镜装置 - Google Patents

Abstract

一种用于危险平边坡变形监测的棱镜装置。本发明涉及一种用于特殊地点的能够自动调整自身状态以便在无人架设的条件下进行测量的激光反射棱镜装置。本发明的功能描述为：利用整个系统的重力作用在整个系统的重力势能调整到最低的过程中通过所设计的装置实现将激光反射棱镜的中心与测量目标点之间的水平坐标偏移量逐渐调整为零，从而实现在无人架设激光反射棱镜的条件下对目标点进行真实且准确的测量。

Description

一种用于危险边坡变形监测的棱镜装置

技术领域:

本发明涉及一种用于安装在特殊地点的能够自动调整自身状态以便在无人架设的条件下进行测量的激光反射棱镜装置，特别涉及一种新的监测点的设置方法。

技术背景:

变形监测作为一种工程技术在现代社会中起着越来越重要的作用。一、分析和评价建筑物的安全状态、验证建筑物的设计是否合理、反馈建筑物的设计及施工质量都需要进行变形监测。二、监测天然边坡以及人工边坡（露天矿边坡、基坑边坡等）的变形情况，从而分析边坡的稳定状态，对滑坡进行及时的预警。三、监测地壳构造运动，从而分析地壳的发展演变以及对地震进行预报。

整个变形监测工作的基础工作就是变形数据的采集。能否及时而且准确的获得变形数据将直接影响分析结论的及时性和可靠性。我国工程界现阶段广泛使用的变形数据获取方式是使用激光测量仪器对监测目标进行测量。 

激光类测量仪器进行测量工作时，用反射棱镜反射仪器发出的激光束，从而达到对测量目标进行数据采集的目的。在整个测量过程中，获得真实而准确的测量数据的一项关键的必要因素是保证反射棱镜的中心和测量目标点的连线垂直于水平面。 

现阶段的测量过程中，测量人员要在测量点上进行人工立镜来保证棱镜中心和测量点保持竖直上下的位置关系。然而，在有些情况下，测量人员很难到达测量点的位置，或者测量点周围的环境比较危险，威胁到测量员的人身安全（例如坡度太大且没有攀爬道路的边坡、已经发现较大变形随时可能发生滑坡的危险边坡等），但这些测量点对整个监测工作的意义又非常重要而必须测量。这就要求有一种可以在第一次安装之后，棱镜杆可以始终保持与测量点的水平面垂直（即棱镜中心和测量点的连线垂直于水平面）的反射棱镜装置，而且棱镜的镜面始终保持面向设计架设测量仪器的工作基点的方向。这样，在后续的测量工作中，测量人员就可以在不到达测量点立镜的情况下直接在工作基点上使用测量仪器对测量点进行高精度的数据采集。 

本发明装置的使用既能保证了测量数据的高精度获取，又提高了测量员工作中的安全系数，同时还能提高数据采集的效率。具有较高的安全价值、经济价值和社会价值。 

发明内容:

本发明的目的在于克服现有的测量激光反射棱镜需要人工将其搬运至测量目标点上且需要人工调整使其棱镜中心点和测量点的连线垂直于水准面的缺陷，提供一种监测点的设计方案并提供一种只需一次安装，就能依靠装置自身的设计原理进行自动调整使棱镜的中心点与测量点的连线垂直于水准面的装置。

为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案： 

将监测点设计为图1所示的A点，A点会随着整个装置安放处的基础的变动而变动，可以真实的反应出装置所处位置的变形情况。

    测量工作人员在进行数据采集时，用激光类测量仪器发射的激光束打在B点，激光束经过反射棱镜的反射返回测量仪器，从而计算出B点的坐标值。图1中所示的A点和B点的平面坐标是相同的，且用B点的高程减去A点和B点的距离d就能得到A点的高程值。 

装置在随着所处地点的变形发生移动的过程中不可避免的会发生倾斜，B点和A点在平面位置上会出现偏离，该装置将这一偏离量分解并将B点调整到A点的正上方。具体的工作原理为（涉及到的部件对应的名称及代号如图3所示）： 

金属重锤（9）在重力作用下向其能达到的最低点移动，从而达到重力势能最低的稳定状态。金属重锤（9）和激光反射棱镜（1）通过刚性杆（4）连接，在金属重锤的带动下，B点和A点的水平位置偏移量通过横向连杆（6）和水平位置偏量分解机（7）中的套在横向连杆（6）上的管（701）的共同作用分解到垂直于横向连杆（6）的方向上并降低为零，B点和A点的水平位移偏移量通过水平位置偏量分解机（7）中的突出轴心（702）和刚性杆（4）中的位于前后方向的孔（401）的共同作用分解到平行于横向连杆（6）的方向上并降低为零。刚性杆（4）中的位于侧面的孔（402）的作用在于刚性杆（4）和水平位置偏量分解机（7）的安装和刚性杆（4）在水平位置偏量分解机上转动时有转动的余地。

设计两个由防窜螺丝（2）和防偏轮圈（3）组成的起固定作用的装置防止水平位置偏量分解机（7）在横向连杆上的左右滑动。该设计中的防偏轮圈的作用还在于用防偏轮圈（3）与防窜螺丝（2）之间的滚动摩擦力代替水平位置偏量分解机（7）与防窜螺丝（2）之间的滑动摩擦力从而减少水平位置偏量分解机（7）在降低垂直于横向连杆（6）的A点和B点的水平位置偏差时所受的阻力。 

透光罩（5）为一透明塑料平板，可以使激光类测量仪器发出的激光束穿过并到达激光反射棱镜。透光罩（5）和用塑料材质的桶体（8）形成一个密封的容器，可以阻挡外界干扰。 

本发明的装置倾斜超限自动预警功能实现的原理为：整个装置随着安放区域的变形发生倾斜，当倾斜达到一定程度时金属重锤（9）会靠上桶体（8）内壁，如倾斜值进一步增大，整套装置的自动整平功能由于受到桶体壁的约束而不能继续正常工作，此时该监测点在实际意义上已经报废，如果测量人员继续采集改点数据作为决策依据的话将对正确的分析产生误导，本发明装置的倾斜超限自动预警功能的工作原理为：在桶体（8）内壁上安装一个警示灯（11）、一个电源（12）、一个附于桶体内壁的金属环（13），横向连杆（6）的底面中间处设有一扁孔（602），该扁孔（602）的作用在于可以防止水平位置偏量分解机（7）绕横向连杆转动时被导线卡住，扁孔（602）在垂直于横向连杆（6）的平面内的弧度应大于arctg（r/H）但小于π，各电路部件用轻质导线连接，其中导线一端接于金属环（13），另一端依次穿过横向连杆（6）、扁孔（602）、圆孔（703）、水平位置偏量分解机（7）、刚性杆（4），最终接于金属重锤（9）上，当倾斜值达到arctg（r/H）时，r为桶体的内半径，H为点A到金属重锤（9）的刚性杆（4）的部分的距离，金属重锤（9）靠在桶体（8）内壁上的金属环（13）上，此时警示灯（11）亮起，测量人员就会发现该监测点的倾斜值超限，即此监测点上安放的监测标识已不能正常工作。 

初次安装时要注意横向连杆（6）带有两个螺丝固定孔的连线应垂直于桶体（8）的中心对称线（中心对称线指的是穿过桶体不同高度的截面圆的圆心的直线），将装置安置在监测区域时应保证其初始姿态为：桶体（8）的中心对称线大体竖直。 

附图说明:

图1 测量点与监测点的测量关系示意图

图2 测量点与监测点的平面位置偏移量分解示意图

图3 本发明的整体结构示意图

图4 水平位置偏量分解机示意图

图5 横向连杆设计示意图

图6防偏轮圈与防窜螺丝示意图

图7 具体实施例的一种防偏轮圈的设计

图8 刚性杆和金属重锤的设计示意图。 

Claims (5)

1.一种用于危险边坡变形监测的棱镜装置，该装置包括测量棱镜（1）防窜螺丝（2）防偏轮圈（3）刚性杆（4）透光罩（5）横向连杆（6）水平位置偏量分解机（7）桶体（8）金属重锤（9）架腿（10）警示灯（11）电源（12）导电环（13）,其特征在于，以刚性杆（4）连接金属重锤（9）和测量棱镜（1），刚性杆（4）和横向连杆（6）通过能将A、B两点的水平位置偏量消除的装置连接，其功能在于金属重锤（9）的重力作用下带动刚性杆（4）运动，通过能将A、B两点的水平位置偏量消除的装置将B点移动至A点的正上方，用轻、软材质的细导线依次连接金属重锤（9）警示灯（11）电源（12）和导电环（13），其功能在于，当整个装置倾斜达到一定程度时，金属重锤（9）和导电环（13）接触导致电路闭合，警示灯发光。

2.根据权利要求1所述的用于危险边坡变形监测的棱镜装置，该发明涉及到的装置进行边坡的变形数据采集时，将图1中的A点设置为监测点，以A点代替传统变形监测中埋设钢筋或铁钉的监测点安置方法。

3.根据权利要求1所述的用于危险边坡变形监测的棱镜装置，该发明涉及到的能将A、B两点的水平位置偏量消除的装置，特别在于将A、B两点的水平位置偏量分解为横向连杆（6）所在的直线方向和横向连杆（6）的法向方向的装置，具体特征为，该装置由一个可套于横向连杆（6）上的圆筒（711）和垂直圆筒轴线的轴（702）组成，在圆筒（711）的下侧中间处留有一个可供导线穿过的圆孔（703）。

4.根据权利要求1所述的用于危险边坡变形监测的棱镜装置，该发明涉及到的横向连杆（6）的特征在于，横向连杆（6）的中部带有两个可供安装防窜螺丝的孔（601）、两个防窜螺丝（2）和两个防偏轮圈（3），两孔之间的距离等于水平位置偏量分解机（7）的圆筒轴向长度与防偏轮圈（3）的直径之和，防偏轮圈（3）可用硬质泡沫材料制成也可采用塑料或金属材料制成如图7所示的结构，图7所示的防偏轮圈的坡度倾角b的范围为45°~60°，其功能在于防止热胀冷缩效应对装置正常工作的不良影响，横向连杆（6）的底面中点处设有一个垂直于横向连杆轴向的扁孔（602），扁孔（602）的弧度的范围为arctg（r/H）~π，其功能在于防止水平位置偏量分解机（7）绕横向连杆转动时被导线卡住。

5.根据权利要求1所述的用于危险边坡变形监测的棱镜装置，该发明涉及到的倾斜超限自动预警电路的预警限度为arctg（r/H）。

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