CN103557779A - 多功能位移测试、预报和报警仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能位移测试、预报和报警仪，包括仪器壳体(1)、两个导电轨道(211、212)、两个轨道滑轮(311、312)、滑轮弹性定位架、滑轮驱动杆(5)、导向滑轮组(6)、游标滑动槽(7)、复位触头(8)、两个变形预报游标(911、912)、变形报警游标(10)、变形定位刻度尺(11)、游标固定螺丝(12)、变形预报与报警声光电路系统、“工”字滑轮定位架(17)、“U”字形弹簧片(18)、“U”字形不锈钢片(19)、滑轮支座(20)。本发明使用方便，成本低，既能进行结构构件变形量测，还能以声音、灯光方式多次预报和报警。

Description

多功能位移测试、预报和报警仪

技术领域

本发明涉及一种结构和岩土体变形预报与报警仪，该仪器通过声、光响应，对事先限定的结构位移量值进行预报和报警，并可量测结构和岩士体变形值。

背景技术

在土木建筑工程中，对大跨度柔性结构、岩土工程坡体和水利工程的大坝等进行变形、位移的量测、监测以及预报与报警是一项十分重要的工作，当所工程对象的变形或位移接近或达到一定限值，采用一种仪器能够及时发出清晰的预警或报警信号，以便附近居住的居民和过往人员及时发现、疏散、躲避，并警示相关部门及时采取有效措施进行预防和控制，这是一项十分重要的研究课题。

另一方面，大学生结构设计竞赛是教育部确定的全国性大学生学科竞赛，该竞赛对土建类学生的创新能力与工程实践能力的培养有着重要意义。每年全国各省市地区高校内部以及高校之间的结构设计竞赛活动十分激烈的开展。在结构设计竞赛中，结构模型加载变形限定和控制是一项重要的技术要求，如何采用快速和简便的方法限定、评判结构变形量是否超过预定值，是众多类似比赛中一直寻求解决的问题。

鉴于现实意义和工程需要，专利申请人在多年实践和试验的基础上，通过不断研究，设计发明了一套用于量测结构和岩士体变形，并变形进行分级预警和报警的仪器

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制作简单、操作方便、能够通过声、光信号直观的对结构和岩士体变形进行量测、分级预警，对监测对象的变形限值进行报警的仪器。

为解决上述技术问题，本发明技术方案如下：

一种多功能位移测试、预报和报警仪，包括仪器壳体(1)、两个导电轨道(211、212)、两个轨道滑轮(311、312)、滑轮弹性定位架、滑轮驱动杆(5)、导向滑轮组(6)、游标滑动槽(7)、复位触头(8)、两个变形预报游标(911、912)、变形报警游标(10)、变形定位刻度尺(11)、游标固定螺丝(12)、变形预报与报警声光电路系统、“工”字型滑轮定位架(17)、“U”字形弹簧片(18)、“U”字形不锈钢片(19)、滑轮支座(20)；所述两个导电轨道(211、212)固定于仪器壳体(1)内部相对的两侧壁；所述弹性定位架包括“工”字形滑轮定位架(17)、“U”字形弹簧片(18)、“U”字形不锈钢片(19)，所述“U”字形弹簧片(18)两端分别焊接在相应的U字形不锈钢片(19)外侧面中心位置上，再将两个“U”字形不锈钢片(19)分别固定在轨道滑轮(3)的轴承上，起到将弹簧片(18)的弹力传递于滑轮的作用，最后再将安置于“U”字形不锈钢片(19)之内的轨道滑轮(3)的轴承安装在“工”字形滑轮定位架(17)的四个翼板内的凹槽内，以形成一整体；所述两个轨道滑轮(311、312)，安装在弹性定位架对称两侧，在“U”字形弹簧片(18)张合作用下滑轮轴承的两端可以沿固定架的凹槽自由伸缩移动，使两滑轮之间的距离发生改变，这样便可以通过弹性定位架的弹性压力将两个轨道滑轮(311、312)安放在两侧两个导电轨道之上；所述滑轮驱动杆(5)一端穿过弹性定位架并固定于弹性定位架的上下两端面，另一端穿过导向滑轮组(6)中心，再穿出仪器壳体，驱动杆尾部可连接万向节与所测结构构件相连，结构变形牵引滑轮驱动杆(5)运动。

所述导向滑轮组(6)包括两个滑轮，滑轮轴线水平安装于仪器壳体(1)底面的滑轮支座(20)上，两滑轮的轮槽相对，并确保两轮槽形成的空隙稍大于滑轮导向杆(5)，以便滑轮导向杆(5)能在其中自由穿行；

所述游标滑动槽(7)为开设在仪器壳体(1)上并与滑轮轨道平行的槽口，槽口相对两侧设有形如“[”的槽型金属条(26)，槽口的横截面形如“[]”，以便变形预报游标(9)和变形限值报警游标(10)能卡在槽口中，并在其中平行轨道自由滑动；

所述复位触头(8)是一个类似定滑轮的微型金属滚动轮，固定于能够伸缩弹性支座上，所述弹性支座固定于在游标滑动槽(7)顶部，当轨道滑轮移至与复位触头(8)接触时，接触点对应于变形定位刻度尺(11)零刻度线的位置，此时电路A通路，黄色信号灯(21)变亮，表明此时滑轮处于零点位置，相应的变形为零(此时为测试开始时的位置)。

所述变形预报游标(9)包含两个可自由滑动的游标，每个游标包括：用于与轨道滑轮(312)接触后使电路C形成通路的微型金属滚动轮、用于固定微型金属滚动轮的能够伸缩的弹性支撑杆、滑移片、刻度指针四部分，所述滑移片一侧面与弹性支撑杆焊接，另一侧面与刻度指针焊接，变形预报游标(9)的滑移片以插卡的方式安装于游标滑动槽(7)槽内，能够沿着卡槽上下滑动(方向平行于轨道方向)，并可根据所需设置的变形预警值，用指针臂上的游标固定螺丝(12)固定在定位刻度尺(11)相应位置上，当轨道滑轮移与变形预报游标(9)的微型金属滚动轮接触时电路C通路，报警器会发出短促的预报声音，提示变形已到设定预报值。

所述变形报警游标(10)包括：轨道滑片和刻度指针两部分，两者用穿过游标滑动槽(7)的细杆连接，所述轨道滑片由两层不同的材料组成，与导电轨道(212)接触的一侧为绝缘材料层，另一侧为导电材料层，变形报警游标(10)的轨道滑片安装于导电轨道(212)上，可以在导电轨道(212)面上自由滑动，可根据所需设置的变形报警值，用刻度指针上的游标固定螺丝(12)将变形报警游标(10)固定在变形定位刻度尺(11)相应的位置上，当轨道滑轮移到变形报警游标(10)上与轨道滑片接触时，电路D连通，红色信号灯23发亮，同时电路C也连通，报警器(24)会发出持续的报警声音，提示变形达到极限值(或预设的报警值)。

所述变形定位刻度尺(11)的刻度线刻画在变形预报与报警游标滑动槽的侧边，用于定位变形预报游标(9)和变形报警游标(10)；

所述变形预报与报警声光电路系统包括：电源(14)、电路开关(15)和四路电路，其中电路A控制黄色信号灯(21)、电路B控制绿色信号灯(22)、电路C控制预报和报警器发声器(24)、电路D同时控制红色信号灯(23)、灯罩(25)、槽型金属条(26)。

由于采用本发明的技术方案，具备以下功能：(1)可测定建筑结构构件和岩土体的变形；(2)在量测和监测位移时，本发明可根据结构或岩土体所允许的变形值对仪器进行报警值设定，当被测对象位移达到允许值(或极限值)时，仪器会以闪烁红色灯光和发出持续警报声响的方式进行报警；(3)为能使结构或岩土体的位移在达到限定值之前，便于人们及时采取相应的控制措施，本发明可以根据需要设定多级的变形预警值，进行多次变形预报，在监测对象的变形达到限定值(或极限值)之前发出声响，起到预警的作用。

本发明具有以下优点：使用方便，成本低，既能进行结构构件和岩土体的变形量测，还能以声音、灯光方式多次预报和报警，便于根据变形预报情况，及时采取应对措施，并直观评判结构构件和岩土体变形是否超过设定的允许值，总之，本发明兼具工程对象的位移和变形测量与监测功能。

附图说明

图1是本发明的立体剖切图。

图2是本发明的内部结构图。

图3是本发明的滑轮弹性固定架图。

图4是本发明的变形预报与报警声光电路系统图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

参考图1至图4，一种多功能位移测试、预报和报警仪，包括仪器壳体1、两个导电轨道211、212、轨道滑轮311、轨道滑轮312、滑轮弹性定位架、滑轮驱动杆5、导向滑轮组6、游标滑动槽7、复位触头8、变形预报游标911、变形预报游标912、变形报警游标10、变形定位刻度尺11、游标固定螺丝12、变形预报与报警声光电路系统、电源14、开关15、“工”字型滑轮定位架17、“U”字形弹簧片18、“U”字形不锈钢片19、滑轮支座20；所述导电轨道211、导电轨道212固定于仪器壳体1内部相对的两侧壁；所述弹性定位架包括“工”字型滑轮定位架17、“U”字形弹簧片18、“U”字形不锈钢片19，所述“U”字形弹簧片18两端分别焊接在相应的U字形不锈钢片19外侧面中心位置上，再将两个“U”字形不锈钢片19分别固定在轨道滑轮3的轴承上，起到将弹簧片18的弹力传递于滑轮的作用，最后再将安置于“U”字形不锈钢片19之内的轨道滑轮3的轴承安装在“工”字型滑轮定位架17的四个翼板内的凹槽内，以形成一整体；所述轨道滑轮311、轨道滑轮312，安装在弹性定位架对称两侧，在“U”字形弹簧片18张合作用下滑轮轴承的两端可以沿固定架的凹槽自由伸缩移动，使两滑轮之间的距离发生改变，这样便可以通过弹性定位架的弹性压力将轨道滑轮311、轨道滑轮312安放在两侧两个导电轨道之上；所述滑轮驱动杆5一端穿过弹性定位架并固定于弹性定位架的上下两端面，另一端穿过导向滑轮组6中心，再穿出仪器壳体，驱动杆尾部可连接万向节与所测结构构件相连，结构变形牵引滑轮驱动杆5运动。

所述导向滑轮组6包括两个滑轮，滑轮轴线水平安装于仪器壳体1底面的滑轮支座20上，两滑轮的轮槽相对，并确促两轮槽形成的空隙稍大于滑轮导向杆5，以便滑轮导向杆5能在其中自由穿行；

所述游标滑动槽7为开设在仪器壳体1上并与滑轮轨道平行的槽口，槽口相对两侧设有形如“[”的槽型金属条26，槽口的横截面形如“[]”，以便变形预报游标9和变形限值报警游标10能卡在槽中，并在其中平行轨道自由滑动；

所述复位触头8是一个类似定滑轮的微型金属滚动轮，固定于能够伸缩弹性支座上，所述弹性支座固定于在游标滑动槽7顶部；当轨道滑轮移至与氢位触头8接触时，接触点对应于变形定位刻度尺11零刻度线的位置，此时电路A通路，黄色信号灯(21)变亮，表明此时滑轮处于零点位置，相应的变形为零此时为测试开始时的位置。

所述变形预报游标9包含两个可自由滑动的游标，每个游标包括：用于与轨道滑轮(312)接触后使电路C形成通路的微型金属滚动轮、用于固定微型金属滚动轮的能够伸缩的弹性支撑杆、滑移片、刻度指针四部分，所述滑移片一侧面与弹性支撑杆焊接，另一侧面与刻度指针焊接，变形预报游标9的滑移片以插卡的方式安装于游标滑动槽7槽内，能够沿着卡槽上下滑动方向平行于轨道方向，并可根据所需预报变形值，用指针臂上的游标固定螺丝12固定在定位刻度尺11相应位置上，当轨道滑轮移与变形预报游标9的触头接触时电路C通路，报警器会发出短促的预报声音，提示变形已到设定预报值。

所述变形报警游标10包括：轨道滑片，刻度指针两部分，所述轨道滑片由两层不同的材料组成，与导电轨道(212)接触的一侧为绝缘材料层，另一侧为导电材料层，变形报警游标10的轨道滑片安装于导电轨道212上，可以在导电轨道212面上自由滑动，可根据所需设置的变形报警值，用刻度指针上的游标固定螺丝12将变形报警游标(10)固定在变形定位刻度尺11相应的位置上，当轨道滑轮移到变形报警游标10上与轨道滑片接触时，电路D连通，红色信号灯23发亮，同时电路C也连通，报警器(24)会发出持续的报警声音，提示变形达到极限值(预设的报警值)。

所述变形定位刻度尺11的刻度线刻画在变形预报与报警游标滑动槽的侧边，用于定位变形预报游标9和变形报警游标10；

所述变形预报与报警声光电路系统包括：电源14、电路开关15和四路电路，其中电路A控制黄色信号灯21、电路B控制绿色信号灯22、电路C控制预报和报警器发声器24、电路D同时控制红色信号灯23、灯置25、槽型金属条26。

本发明内部设有A、B、C、D共4个电路，分别控制绿色光源信号，黄色光源信号，预报和报警声音信号，红色光源信号。下面以建筑结构的变形监测为例对仪器位移预报和报警功能进行说明。对建筑结构进行变形监测时，先用万向节将本发明仪器中滑轮驱动杆5尾端与被测结构构件连接牢固，推动滑轮驱动杆5将轨道滑轮3置于导电轨道2顶端并与复位触头8接触，此时轨道滑轮311、轨道滑轮312使导电轨道211和复位触头8连通，A电路形成电流回路，黄色信号灯21亮，此时表示位移值为零。仪器位移复位后，再用支架将本发明仪器固定起来。当结构发生变形时带动滑轮驱动杆5，促使轨道滑轮311、轨道滑轮312滑移，脱离复位触头8，A电路断路，并将导电轨道211和导电轨道212连通，B电路形成电流回路，绿色信号灯22亮。当轨道滑轮311、轨道滑轮312滑移到变形预报游标911位置时，轨道滑轮312与变形预报游标911中的微型金属滚动轮接触，C电路形成电流回路，B电路仍然保持通路，此时绿色信号灯21仍然保持亮，变形预报器24第一次发出短促的声音信号，提醒结构位移己达到第一级设定的变形值，若结构变形继续发展，轨道滑轮311、轨道滑轮312继续滑移，并脱离变形预报游标911中的微型金属滚动轮接触，C电路断路，B电路仍然保持通路，当滑移到变形预报游标912位置时，轨道滑轮312与变形预报游标912中的微型金属滚动轮接触，C电路和B电路再次同时形成电流回路，绿色信号灯21保持亮的同时，变形预报器24第二次发出短促的声音信号，再次预报第二级预定的位移值。如果结构继续变形达较大值，使轨道滑轮311、轨道滑轮312滑移到变形报警游标10位置时，D电路形成电流回路，此时红色信号灯23闪烁，并且报警器24发出持续报警声响，警示结构变形已经达到设定的变形极限值(预设的报警值)。

对于用本发明的结构构件位移测定功能，实施方法为：用万向节将仪器中滑轮驱动杆5尾端与被测结构构件连接牢固后，将轨道滑轮3推置于导电轨道2顶端，黄色灯亮，此时测杆复位为零，滑轮驱动杆5上的0刻度线与仪器壳体1底面对齐，被测构件位移为零点，当结构变形时拉动滑轮驱动杆5，可根据滑轮驱动杆5被拉伸出仪器外壳底面的刻度线数值，来测量结构变形大小。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种多功能位移测试、预报和报警仪，其特征在于，包括仪器壳体(1)、两个导电轨道(211、212)、两个轨道滑轮(311、312)、滑轮弹性定位架、滑轮驱动杆(5)、导向滑轮组(6)、游标滑动槽(7)、复位触头(8)、两个变形预报游标(911、912)、变形报警游标(10)、变形定位刻度尺(11)、游标固定螺丝(12)、变形预报与报警声光电路系统、“工”字形滑轮定位架(17)、“U”字形弹簧片(18)、“U”字形不锈钢片(19)、滑轮支座(20)；所述两个导电轨道(211、212)固定于仪器壳体(1)内部相对的两侧壁；所述弹性定位架包括“工”字型滑轮定位架(17)、“U”字形弹簧片(18)、“U”字形不锈钢片(19)，所述“U”字形弹簧片(18)两端分别焊接在相应的U字形不锈钢片(19)外侧面中心位置上，再将两个“U”字形不锈钢片(19)分别固定在轨道滑轮(3)的轴承上，起到将弹簧片(18)的弹力传递于滑轮的作用，最后再将安置于“U”字形不锈钢片(19)之内的轨道滑轮(3)的轴承安装在“工”字型滑轮定位架(17)的四个翼板内的凹槽内，以形成一整体；所述两个轨道滑轮(311、312)，安装在弹性定位架对称两侧，在“U”字形弹簧片(18)张合作用下滑轮轴承的两端可以沿固定架的凹槽自由伸缩，使两滑轮之间的距离发生改变，这样便可以通过弹性定位架的弹性压力将两个轨道滑轮(311、312)安放在两侧两个导电轨道之上；所述滑轮驱动杆(5)一端穿过弹性定位架并固定于弹性定位架的上下两端面，另一端穿过导向滑轮组(6)中心，再穿出仪器壳体，驱动杆尾部可连接万向节与所测结构构件相连，结构变形牵引滑轮驱动杆(5)运动。 

2.根据权利要求1所述的多功能位移测试、预报和报警仪，其特征在于，所述导向滑轮组(6)包括两个滑轮，滑轮轴线水平安装于仪器壳体(1)底面的滑轮支座(20)上，两滑轮的轮槽相对，并确保两轮槽形成的空隙稍大于滑轮导向杆(5)，以便滑轮导向杆(5)能在其中自由穿行。

3.根据权利要求1所述的多功能位移测试、预报和报警仪，其特征在于，所述游标滑动槽(7)为开设在仪器壳体(1)上并与滑轮轨道平行的槽口，槽口相对两侧设 有形如“[”的槽型金属条(26)，槽口的横截面形如“[]”，以便变形预报游标(9)和变形限值报警游标(10)能卡在槽中，并在其中平行轨道自由滑动。

4.根据权利要求1所述的多功能位移测试、预报和报警仪，其特征在于，所述复位触头(8)是一个类似定滑轮的微型金属滚动轮，固定于能够伸缩弹性支座上，所述弹性支座固定于在游标滑动槽(7)顶部，当轨道滑轮移至与复位触头(8)接触时，接触点对应于变形定位刻度尺(11)零刻度线的位置，此时电路A通路，黄色信号灯(21)变亮，表明此时滑轮处于零点位置，相应的变形为零(此时为测试开始时的位置)。 

5.根据权利要求1所述的多功能位移测试、预报和报警仪，其特征在于，所述变形预报游标(9)包含两个可自由滑动的游标，每个游标包括：用于与轨道滑轮(312)接触后使电路C形成通路的微型金属滚动轮、用于固定微型金属滚动轮的能够伸缩的弹性支撑杆、滑移片、刻度指针四部分，所述滑移片一侧面与弹性支撑杆焊接，另一侧面与刻度指针焊接，变形预报游标(9)的滑移片以插卡的方式安装于游标滑动槽(7)槽内，能够沿着卡槽上下滑动(方向平行于轨道方向)，并可根据所需设置的变形预警值，用指针臂上的游标固定螺丝(12)固定在定位刻度只(11)相应位置上，当轨道滑轮移至与变形预报游标(9)的微型金属滚动轮接触时电路C通路，报警器会发出短促的预报声音，提示变形已到设定预报值。 

6.根据权利要求1所述的多功能位移测试、预报和报警仪，其特征在于，所述变形报警游标(10)包括：轨道滑片和刻度指针两部分，两者用穿过游标滑动槽(7)的细杆连接，所述轨道滑片由两层不同的材料组成，与导电轨道(212)接触的一侧为绝缘材料层，另一侧为导电材料层，变形报警游标(10)的轨道滑片安装于导电轨道(212)上，可以在导电轨道(212)面上自由滑动，可根据所需设置的变形报警值，用刻度指针上的游标固定螺丝(12)将变形报警游标(10)固定在变形定位刻度尺(11)相应的位置上，当轨道滑轮移到变形报警游标(10)上与轨道滑片接触时，电路D连通，红色信号灯(23)发亮，同时电路C也连通，报警器(24)发出持续的报警声音，提示变形达到极限值(或预设的报警值)。 

7.根据权利要求1所述的多功能位移测试、预报和报警仪，其特征在于，所述 变形定位刻度尺(11)的刻度线刻画在变形预报与报警游标滑动槽的侧边，用于变形预报游标(9)和变形报警游标(10)的定位。 

8.根据权利要求1所述的多功能位移测试、预报和报警仪，其特征在于，所述变形预报与报警声光电路系统包括：电源(14)、电路开关(15)和四路电路，其中电路A控制黄色信号灯(21)、电路B控制绿色信号灯(22)、电路C控制预报和报警器发声器(24)、电路D同时控制红色信号灯(23)、灯罩(25)、槽型金属条(26)。