CN104563080A - 光学测斜装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于测量地下水平形变的测斜装置，包括封闭壳体、电缆以及测读仪，所述封闭壳体设置光电位置传感器和激光发生器，所述激光发生器发射一束竖直向上的激光束照射到所述光电位置传感器上，所述的光电位置传感器将光点位置坐标信息通过所述的电缆传输到所述测读仪。通过提取光点的坐标信息，避免测得变形数值与实际变形不相符，同时采用常见的光学元件和简单供电回路，避免了一些非常精密的机械加工件，延长了所述测斜装置的使用寿命，从而大大降低了所述测斜装置的生产成本和使用成本。

Description

光学测斜装置

技术领域

本发明属于地下岩土施工测量监控领域，特别涉及一种光学测斜装置。

背景技术

随着城市建设的飞快发展，高层建筑不断涌现，经常需要在密集建筑群之间进行深基坑开挖，为了保护周围建(构)筑物和深基坑自身结构的安全，在施工过程中必须对深基坑的变形进行监测。

现阶段深基坑工程水平位移监测的通用技术是先预判基坑的变形方向，然后按照预判的基坑变形方向在预定测点处埋设测斜管，在测斜管内壁上开设两组相互成90°的导槽，并使其中一组导槽的平面与基坑变形的方向一致，将测斜仪沿着一组导槽放入测斜管的不同深度处分别进行测量，即可监测到该测点处的不同深度的水平位移。测斜仪普遍采用的是滑动式测斜仪，即将测斜仪通过导槽安置于测斜管内，拉动测斜仪到预定深度处，即可测量预定深度处的沿着测斜仪所放置导槽组的平面方向(即主位移方向)的水平位移增量，分别测量出不同深度处的水平位移增量，再通过计算分析得到测孔全长度范围的水平位移。

测斜仪的工作原理是利用重力摆锤始终保持铅直方向的性质，测得仪器中轴线与摆锤垂直线间的倾角在主位移方向的投影，倾角的变化会引起电信号发生变化，通过测量电信号就可以知道被测结构的在主位移方向的位移增量。实际施工中，特别对于形状比较复杂的基坑或地下工程，为了全面了解基坑的水平变形情况，不仅要知道主位移方向的水平位移，而且也需要知道垂直于主位移方向的水平位移。而使用现有的测斜仪，如果要测量垂直于主位移方向的水平位移，就必须将测斜仪旋转90°重新进行测量，费时费力，而且测斜仪在频繁的拉动过程中也容易被损坏。

此外，目前使用的测斜仪需要配备精密的机械装置测试测斜管轴线与铅垂线之间的夹角,从而计算出测斜管内各个测点的水平位移与倾斜曲线，单个测斜仪价格不菲，从而使得监测成本居高不下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于测量地下水平形变的测斜装置，用于解决现有的测斜仪只测量主位移方向的水平位移而无法准确表达测量处实际位移变化以及测量过程中费时费力现状，利用光线直线传播原理的测斜仪，能够得出测量处在水平平面的坐标变化值Δx和Δy，从而通过一次测量就能够真实反映测量处的位移变化情况。

为解决上述技术问题，本发明提供用于测量地下水平形变的测斜装置，包括：封闭壳体、电缆、以及测读仪，在所述封闭壳体的底端设置一激光发生器，在所述封闭壳体的顶部设置光电位置传感器，所述电缆的一端穿过所述封闭壳体与所述光电位置传感器连接，所述电缆的另一端连接所述测读仪。

可选的，还包括至少两组导轮，所述导轮均设置于所述封闭壳体的外侧。

可选的，包括三组所述导轮，三组所述导轮间隔设置于所述封闭壳体的外侧。

可选的，还包括一组相互交叉设置的平衡吊梁和一柔性吊绳；所述平衡吊梁的两端分别设置于所述封闭壳体的内侧，所述柔性吊绳的一端与所述平衡吊梁的交叉中心点连接，所述柔性吊绳的一端与所述光电位置传感器中心点连接。

可选的，所述激光发生器包括激光二极管和干电池组，所述干电池组通过导线与所述激光二极管连接。

可选的，所述激光发生器还包括一金属球体和一万向座，所述万向座固定设置于所述封闭壳体的底部，所述激光二极管通过所述金属球体与所述万向座连接。

可选的，还包括一防撞保护帽，所述防撞保护帽设置于所述封闭壳体远地端。

可选的，还包括一密封保护帽，所述密封保护帽设置于所述封闭壳体的近地端。

可选的，所述封闭壳体的长度为450mm～550mm。

相对于现有技术而言，本发明所提供的用于测量地下深层水平形变的测斜装置，至少具有以下有益的技术效果：

1、全面真实的反映测量点处的水平位移：所述测斜装置随着所测基坑周围岩土变形而产生倾斜，带动所述光电传感器与所述激光发生器产生相对位移，所述激光发生器发射出一竖直向上的激光束投射到所述的光电位置传感器上，所述光电位置传感器将投射光点的位置信息ΔX和ΔY通过所述电缆传入所述的测读仪。也就是说，只需要一次测量既可以得到X方向的位移增量，也可以得到Y方向的位移增量，而不需要两次或者更多次的测量才能得到测量点不同深度的位移增量，只需要一次测量即可全面真实的反映测量点处的水平位移，从而可以减少测量次数。

2、有效降低了监测成本：一方面，所述激光发生器采用普通的发光二极管，也采用非常简单的所述干电池组和所述控制开关组成的供电回路为所述激光二极管供电，避免了一些成本高的精密的机械加工件，从而降低了所述测斜装置的生产成本，所述干电池组可以更换，延长了单个所述测斜装置的使用寿命；另一方面，所述测斜装置可以一次测量就能够全面地测得水平位移情况，避免了多次重复测量，提高了监测效率，进一步降低了所述测斜装置的使用成本。

附图说明

图1为本发明一实施例的用于测量地下水平形变的测斜装置的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明一实施例中光电位置传感器状态示意图；

图4为本发明另一实施例的用于测量地下水平形变的测斜装置的结构示意图；

图5为本发明一实施例中激光发生器供电回路示意图；

具体实施方式

以下结合附图和具体实例对本发明提出的用于测量地下水平形变的测斜装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

结合图1和图2，本发明一实施例的用于测量地下深层水平形变的测斜装置100包括封闭壳体2、电缆3以及测读仪4，在封闭壳体2的底端还设置一激光发生器24，在封闭壳体2的顶部设置光电位置传感器23，电缆3的一端穿过封闭壳体2与光电位置传感器23连接，而电缆3的另一端连接测读仪4。

如图1，通常，激光发生器24包括激光二极管243和干电池组244，干电池组244通过导线与激光二极管243连接，用于为激光二极管243提供电源。因为用干电池组244为激光二极管243单独供电，因此不需要额外的设置供电电缆线，使得测斜装置100携带和使用更加方便。为了方便控制激光二极管243的开关状态，可以在供电回路上设置一控制开关25，用于控制激光二极管243的开关。

结合图1至图3，工作时，将测斜装置100沿着预埋设的测斜管1的导槽缓慢放入，发明人巧妙地利用了光束直线传播的原理，将光学仪器设置于封闭壳体2内，在地下空间施工的过程中，测斜管1随着周围岩土发生水平位移，带封闭壳体2随着产生相应的位移，带动位于封闭壳体2顶部的光电位置传感器23产生相同的位移，当位于封闭壳体2底部激光发生器24发射出的竖直向上的激光束投射到光电位置传感器23时，光电位置传感器23可以将其投射光点的位置信息以电信号的形式通过电缆3传递给测读仪4。因为投射到光电位置传感器23上的光点既可以得到ΔX也可以得到ΔY，也就是说，通过一次测量即可得到平面坐标系中两个互相垂直方向水平位移增量，而不需要通过两次甚至更多次测量才能完成对测斜管1的水平位移的监测。

继续参考图1，为了方便测斜装置100在测斜管1内顺利滑动，可以在封闭壳体2的外侧设置至少两组导轮5，通常，选择设置两组相对应的导轮5。为了增加测斜装置100在测斜管1内的稳定性，如图4所示，在本发明的另一实施例中，优选的，可以在封闭壳体2的外侧设置至少三组导轮5，而三组导轮5间隔设置于封闭壳体2的外侧。

继续参考图1和图2，为了使光电位置传感器23始终能够保持水平状态，只跟随测斜装置100在水平方向的移动而不会产生竖直方向的倾斜，从而避免投射光电位置传感器23上的光点位置因为叠加了光电位置传感器23的竖直倾斜位移而导致的失真。为此，可以封闭壳体2内顶部还设置一组相互交叉设置的平衡吊梁21和一柔性吊绳22；平衡吊梁21的两端分别设置于封闭壳体2的内墙上，柔性吊绳22一端与平衡吊梁21交叉中心点相连，柔性吊绳22的另一端与光电位置传感器23中心点相连，柔性吊绳22保证了在封闭壳体2发生倾斜情况下光电位置传感器23依然能够保持水平状态。

继续参考图1和图2，此外，为了保证监测结果的准确性，还要使得激光发生器24所发射的光束始终保持竖直。为此，激光发生器24还包括一万向座241和金属球体242，万向座241固定设置在封闭壳体2的底部，万向座241有一上端有活动盖板的密闭液体腔室，激光二极管243通过金属球体242与万向座241连接。具体来说，金属球体242可以采用上轻下重球体，利用不倒翁原理，使得位于金属球体242上的激光二极管243始终保持竖直向上的状态，从而使得由激光二极管243所发射出来的激光束也始终保持竖直方向，以此保证激光二极管243在封闭壳体2发生倾斜的情况下依然能保持竖直向上的状态。为了方便更换干电池组244，可以将干电池组244安装在万向座241底部。

在实际的施工过程中，测斜管内经常会出现存在异物或者积水情况，为了防止异物对封闭壳体2内的光学元件造成撞击损害，可以在在封闭壳体2的远地端设置有防撞保护帽8；同时，也可以防止水进入封闭壳体2内部损坏干电池组244、控制开光25和供电回路。因为电缆3的一端穿过封闭壳体2近地端与光学位置传感器23相连，在封闭壳体2近地端的穿线洞口设置有密封保护帽7，密封保护帽7可以防止异物和水进入封闭壳体2内部损坏光学元件。

在实际的施工过程中，根据施工监测的要求，在测斜管内，每隔500mm要进行一次水平形变测量，为此，可以将封闭壳体2的长度设置为450mm～550mm。方便布置多个测斜装置100同时进行测量，可以进一步提高监测效率。

综上所述，本发明的测斜装置能够实现一次测量就能够得出被测点在两个相互垂直方向的水平位移，更能真实地反映被测点周围岩土变形情况，同时也有效的减少了测量次数，从而大大地降低了实际工程中检测费用；还有，本发明的测斜装置采用了普通的发光二极管和简单的供电回路，有效地降低了测斜装置的生产成本。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.用于测量地下水平形变的测斜装置，其特征在于，包括：封闭壳体、电缆、以及测读仪，在所述封闭壳体的底端设置一激光发生器，在所述封闭壳体的顶部设置光电位置传感器，所述电缆的一端穿过所述封闭壳体与所述光电位置传感器连接，所述电缆的另一端连接所述测读仪。

2.如权利要求1所述的用于测量地下水平形变的测斜装置，其特征在于，还包括至少两组导轮，所述导轮均设置于所述封闭壳体的外侧。

3.如权利要求2所述的用于测量地下水平形变的测斜装置，其特征在于，包括三组所述导轮，三组所述导轮间隔设置于所述封闭壳体的外侧。

4.如权利要求1至3中任一项所述的用于测量地下水平形变的测斜装置，其特征在于，还包括一组相互交叉设置的平衡吊梁和一柔性吊绳；所述平衡吊梁的两端分别设置于所述封闭壳体的内侧，所述柔性吊绳的一端与所述平衡吊梁的交叉中心点连接，所述柔性吊绳的一端与所述光电位置传感器中心点连接。

5.如权利要求4所述的用于测量地下水平形变的测斜装置，其特征在于，所述激光发生器包括激光二极管和干电池组，所述干电池组通过导线与所述激光二极管连接。

6.如权利要求4所述的用于测量地下水平形变的测斜装置，其特征在于，所述激光发生器还包括一金属球体和一万向座，所述万向座固定设置于所述封闭壳体的底部，所述激光二极管通过所述金属球体与所述万向座连接。

7.如权利要求4所述的用于测量地下水平形变的测斜装置，其特征在于，还包括一防撞保护帽，所述防撞保护帽设置于所述封闭壳体远地端。

8.如权利要求4所述的用于测量地下水平形变的测斜装置，其特征在于，还包括一密封保护帽，所述密封保护帽设置于所述封闭壳体的近地端。

9.如权利要求4所述的用于测量地下水平形变的测斜装置，其特征在于，所述封闭壳体的长度为450mm～550mm。