CN104897088B - 一种大型结构相对位移变化量的超声波测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型结构相对位移变化量的超声波测量方法，属于位移检测技术领域。该方法通过将超声波发射器S₁、S₂和超声波接收器R₁、R₂固定在相应位置，通过超声波测得超声波发射器S₁与超声波接收器R₁之间的距离L₁，超声波发射器S₁与超声波接收器R₂之间的距离L₂，超声波发射器S₂与超声波接收器R₁之间的距离L₃，超声波发射器S₂与超声波接收器R₂之间的距离L₄；然后求得超声波发射器S₂与超声波接收器R₁之间的垂直距离x，进而测得结构的相对位移变化量。本发明提供的一种大型结构相对位移变化量的超声波测量方法，具有实施方法简单，精确度高，实施方便等特点。

Description

一种大型结构相对位移变化量的超声波测量方法

技术领域

本发明属于位移检测技术领域，涉及一种大型结构相对位移变化量的超声波测量方法。

背景技术

大型结构的相对位移变化量是结构安全的重要参考量，如何快速准确地测量大型结构的位移是目前的研究热点。

目前大型结构位移监测常用的方法有GPS测量法、水准仪测量法、全站仪测量法、连通管测量法、倾角仪法、激光图像测量法等。

水准仪、全站仪等方法为人工测量，无法对结构进行长期持续的测量，且精度受测量人员的工作经验等影响较大；GPS测量法成本较高，且精度有限；连通管法安装过程较为繁琐，并且要定期补充连通管内液体，以保障测量的正常完成；倾角仪法受使用环境及路况影响较大；激光图像测量法对周围环境的光照强度比较敏感，较强的光照环境会影响测量精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大型结构相对位移变化量的超声波测量方法，具有实施方法简单，精确度高，实施方便等特点。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大型结构相对位移变化量的超声波测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤1)将超声波发射器S₁和超声波发射器S₂可靠固定于待测点；将超声波接收器R₁和超声波接收器R₂可靠固定于相对于待测点的不动点，如桥墩、桥台等处；

步骤2)通过超声波测得超声波发射器S₁与超声波接收器R₁之间的距离L₁，超声波发射器S₁与超声波接收器R₂之间的距离L₂，超声波发射器S₂与超声波接收器R₁之间的距离L₃，超声波发射器S₂与超声波接收器R₂之间的距离L₄；

步骤3)通过以下公式求得超声波发射器S₂与超声波接收器R₁之间的垂直距离x，进而测得结构的相对位移变化量；

其中，l_c为超声波发射器S₁与超声波发射器S₂的距离，t₁为超声波从超声波发射器S₁至超声波接收器R₁时间；t₂为超声波从超声波发射器S₁至超声波接收器R₂时间；t₃为超声波从超声波发射器S₂至超声波接收器R₁时间。

进一步，所述超声波发射器和超声波接收器均处于绝对垂直位置。

本发明的有益效果在于：本发明提供的一种大型结构相对位移变化量的超声波测量方法，利用超声波技术能够快速地测量大型结构相对位移变化量，具有实施方法简单，精确度高，实施方便等特点。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明所述方法的原理图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明提供的一种大型结构相对位移变化量的超声波测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤1)将超声波发射器S₁和超声波发射器S₂可靠固定于待测点；将超声波接收器R₁和超声波接收器R₂可靠固定于相对于待测点的不动点，如桥墩、桥台等处；

步骤2)通过超声波测得超声波发射器S₁与超声波接收器R₁之间的距离L₁，超声波发射器S₁与超声波接收器R₂之间的距离L₂，超声波发射器S₂与超声波接收器R₁之间的距离L₃，超声波发射器S₂与超声波接收器R₂之间的距离L₄；

步骤3)如图1所示，可以得出以下关系式，

其中，L₁＝v_超t₁，L₂＝v_超t₂，L₃＝v_超t₃，D为超声波发射器S₁、S₂垂线至超声波接收器R₁、R₂垂线距离；x为超声波发射器S₂与超声波接收器R₁之间的垂直距离；v_超为超声波波速；

然后通过以下公式求得超声波发射器S₂与超声波接收器R₁之间的垂直距离，进而测得结构的相对位移变化量；

其中，l_c为超声波发射器S₁与超声波发射器S₂的距离，t₁为超声波从超声波发射器S₁至超声波接收器R₁时间；t₂为超声波从超声波发射器S₁至超声波接收器R₂时间；t₃为超声波从超声波发射器S₂至超声波接收器R₁时间。

因此，只需要固定超声波发射器位置，超声波发射器和超声波接收器均处于绝对垂直位置，确保超声波发射器和接收器同侧上下超声波处于垂直上下位置，保持垂直是保证每一个接收探头与发射探头之间的距离相等，即超声波发射器和超声波接收器之间的水平距离保持不变，即可测得S₂和R₁之间的垂直距离，即结构的相对位移变化量。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种大型结构相对位移变化量的超声波测量方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤1)将超声波发射器S₁和超声波发射器S₂可靠固定于待测点；将超声波接收器R₁和超声波接收器R₂可靠固定于相对于待测点的不动点；

所述超声波发射器和超声波发射器均处于绝对垂直位置，超声波发射器和超声波发射器同侧上下超声波处于垂直上下位置；

步骤2)通过超声波测得超声波发射器S₁与超声波接收器R₁之间的距离L₁，超声波发射器S₁与超声波接收器R₂之间的距离L₂，超声波发射器S₂与超声波接收器R₁之间的距离L₃，超声波发射器S₂与超声波接收器R₂之间的距离L₄；

则

D为超声波发射器S₁、S₂垂线至超声波接收器R₁、R₂垂线距离；x为超声波发射器S₂与超声波接收器R₁之间的垂直距离；v_超为超声波波速；

步骤3)通过以下公式求得超声波发射器S₂与超声波接收器R₁之间的垂直距离x，进而测得结构的相对位移变化量；

<mrow> <mi>x</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>l</mi> <mi>c</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mn>4</mn> <msubsup> <mi>t</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>t</mi> <mn>2</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <mn>3</mn> <msubsup> <mi>t</mi> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <msubsup> <mi>t</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>t</mi> <mn>2</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>t</mi> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow>

其中，l_c为超声波发射器S₁与超声波发射器S₂的距离，t₁为超声波从超声波发射器S₁至超声波接收器R₁时间；t₂为超声波从超声波发射器S₁至超声波接收器R₂时间；t₃为超声波从超声波发射器S₂至超声波接收器R₁时间。