CN105737796B - 液压水准测量系统及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液压水准测量系统,包括一设置有测量液的储液罐、与所述储液罐出口连接的连通管,设置于所述连通管上的测量单元,所述连通管尾端设置有一放液阀,所述测量单元与一数据采集分析计算机电性连接,所述测量单元为一液压密封罐,且所述液压密封罐的上方设置有绝对压力传感器。本发明利用有线或无线传感器网络,将数百个甚至上千个测量单元连接在一起,能够同时对所有测量单元进行测量和分析,较传统的水准测量效率提高数百倍,省时省力。
Description
技术领域
本发明涉及一种水准测量系统及其测量方法,属于水准测量仪器技术领域。
背景技术
水准测量又名“几何水准测量”,是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。传统的水准测量采用水准测量仪器和水准尺,测量测量点与基准点之间的高差。水准仪目前用的比较多的有自动安平水准仪、精密水准仪。自动安平水准仪在仪器架设不需要人工手动精平,提高了测量速度;精密水准仪则配合铟钢尺可以提高测量精度。最近发展出来的数字水准仪和条码水准尺则可以实现自动安平、自动高精度测量。
传统的水准测量主要缺点是采用单台仪器测量,每测一个水准点需要重新移动、架设水准仪和水准尺,测量速度慢。尤其在测量点较多的情况下,测量工作劳动强度非常大,测量速度非常缓慢。
静力水准测量在每个测点都安装静力水准仪,具有测量速度快的优点,但是受测量原理和量程限制,所有静力水准仪要求基本安装在同一水平面。若遇到高差较大的情况则需要增加动基点来解决,安装调试非常麻烦,静力水准受温度影响较大,昼夜或冬夏季之间测量误差非常大,所以一般只用于隧道这种常年环境温度变化不大的地方。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的技术问题,提供一种液压水准测量系统及其测量方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现:
液压水准测量系统,其特征在于:包括一设置有测量液的储液罐、通过连通管与所述储液罐出口连接测量单元,所述连通管尾端设置有一放液阀,所述测量单元与一数据采集分析计算机电性连接,所述测量单元为一液压密封罐,且所述液压密封罐的上方设置有绝对压力传感器。
优选地,所述绝对压力传感器为液体绝对压力传感器或气体绝对压力传感器。
优选地,所述绝对压力传感器为气体绝对压力传感器时,所述液压密封罐内的测量液与液压密封罐顶部设置有间隙,且所述绝对压力传感器与液压密封罐之间设置有传感器保护膜,所述绝对压力传感器轴线与测量液液面垂直。
优选地,所述测量单元置于各测量点和基准点上。
优选地,所述传感器保护膜为透气性微孔疏水型保护膜。
优选地,所述测量单元还包括温度传感器,及与绝对压力传感器和温度传感器电性连接的微处理器。
优选地,所述连通管为硬质连通管。
优选地,所述储液罐顶部开设有小孔或通过折弯吸管与储液罐外空气接触。
优选地,所述储液罐顶部设置有一容纳槽,所述容纳槽内设置有透气海绵,所述容纳槽上开设有与外界联通的联通孔。
基于液压水准测量系统的测量方法,包括如下步骤,
S1、进行测量单元的标定,将测量单元与储液罐固定后测其绝对压力值P;将测量单元或储液罐升高或降低高度h后,测其绝对压力值P’;
按下式计算标定系数A,所述A为每mm高度差对应的压强差:
A=|P-P’ |/h
标定系数A值存储在测量单元的微处理器中,正常测量时通过H=P/A计算出真空状态下达到P值所对应的标准测量液高度H。为消除绝对压力传感器的个体差异影响,测量单元的测量结果统一为真空状态下达到P值所对应的标准测量液高度H。
S2、将储液罐固定安装,各测量单元安装在测量点和基准点上,在储液罐中倒入测量液中,直至测量也充满各个测量单元和连通管,关闭放液阀。
S3、进行水准测量。
优选地,所述S3中包括如下步骤,
S31、根据如下关系式计算出各测量单元间的相对高度差:
P=P0+ρgh 式1
其中,P 为绝对压力传感器所测得的绝对压强值;
P0 为大气压强;
ρ 为测量液的密度;
g 为重力加速度;
h 为绝对压力传感器与储液罐液面的高度差;
当系统只有储液罐与大气连通时,测量单元间的压强关系表示为:
P1-P2=ρg(h1-h2) 式2
其中,P1 为1号测量单元所测得的绝对压强值;
P2 为2号测量单元所测得的绝对压强值;
h1 为1号测量单元绝对压力传感器与储液罐液面的高度差;
h2 为2号测量单元绝对压力传感器与储液罐液面的高度差;
亦为:
P1-2=ρg(h1-2) 式3
其中:P1-2 为1号测量单元与2号测量单元所测得压强差;
h1-2为1号测量单元与2号测量单元的高度差。
S32、对ρg值进行修正,
首先,在测量系统内设置至少两个基准点,并在基准点均安装测量单元,且基准点之间的高度差△h已知,根据式2可以得出:
ρg =|PBM1-PBM2|/△h 式4
其中,PBM1:第一个基准点测量单元所测得的绝对压强值;
PBM2:第二个基准点测量单元所测得的绝对压强值;
△h:第一个基准点与第二个基准点之间的高度差;
根据式4计算每一次测量时的ρg值,通过采集分析计算机进行自动修正,对测量结果进行补偿。
S33、测得各测量点H值与基准点H值之差值,通过对比同一测量点在不同时间对应基准点H值之差的变化来测定测量点的高差变化。
本发明的有益效果:利用有线或无线传感器网络,将数百个甚至上千个测量单元连接在一起,能够同时对所有测量单元进行测量和分析,较传统的水准测量效率提高数百倍,省时省力。
实现24小时不间断测量,提高水准测量数据的连续性和有效性,提高测量频率。系统高差量程大,且能工作在负压段,测量单元任意高度安装,安装维护省时省力;测量单元高度集成化,具有体积小、重量轻、成本低的优点。
附图说明
图1是本发明的系统接连结构示意图。
图2是本发明中液压密封罐的结构关系示意图。
图3本发明中储液罐的其中一实施例的结构示意图。
图4本发明中储液罐的另一实施例的结构示意图。
图5本发明中储液罐的第三种实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明具体揭示了一种液压水准测量系统,结合图1所示,包括一设置有测量液的储液罐1、通过连通管3与所述储液罐1出口连接的测量单元2。所述测量单元置于测量点和基准点上。所述测量单元为一液压密封罐,且所述液压密封罐的上方设置有绝对压力传感器。所述绝对压力传感器为液体绝对压力传感器或气体绝对压力传感器。
结合图3-图5所示,而为了消除外界风压及较大声音对系统产生大气压强抖动影响,储液罐1不能直接敞口与大气接通,在所述储液罐1的顶部设置有小孔19或通过连接有一细长的连通管20与大气接通,或者经过海绵或其它多孔透气材料与大气接通。通过所述储液罐顶部设置有一容纳槽,所述容纳槽内设置有透气海绵21,所述容纳槽上开设有与外界大气联通的联通孔。
所述连通管3尾端设置有一放液阀8,所述测量单元2与数据采集分析计算机7电性连接。测量单元2与数据采集分析计算机7之间可以采用有线网5连接,也可以采用无线网6连接。
所述绝对压力传感器可以消除大部分大气压力的影响,且不用安装气压平衡管,减少安装成本。但若连通管较软,依旧会引入误差,测量单元间高差为9米,会产生约1mbar的误差。所以优选采用硬质材料的管子作为连通管,以减小其影响,当然,也可以将其高差影响通过软件修正的方法予以消除。
结合图2所示,当所述绝对压力传感器为气体绝对压力传感器时,所述液压密封罐内的测量液4与液压密封罐顶部设置有间隙,且所述绝对压力传感器9与液压密封罐之间设置有传感器保护膜18。所述传感器保护膜18为透气性微孔疏水型保护膜。例如,传感器保护膜18材质可以为疏水型聚四氟乙烯微孔膜(PTFE)或聚偏氟乙烯微孔膜(PVDF),也可以由其它具有同样特性材料的膜材或片材制成。
所述测量单元2内还包括温度传感器,及通过与绝对压力传感器和温度传感器电性连接的微处理器。通过所述测量单元内部安装的温度传感器,可以实现自动温度补偿修正,系统受环境温度影响小,长期测量时精度高。
一种基于以上液压水准测量系统的测量方法,包括如下步骤,
S1、进行测量单元的标定,将测量单元与储液罐固定后测其绝对压力值P;将测量单元或储液罐升高或降低高度h后,测其绝对压力值P’;
按下式计算标定系数A,所述A为每mm高度差对应的压强差:
A=|P-P’ |/h
标定系数A值存储在测量单元的微处理器中,正常测量时通过H=P/A计算出真空状态下达到P值所对应的标准测量液高度H。为消除绝对压力传感器的个体差异影响,测量单元的测量结果统一为真空状态下达到P值所对应的标准测量液高度H。
S2、将储液罐固定安装,各测量单元安装在测量点和基准点上,在储液罐中倒入测量液中,直至测量也充满各个测量单元和连通管,关闭放液阀。
S3、进行水准测量。
其中,所述S3中包括如下步骤,
S31、根据如下关系式计算出各测量单元间的相对高度差:
P=P0+ρgh 式1
其中,P 为绝对压力传感器所测得的绝对压强值;
P0 为大气压强;
ρ 为测量液的密度;
g 为重力加速度;
h 为绝对压力传感器与储液罐液面的高度差;
当系统只有储液罐与大气连通时,测量单元间的压强关系表示为:
P1-P2=ρg(h1-h2) 式2
其中,P1 为1号测量单元所测得的绝对压强值;
P2 为2号测量单元所测得的绝对压强值;
h1 为1号测量单元绝对压力传感器与储液罐液面的高度差;
h2 为2号测量单元绝对压力传感器与储液罐液面的高度差;
亦为:
P1-2=ρg(h1-2) 式3
其中:P1-2 为1号测量单元与2号测量单元所测得压强差;
h1-2为1号测量单元与2号测量单元的高度差。
S32、对ρg值进行修正,
首先,在测量系统内设置至少两个基准点,并在基准点均安装测量单元,且基准点之间的高度差△h已知,根据式2可以得出:
ρg =|PBM1-PBM2|/△h 式4
其中,PBM1:第一个基准点测量单元所测得的绝对压强值;
PBM2:第二个基准点测量单元所测得的绝对压强值;
△h:第一个基准点与第二个基准点之间的高度差;
根据式4计算每一次测量时的ρg值,通过采集分析计算机进行自动修正,对测量结果进行补偿。
S33、测得各测量点H值与基准点H值之差值,通过对比同一测量点在不同时间对应基准点H值之差的变化来测定测量点的高差变化。
本发明尚有多种具体的实施方式,凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案,均落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.基于液压水准测量系统的测量方法,所述液压水准测量系统,包括一设置有测量液的储液罐、通过连通管与所述储液罐出口连接测量单元,所述连通管尾端设置有一放液阀,所述测量单元与一数据采集分析计算机电性连接,所述测量单元为一液压密封罐,且所述液压密封罐的上方设置有绝对压力传感器,其特征在于:所述测量方法包括如下步骤,
S1、进行测量单元的标定,将测量单元与储液罐固定后测其绝对压力值P;将测量单元或储液罐升高或降低高度h后,测其绝对压力值P’;
按下式计算标定系数A,所述A为每mm高度差对应的压强差:
A=|P-P’ |/h
标定系数A值存储在测量单元的微处理器中,正常测量时通过H=P/A计算出真空状态下达到P值所对应的标准测量液高度H,为消除绝对压力传感器的个体差异影响,测量单元的测量结果统一为真空状态下达到P值所对应的标准测量液高度H;
S2、将储液罐固定安装,各测量单元安装在测量点和基准点上,在储液罐中倒入测量液,直至测量也充满各个测量单元和连通管,关闭放液阀;
S3、进行水准测量;
所述S3中包括如下步骤,
S31、根据如下关系式计算出各测量单元间的相对高度差:
P=P0+ρgh 式1
其中,P 为绝对压力传感器所测得的绝对压强值;
P0 为大气压强;
ρ 为测量液的密度;
g 为重力加速度;
h 为绝对压力传感器与储液罐液面的高度差;
当系统只有储液罐与大气连通时,测量单元间的压强关系表示为:
P1-P2=ρg(h1-h2) 式2
其中,P1 为1号测量单元所测得的绝对压强值;
P2 为2号测量单元所测得的绝对压强值;
h1 为1号测量单元绝对压力传感器与储液罐液面的高度差;
h2 为2号测量单元绝对压力传感器与储液罐液面的高度差;
S32、对ρg值进行修正,
首先,在测量系统内设置至少两个基准点,并在基准点均安装测量单元,且基准点之间的高度差△h已知,根据式2可以得出:
ρg =|PBM1-PBM2|/△h 式4
其中,PBM1:第一个基准点测量单元所测得的绝对压强值;
PBM2:第二个基准点测量单元所测得的绝对压强值;
△h:第一个基准点与第二个基准点之间的高度差;
根据式4计算每一次测量时的ρg值,通过采集分析计算机进行自动修正,对测量结果进行补偿;
S33、测得各测量点H值与基准点H值之差值,通过对比同一测量点在不同时间对应基准点H值之差的变化来测定测量点的高差变化。
2.如权利要求1所述的基于液压水准测量系统的测量方法,其特征在于:当系统只有储液罐与大气连通时,测量单元间的压强关系还可表示为:P1-2=ρg(h1-2)
其中:P1-2 为1号测量单元与2号测量单元所测得压强差;
h1-2为1号测量单元与2号测量单元的高度差。
3.如权利要求1所述的基于液压水准测量系统的测量方法,其特征在于:所述绝对压力传感器为液体绝对压力传感器或气体绝对压力传感器。
4.如权利要求2所述的基于液压水准测量系统的测量方法,其特征在于:所述绝对压力传感器为气体绝对压力传感器时,所述液压密封罐内的测量液与液压密封罐顶部设置有间隙,且所述绝对压力传感器与液压密封罐之间设置有传感器保护膜,所述绝对压力传感器轴线与测量液液面垂直。
5.如权利要求1所述的基于液压水准测量系统的测量方法,其特征在于:所述测量单元置于各测量点和基准点上。
6.如权利要求4所述的基于液压水准测量系统的测量方法,其特征在于:所述传感器保护膜为透气性微孔疏水型保护膜。
7.如权利要求1所述的基于液压水准测量系统的测量方法,其特征在于:所述测量单元还包括温度传感器,及与绝对压力传感器和温度传感器电性连接的微处理器。
8.如权利要求1所述的基于液压水准测量系统的测量方法,其特征在于:所述连通管为硬质连通管。
9.如权利要求1所述的基于液压水准测量系统的测量方法,其特征在于:所述储液罐顶部开设有小孔或通过折弯吸管与储液罐外空气接触。
10.如权利要求1所述的基于液压水准测量系统的测量方法,其特征在于:所述储液罐顶部设置有一容纳槽,所述容纳槽内设置有透气海绵,所述容纳槽上开设有与外界联通的联通孔。
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