CN105737797B - 一种垂直变形检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直变形检测方法及装置，该方法为：在测点位置处安装一个盛装有液体的部件，当测点位置处的垂直位移发生改变时，液体的液位会发生改变；对液体的液位进行检测，转换为检测点的垂直位移该变量。该装置包括腔体、传导系统和数据采集系统，腔体内填充有液体介质，传导系统包括浮筒、测杆、限位装置和倾角感应器，浮筒浮在液体介质内，测杆的一端与浮筒相连，另一端铰接于限位装置上并与倾角感应器相连；浮筒跟随液位变化，带动测杆绕铰接点旋转，倾角感应器感应角度的变化并输出相应的电信号，数据采集系统根据电信号得到出测点的垂直位移变化量。本发明具有结构小巧轻便、安装便捷、测试简单、测试精度高且长期稳定可靠等优点。

Description

一种垂直变形检测方法及装置

技术领域

本发明主要涉及到应用于工程的检测和监测设备领域，特指一种用于测量工程结构体垂直位移变化的方法及装置。

背景技术

静力水准仪是用于测量基础和建筑物各个测点的相对沉降的通用传感器，广泛应用于路基沉降、桥梁扰度、水电站厂、坝、高层建筑物等各测点不均匀沉降和线性变化的测量。随着基础建设的蓬勃发展和建设技术的不断提高，对检测传感器的要求也不断提高。目前市场上的静力水准仪总类繁多，但普遍采用电感调频原理设计制造。这类传统的传感器尺寸较大，量程短、测量精度差，温度和环境影响大，安装空间要求高，远远满足不了大跨径桥梁、高铁路基、水利大坝等结构的实际测量应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构小巧轻便、安装便捷、测试简单、测试精度高且长期稳定可靠的垂直变形检测方法及装置，可广泛适用于各种结构的测量应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种垂直变形检测方法，在测点位置处安装一个盛装有液体的部件，当测点位置处的垂直位移发生改变时，液体的液位会发生改变；对液体的液位进行检测，转换为检测点的垂直位移该变量。

作为本发明方法的进一步改进：在液体内设置一个浮动件，利用浮动件在液体内位置的改变来计算得到液位的改变，进而转换为检测点的垂直位移该变量

本发明进一步提供一种垂直变形检测装置，包括腔体、传导系统和数据采集系统，所述腔体内填充有液体介质，所述传导系统包括浮筒、测杆、限位装置和倾角感应器，所述浮筒浮在液体介质内，所述测杆的一端与浮筒相连，另一端铰接于限位装置上并与倾角感应器相连；所述浮筒跟随液位变化，带动测杆绕铰接点旋转，所述倾角感应器感应角度的变化并输出相应的电信号，所述数据采集系统根据电信号得到出测点的垂直位移变化量。

作为本发明装置的进一步改进：所述腔体上设置有水管接头，所述腔体通过水管接头与其他倾角式静力水准仪的腔体形成连通状，以组成静力水准测试系统。

作为本发明装置的进一步改进：所述腔体上部留有通气孔以保证腔体与大气相通。

作为本发明装置的进一步改进：所述腔体的一个面上嵌入透明的标准刻度尺，用以观测腔体内液体介质的高度。

作为本发明装置的进一步改进：所述倾角感应器为差分式倾角芯片，利用重力加速度原理测量芯片与水平方向的倾角。

作为本发明装置的进一步改进：所述数据采集系统包括微处理器电路、存储电路和信号采集电路；所述微处理器电路用来控制整个系统运行，所述存储电路用来存储测量数据，所述信号采集电路用以完成AD转换，所述微处理器电路用来控制AD采集的过程并对采集的数字信号进行分析处理，最终计算得到测点的垂直位移变化。

作为本发明装置的进一步改进：所述数据采集系统还包括通讯电路，所述通讯电路采用RS485总线数字信号传输。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的垂直变形检测方法及装置，采用倾角感应器将液位的垂直变化转换为测杆的角度变化，传感器竖直高度略高于测量量程，大大降低了安装的难度和空间要求，适用于各种结构测量的量程需要。

2、本发明的垂直变形检测方法及装置，采用倾角感应器作为位移感应元件，尺寸小、精度高、温度和环境影响微弱，长期稳定可靠，特别适用于高铁路基小沉降、高精度的要求。

3、本发明的垂直变形检测方法及装置，采用高精度的采样芯片和高性能微处理器，数字信号输出，抗干扰性能优越，方便组成自动化测量系统。

4、本发明的垂直变形检测方法及装置，电路内置电子编号和型号，实现智能识别与计算。

5、本发明的垂直变形检测方法及装置，在腔体外壳嵌入透明的标准刻度尺，可人为读取数据，满足水利工程应用的执行标准。

附图说明

图1是本发明在具体应用实例中的结构原理示意图。

图2是本发明在具体应用实例中数据采集系统的结构框架示意图。

图3是本发明在具体实施例中存储电路原理示意图。

图4是本发明在具体实施例中信号采集电路原理示意图。

图5是本发明在具体实施例中微处理器电路原理示意图。

图6是本发明在具体实施例中RS485通讯电路原理示意图。

图例说明：

1、水管接头；2、腔体；3、浮筒；4、标准刻度尺；5、通气孔；6、数据采集系统；7、倾角感应器；8、测杆；9、限位装置；10、液体介质；11、信号采集电路；12、微处理器电路；13、存储电路；14、通讯电路。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明的一种垂直变形检测方法，在测点位置处安装一个盛装有液体的部件，当测点位置处的垂直位移发生改变时，液体的液位会发生改变；对液体的液位进行检测，转换为检测点的垂直位移该变量。

进一步，本发明在液体内设置一个浮动件，利用浮动件在液体内位置的改变来计算得到液位的改变，进而转换为检测点的垂直位移该变量。

如图1和图2所示，本发明进一步提供一种垂直变形检测装置，即为一种高精度倾角式静力水准仪，它包括腔体2、传导系统和数据采集系统6，腔体2内填充有液体介质10，传导系统包括浮筒3、测杆8、限位装置9和倾角感应器7，浮筒3浮在液体介质10内，测杆8的一端与浮筒3相连，另一端铰接于限位装置9上并与倾角感应器7相连；浮筒3会跟随液位变化，带动测杆8绕铰接点旋转，倾角感应器7会感应角度的变化并输出相应的电信号。即，本发明利用倾角感应器7感应测杆8的角度变化从而测量液位的垂直位移变化，将垂直位移变化物理量转换为可采集识别的模拟电信号。本发明在使用时，当测点发生垂直位移变化时，腔体2内液体介质10的液位会随之发生变化，通过传导系统将液位的物理变化量转换为模拟电压信号输出，输出的模拟电压信号通过数据采集系统6转换为数字信号处理分析，计算出液位的变化值，从而精确的测量出测点的垂直位移变化量。

作为优选的实施例，本实施例中腔体2上设置有水管接头1，通过水管与其他倾角式静力水准仪的腔体2形成连通状，以组成静力水准测试系统。腔体2采用不锈钢结构，可以用来保护内部的传导系统和数据采集系统6。进一步，在腔体2上部留有通气孔5，始终保证腔体2与大气相通，以保证测量精度。

本发明进一步在腔体2的一个面上（如侧壁）嵌入透明的标准刻度尺4，方便用户直观的观测腔体2内液体介质10的高度。

本实施例中，倾角感应器7采用高精度的差分式倾角芯片，利用重力加速度原理测量芯片与水平方向的倾角。通过该倾角感应器7可以将位移变化的物理量转换为可电子采集的模拟电压信号输出。该芯片自带温度补偿，测量精度高、长期稳定性好。

本实施例中，参见图2～图6，数据采集系统6包括微处理器电路12、存储电路13、信号采集电路11和通讯电路14。微处理器电路12采用高性能的单片机AT89c2051，内置烧录的程序代码，控制整个系统运行，包括信号AD转换，数据处理分析、存储和通讯等。存储电路13采用两片高速串口Flash存储器芯片AT24C1024，设计简单方便，可连续存储4000条测量数据。存储内置电子编号和型号，实现智能识别与计算。信号采集电路11采用16位快速AD转换芯片MAX1400，倾角感应器7输出的电压信号经过电压跟随器后送入AD芯片转换为数字信号，微处理器电路12控制AD采集的过程并对采集的数字信号进行分析处理，最终计算得到测点的垂直位移变化。通讯电路14采用RS485总线数字信号传输，采用分立元件设计，充分考虑雷击和静电的影响，非常适用于恶劣的野外施工环境。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种垂直变形检测装置，其特征在于，包括腔体（2）、传导系统和数据采集系统（6），所述腔体（2）内填充有液体介质（10），所述传导系统包括浮筒（3）、测杆（8）、限位装置（9）和倾角感应器（7），所述浮筒（3）浮在液体介质（10）内，所述测杆（8）的一端与浮筒（3）相连，另一端铰接于限位装置（9）上并与倾角感应器（7）相连；所述浮筒（3）跟随液位变化，带动测杆（8）绕铰接点旋转，所述倾角感应器（7）感应角度的变化并输出相应的电信号，所述数据采集系统（6）根据电信号得到出测点的垂直位移变化量。

2.根据权利要求1所述的垂直变形检测装置，其特征在于，所述腔体（2）上设置有水管接头（1），所述腔体（2）通过水管接头（1）与其他倾角式静力水准仪的腔体（2）形成连通状，以组成静力水准测试系统。

3.根据权利要求1所述的垂直变形检测装置，其特征在于，所述腔体（2）上部留有通气孔（5）以保证腔体（2）与大气相通。

4.根据权利要求1所述的垂直变形检测装置，其特征在于，所述腔体（2）的一个面上嵌入透明的标准刻度尺（4），用以观测腔体（2）内液体介质（10）的高度。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的垂直变形检测装置，其特征在于，所述倾角感应器（7）为差分式倾角芯片，利用重力加速度原理测量芯片与水平方向的倾角。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的垂直变形检测装置，其特征在于，所述数据采集系统（6）包括微处理器电路（12）、存储电路（13）和信号采集电路（11）；所述微处理器电路（12）用来控制整个系统运行，所述存储电路（13）用来存储测量数据，所述信号采集电路（11）用以完成AD转换，所述微处理器电路（12）用来控制AD采集的过程并对采集的数字信号进行分析处理，最终计算得到测点的垂直位移变化。

7.根据权利要求6所述的垂直变形检测装置，其特征在于，所述数据采集系统（6）还包括通讯电路（14），所述通讯电路（14）采用RS485总线数字信号传输。