CN107505605B - 用于测量微小水平位移量的试验标定系统及其标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于测量微小水平位移量的试验标定系统，包括用于发射测量信号和接收反射信号的发射装置，与发射装置相向设置并用于反射测量信号的反射装置，以及设置在发射装置和反射装置之间并用于产生烟火干扰测量信号的火焰发生装置；反射装置包括支撑架，设置在支撑架上的水平调节底座，以及安装在水平调节底座上的反射器；本发明通过水平调节底座调节反射器水平位移来模拟火灾状况下建筑物的变形，通过火焰发生装置产生烟火来模拟火灾状况下的火焰、高温烟气、烟颗粒物，通过多组数据的记录测量，最终通过对记录的测量数据的分析来确定火灾状况下的火焰、高温烟气、烟颗粒物对测量的影响。本发明还提供了该试验标定系统的标定方法。

Description

用于测量微小水平位移量的试验标定系统及其标定方法
技术领域
本发明涉及微变形位移量试验标定领域，具体涉及的是一种用于测量微小水平位移量的试验标定系统及其标定方法。
背景技术
随着社会的发展，人们对大型、高层建筑物的振动、变形的监测要求越来越高，尤其是火灾中建筑倒塌监测预警对监测手段的实时性与非接触性要求很高。而与此同时，由于建筑物体积和高度的不断变大，传统的测量手段已经不能很好地满足变形监测的要求。近年来，微波干涉测量技术以其特有的“非接触性”与“实时性”等优势，逐步成为人们对大型、高层建筑物进行非接触式变形监测的手段之一。此外，激光全站仪等基于激光测距的技术手段也在测量领域应用广泛。
在发生火灾时，火场产生的烟气、高温以及火对建筑构件的燃烧都会对建筑结构进行破坏，使建筑发生一定的变形，当变形达到一定程度，建筑将发生倒塌，这将严重威胁到火场中消防救援人员的生命安全。微变形雷达监测系统、激光全站仪等非接触式设备可对其进行实时测量，但火灾发生后会在一定范围内产生火焰和高温烟气，而且由于建筑物燃烧介质的种类复杂和燃烧不完全，会有烟颗粒物，火焰、高温烟气、烟颗粒物是否对测量有所影响，这就需要进行微变形位移量标定试验来验证，而火灾时建筑构件的变形可分解为水平变形和竖向变形。因此，可以设计一种用于验证火焰、高温烟气、烟颗粒物对微小水平位移量测量是否有所影响的试验标定系统。
综上，如何设计一种能有效满足要求的测量微小水平位移量的试验标定系统，便成为本领域技术人员亟需解决的问题之一。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于测量微小水平位移量的试验标定系统。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于测量微小水平位移量的试验标定系统，包括用于发射测量信号和接收反射信号的发射装置，与发射装置相向设置并用于反射测量信号的反射装置，以及设置在发射装置和反射装置之间并用于产生烟火干扰测量信号的火焰发生装置；所述反射装置包括支撑架，设置在支撑架上的水平调节底座，以及安装在水平调节底座上的反射器；所述水平调节底座包括安装在支撑架上的固定基座，安装在固定基座上并与固定基座固定连接的滑槽固定座，设置在滑槽固定座上的滑动基座，以及设置在滑动基座上并与滑动基座固定连接的安装座；所述安装座用于安装反射器，所述滑槽固定座上设置有滑槽，所述滑动基座下部设置有与滑槽相匹配的凸脊，所述滑动基座通过凸脊和滑槽相配合可滑动的安装在滑槽固定座上。
进一步的，所述安装座上设置有两根用于安装反射器的安装螺栓，所述安装座上设置有用于调节反射器角度的角度调节机构。
具体的，所述角度调节机构为“∠”型金属片，所述“∠”型金属片分别与安装座和反射器连接。
更进一步的，所述滑槽固定座侧面设置有用于调节滑动基座沿滑槽水平移动的调节杆，所述调节杆设置有锁止开关。
更进一步的，所述滑槽固定座侧面设置有测量刻度，所述滑动基座在滑槽固定座设置有测量刻度的对应位置设置有对齐刻度。
具体的，所述滑槽为燕尾槽滑台。
优选的，所述反射器为角反射器。
具体的，所述发射装置为雷达发射装置或激光测距装置中的一种。
具体的，所述支撑架为三脚架。
基于前述内容，本发明还提供了用于测量微变形水平位移量的标定试验系统的标定方法，包括以下步骤：
(1)将发射装置和反射装置间隔一定距离相向设置，间隔距离为0～500m，并将发射装置的发射面和反射器调整到同一水平高度；
(2)开始无烟火状态下试验系统的标定，在发射装置和反射装置端同步记录和采集无烟火状态下的初始数据，通过调节杆调节反射器水平位移，再在发射装置和反射装置端同步记录和采集反射器的水平位移数据；
(3)对比分析数据，根据对比分析结果调整试验设备，直到完成试验系统在无烟火状态下的标定；
(4)在发射装置和反射装置之间放置火焰发生装置，并启动火焰发生装置产生高温烟气与烟颗粒；
(5)在发射装置和反射装置端同步记录和采集有烟火状态下的初始数据，通过调节杆调节反射器水平位移，再在发射装置和反射装置端同步记录和采集反射器在有烟火状态下的水平位移数据；
(6)重复步骤(5)记录和采集在有烟火状态下反射器不同水平位移的多组位移数据。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明设置水平调节底座，通过水平调节底座调节反射器水平位移来模拟火灾状况下建筑物的变形，在发射装置和反射装置之间设置火焰发生装置，通过火焰发生装置产生烟火来模拟火灾状况下的火焰、高温烟气、烟颗粒物，通过多组数据的记录测量，最终通过对记录的测量数据的分析来确定火灾状况下的火焰、高温烟气、烟颗粒物对测量的影响。
本发明的水平调节底座通过在滑槽固定座上设置滑槽，滑动基座通过凸脊安装在滑槽固定座上，因此滑动基座可沿滑槽水平滑动从而带动反射器水平位移，滑槽为燕尾槽滑台能有效避免滑动基座垂直方向上的移动或者脱出滑槽，滑槽固定座侧面设置调节杆方便调节滑动基座水平移动，调节杆设置有锁止开关在调节好滑动基座水平位移后方便锁定滑动基座位置，滑槽固定座侧面的测量刻度和滑动基座的对齐刻度配合，能够精确调整滑动基座的水平位移，并且位移数据方便读取记录，安装座上设置角度调节机构，能够调节反射机构的角度，与安装螺栓配合能起到固定反射器的作用。
本发明的反射器为角反射器，在使用雷达发射装置时，对反射的雷达信号有增强作用。
附图说明
图1为本发明的示意图。
图2为本发明的反射装置示意图。
图3为本发明的水平调节底座结构示意图。
图4为本发明的水平调节底座安装反射器示意图。
图5为本发明的水平调节底座安装反射器主视图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-发射装置，2-反射装置，3-火焰发生装置，21-支撑架，22-水平调节底座，23-反射器，221-固定基座，222-滑槽固定座，223-滑动基座，224-安装座，225-滑槽，226-安装螺栓，227-角度调节机构，228-调节杆。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不仅限于以下实施例。
如图1～5所示，一种用于测量微小水平位移量的试验标定系统，包括发射装置1、反射装置2、火焰发生装置3；其中，反射装置2包括支撑架21，设置在支撑架21上的水平调节底座22，以及安装在水平调节底座22上的反射器23；水平调节底座22包括安装在支撑架21上的固定基座221，安装在固定基座221上并与固定基座221固定连接的滑槽固定座222，设置在滑槽固定座222上的滑动基座223，以及设置在滑动基座223上并与滑动基座223固定连接的安装座224。
发射装置1用于发射测量信号和接收反射信号，反射装置2与发射装置1相向设置并用于反射测量信号，火焰发生装置3设置在发射装置1和反射装置2之间并用于产生烟火干扰测量信号；安装座224用于安装反射器23，滑槽固定座222上设置有滑槽225，滑动基座223下部设置有与滑槽225相匹配的凸脊，滑动基座223通过凸脊和滑槽225相配合可滑动的安装在滑槽固定座222上；安装座224上设置有两根用于安装反射器23的安装螺栓226，安装座224上设置有用于调节反射器23角度的角度调节机构227，角度调节机构227为“∠”型金属片。
“∠”型金属片分别与安装座和反射器通过螺栓连接；滑槽固定座222侧面设置有用于调节滑动基座223沿滑槽225水平移动的调节杆228，滑槽固定座222侧面设置安装孔，调节杆228通过滑槽固定座222侧面的安装孔与凸脊接触，调节杆228端部和凸脊设置有传动螺纹，二者通过传动螺纹传动，调节杆228设置有锁止开关；滑槽固定座222侧面设置有测量刻度，滑动基座223在滑槽固定座222设置有测量刻度的对应位置设置有对齐刻度；滑槽225为燕尾槽滑台；反射器23为角反射器；发射装置1为雷达发射装置且为两台波束角度不一样的雷达发射装置，雷达波束角度分别为3°～5°和30°，雷达发射装置为自带有数据采集电脑的成套设备；火焰发生装置3为油盘，油盘大小为50cm*50cm，燃料为正庚烷；支撑架21为三脚架。
本实施例用于测量微小水平位移量的试验标定系统的标定方法，包括如下步骤：
(1)将雷达发射装置和反射装置2间隔一定距离相向设置，间隔距离为0～500m，并将雷达发射装置的雷达发射面和角反射器调整到同一水平高度；
(2)开始无烟火状态下试验系统的标定，在雷达发射装置和反射装置2端同步记录和采集无烟火状态下的初始数据，通过调节杆228调节角反射器水平位移，再在雷达发射装置和反射装置2端同步记录和采集角反射器的水平位移数据；
(3)对比分析数据，根据对比分析结果调整试验设备，直到完成试验系统在无烟火状态下的标定；
(4)在雷达发射装置和反射装置2之间放置油盘，并点燃油盘产生高温烟气与烟颗粒；
(5)在雷达发射装置和反射装置2端同步记录和采集有烟火状态下的初始数据，通过调节杆228调节角反射器水平位移，再在雷达发射装置和反射装置2端同步记录和采集角反射器在有烟火状态下的水平位移数据；
(6)重复步骤(5)记录和采集在有烟火状态下角反射器不同水平位移的多组位移数据。
分别用两种波束角度的雷达发射装置进行标定试验，能更好的消除设备误差和验证不同波束范围的雷达波的测量效果，发射装置也可以采用激光测距装置，当采用激光测距装置时，反射器可以用普通的平板反射器即可。雷达发射装置的雷达发射面和角反射器须在同一水平高度，如果不在同一水平高度，可用角度测量仪测量二者之间的夹角，然后换算成水平分量；雷达测量的是目标沿其径向的位移，而建筑结构在火灾里面很多指标是水平和竖直分量，需要换算。需要注意的是，雷达测量的是目标在tn+1和tn时刻之间的位移变化量，而不是绝对值。同步测量时，发射装置和反射装置两端各站1人，各持秒表1个，同步记录和采集数据。在试验时如果火焰高度较低，没有在发射装置和反射装置之间形成明显干扰，可以增大油盘，尽量在无风干扰的环境中进行试验，必要时可以在隧道中或室内进行标定试验，火焰发生装置也可以采用其它形式的。
本发明的水平调节底座22使用时，通过安装螺栓226将角反射器安装在安装座224上，通过按压“∠”型金属片调整角反射器角度，调整好角反射器的角度后，再拧紧安装螺栓226将角反射器固定，在试验中需要调整水平位移时，通过调节杆228调整到需要的刻度，再锁定锁止开关，将角反射器锁定在所需要的位移处，即完成角反射器的水平位移调节。“∠”型金属片调整角反射器角度是利用了金属的塑性性能。
本发明的工作原理：通过水平调节底座调节反射器水平位移来模拟火灾状况下建筑物的变形，通过火焰发生装置产生烟火来模拟火灾状况下的火焰、高温烟气、烟颗粒物；先在无烟火状态下对试验系统进行标定，确保系统正常，再通过对比有烟火状态下发射装置接收的反射信号所表示的水平位移数据与反射装置水平位移底座上的测量刻度读取的位移数据，如果两个数据一致，则表示火灾对测量结果无影响，如果两个数据不一致，则表示火灾对测量结果有影响，通过多组数据的对比分析来消除测量误差的影响，达到试验标定的目的。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于测量微小水平位移量的试验标定系统，其特征在于，包括用于发射测量信号和接收反射信号的发射装置(1)，与发射装置(1)相向设置并用于反射测量信号的反射装置(2)，以及设置在发射装置(1)和反射装置(2)之间并用于产生烟火干扰测量信号的火焰发生装置(3)；所述反射装置(2)包括支撑架(21)，设置在支撑架(21)上的水平调节底座(22)，以及安装在水平调节底座(22)上的反射器(23)；所述水平调节底座(22)包括安装在支撑架(21)上的固定基座(221)，安装在固定基座(221)上并与固定基座(221)固定连接的滑槽固定座(222)，设置在滑槽固定座(222)上的滑动基座(223)，以及设置在滑动基座(223)上并与滑动基座(223)固定连接的安装座(224)；所述安装座(224)用于安装反射器(23)，所述滑槽固定座(222)上设置有滑槽(225)，所述滑动基座(223)下部设置有与滑槽(225)相匹配的凸脊，所述滑动基座(223)通过凸脊和滑槽(225)相配合可滑动的安装在滑槽固定座(222)上；
所述用于测量微小水平位移量的试验标定系统的标定方法，包括以下步骤：
(1)将发射装置(1)和反射装置(2)间隔一定距离相向设置，间隔距离为0～500m，并将发射装置(1)的发射面和反射器(23)调整到同一水平高度；
(2)开始无烟火状态下试验系统的标定，在发射装置(1)和反射装置(2)端同步记录和采集无烟火状态下的初始数据，通过调节杆(228)调节反射器(23)水平位移，再在发射装置(1)和反射装置(2)端同步记录和采集反射器(23)的水平位移数据；
(3)对比分析数据，根据对比分析结果调整试验设备，直到完成试验系统在无烟火状态下的标定；
(4)在发射装置(1)和反射装置(2)之间放置火焰发生装置(3)，并启动火焰发生装置(3)产生高温烟气与烟颗粒；
(5)在发射装置(1)和反射装置(2)端同步记录和采集有烟火状态下的初始数据，通过调节杆(228)调节反射器(23)水平位移，再在发射装置(1)和反射装置(2)端同步记录和采集反射器(23)在有烟火状态下的水平位移数据；
(6)重复步骤(5)记录和采集在有烟火状态下反射器(23)不同水平位移的多组位移数据。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量微小水平位移量的试验标定系统，其特征在于，所述安装座(224)上设置有两根用于安装反射器(23)的安装螺栓(226)，所述安装座(224)上设置有用于调节反射器(23)角度的角度调节机构(227)。
3.根据权利要求2所述的一种用于测量微小水平位移量的试验标定系统，其特征在于，所述角度调节机构(227)为“∠”型金属片，所述“∠”型金属片分别与安装座(224)和反射器(23)连接。
4.根据权利要求2所述的一种用于测量微小水平位移量的试验标定系统，其特征在于，所述滑槽固定座(222)侧面设置有用于调节滑动基座(223)沿滑槽(225)水平移动的调节杆(228)，所述调节杆(228)设置有锁止开关。
5.根据权利要求4所述的一种用于测量微小水平位移量的试验标定系统，其特征在于，所述滑槽固定座(222)侧面设置有测量刻度，所述滑动基座(223)在滑槽固定座(222)设置有测量刻度的对应位置设置有对齐刻度。
6.根据权利要求5所述的一种用于测量微小水平位移量的试验标定系统，其特征在于，所述滑槽(225)为燕尾槽滑台。
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种用于测量微小水平位移量的试验标定系统，其特征在于，所述反射器(23)为角反射器(23)。
8.根据权利要求7所述的一种用于测量微小水平位移量的试验标定系统，其特征在于，所述发射装置(1)为雷达发射装置或激光测距装置中的一种。
9.根据权利要求8所述的一种用于测量微小水平位移量的试验标定系统，其特征在于，所述支撑架(21)为三脚架。
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华远峰 等.地面雷达静态微变形测量环境影响改正方法研究.东南大学学报(自然科学版).2013,第43卷 增刊（II）卷第428-432页. *

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