CN107860305B - 一种地下综合管廊形变监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种地下综合管廊形变监测系统，包括基座、填充块、转柄、电阻、电阻弹簧、转柄弹簧、基座弹簧、电路芯片。基座安装在管廊墙壁的夹角处，填充块填补在基座切除的立方体块腔体中；基座和填充块的电阻安装腔和填充块电阻腔构成完整的圆柱形腔体，圆柱形腔体内侧装有电阻，圆柱形腔体的开口加工为缩口形，嵌有转柄的球面块。当水平墙壁、第一竖直墙壁、第二竖直墙壁发生相对转动时，墙壁带动转柄的外端的驱动片移动，转柄的内端转动，转柄的最内端的偏心板压迫或放松电阻外侧的极板，电阻的两个极板间距改变，软壳内的金属汞的长度和截面积改变，电阻值改变，电阻两极板间的电压改变，通过监测电压值的变化，计算出墙壁相对转过的角度值。

Description

一种地下综合管廊形变监测系统

技术领域

本发明涉及一种建筑安全监测系统，特别是涉及一种地下综合管廊形变监测系统。

背景技术

目前已建综合管廊的规模尚小，随着市民对城市环境的要求也越来越高，城市地下综合管廊潜在的市场规模还很大，一旦时机成熟，综合管廊就会以超常规的速度发展。

地下综合管廊是城市生命线走廊，收容的管线种类多样，采用现代信息技术对地下综合管廊进行管理与监控是不可或缺的手段。地下综合管廊的监控包括对运行中的管线安全状况的监测，以及对地下综合管廊内部环境的检测，避免内部环境因素对设备管线的影响及对工作人员的伤害。目前的地下综合管廊形变监测工作中，大多借助静力水准仪来监测管廊的沉降。静力水准系统又称连通管水准仪，系统至少由两个观测点组成，每个观测点安装一套静力水准仪，适用于测量多点的相对沉降。

但是除了沉降以外，由于长期温度、湿度的不断变化和混凝土的干缩，管廊的墙体还会发生扭曲、开裂等变形，管廊的水平形变仅依靠静力水准仪系统是无法监测的，所以需要设计一种能够监测管廊墙体发生水平形变的装置系统，在墙体水平变形达到一定阈值后，工作人员及时对变形墙壁进行修补维护。这对于延长地下综合管廊寿命，满足民生基本需求和提高城市综合承载力具有重要意义。

发明内容

因此，本发明为了监测管廊墙体发生的水平形变，提供了一种地下综合管廊形变监测系统，本系统中的测角装置安装在管廊的多个墙壁角落处，当水平墙壁、第一竖直墙壁、第二竖直墙壁之间相对发生形变时，装置内的电阻的阻值对应发生变化，由此实现管廊墙体形变的监测。

本发明所采用的技术方案是：一种地下综合管廊形变监测系统，其特征在于：包括基座、填充块、转柄、电阻、电阻弹簧、转柄弹簧、基座弹簧、电路芯片。

所述基座为正六面体，安装在水平墙壁、第一竖直墙壁、第二竖直墙壁构成的夹角处，基座前侧切除一个正方体角，形成三面相互垂直的腔体；所述填充块恰好可以填补基座切除的立方体块，粘贴在基座的三面相互垂直的腔体中；在基座和填充块接触的面上，分别开设有电阻安装腔和填充块电阻腔，每处电阻安装腔和填充块电阻腔构成一个完整的圆柱形腔体，圆柱形腔体内侧装有电阻，圆柱形腔体的开口加工为缩口形，嵌有转柄的球面块。

所述电阻弹簧安装在电阻的两个极板之间，套在极板之间的圆柱形的软壳上，软壳内充满金属汞；所述转柄的最内端的偏心板抵在电阻的外侧极板上，转柄的最外端的驱动片背面螺接有转柄弹簧，转柄弹簧的背侧螺接在墙壁上。

所述基座弹簧分别螺接在基座的背面的三个面上，基座弹簧的背侧螺接在墙壁上。

所述电路芯片安装在基座内部的芯片安装腔中，电路芯片引出导线连接在电阻的两个极板上，构成一个恒定电流的测压电路。

当水平墙壁、第一竖直墙壁、第二竖直墙壁发生相对转动时，墙壁带动转柄的外端的驱动片移动，转柄的内端转动，偏心板致使电阻的两个极板间距改变，软壳内的金属汞的长度和截面积改变，电阻值改变，电阻两极板间的电压改变，通过监测电压值的变化，计算出墙壁相对转过的角度。

所述基座的背侧朝向墙壁的三个面上，均开设有螺钉孔；所述转柄最外端的驱动片的朝向墙壁的面上，开设有螺钉孔。

所述基座弹簧和转柄弹簧的两端，均焊接有环形板，环形板上开设有通孔，螺钉穿过通孔将其固定。

所述电阻安装腔和填充块电阻腔为结构相同的沿轴线剖开的半圆柱形腔体，并且开口处的内径向外逐渐变小，填充块和基座粘贴好后，电阻安装腔和填充块电阻腔构成完整的圆柱形腔体，并且圆柱形腔体的开口形成缩口状。

所述电路芯片内设有恒流电路，所述电阻的两个极板串接在恒流电路中。

所述转柄的主体为细长的直杆，直杆的外端设有扁圆形的驱动片，直杆的内端设有外侧面为球面，内侧面为平面的球面块，球面块的内侧平面上设有偏心板。

进一步讲，所述球面块的外侧球面在电阻安装腔和填充块电阻腔构成的圆柱形腔体的缩口内转动。

所述电阻的两个极板的内侧面上均开设有环形槽，所述电阻弹簧的两端嵌在环形槽内。

本发明的原理为：在地下管廊的墙壁结构中，墙壁夹角处是最稳定的、最不容易变形的结构，所述基座安装在夹角处，相当于处于笛卡尔坐标系中的原点位置。

在理想状态下，水平墙壁、第一竖直墙壁、第二竖直墙壁是互相垂直的，基座中伸出三件转柄，转柄的外端分别位于水平墙壁、第一竖直墙壁、第二竖直墙壁上，并且三件转柄互相垂直，类似于笛卡尔坐标系中的x轴、y轴、z轴。

当某个墙壁发生凸起变形情况时，对应的转柄转动，转柄的最内端的偏心板压迫或放松电阻的外侧极板，电阻中的软壳被压缩或拉长，软壳内的金属汞的长度和截面积改变，对应的电阻减小或增大，那么在恒流电路中，电阻两端的电压也减小或增大。

电阻两端的电压值，经过A/D转换电路，以数字的形式，储存在数据库服务器中，当监测的墙壁变形程度达到一定阈值，工作人员及时对管廊墙壁进行修补维护。

本发明一种地下综合管廊形变监测系统具有如下优点：

（1）利用水平和两个竖直墙壁构建的墙角，搭建互相垂直的笛卡尔坐标系结构，设计新颖；

（2）将墙壁的水平变形量经由偏心结构和液态汞可变电阻，转换为电阻值的变化；

（3）利用恒流电路转换为电压值的监测，实现变形量到电压值的转换。

所以，这种地下综合管廊形变监测系统，系统中的测角装置安装在管廊的多个墙壁角落处，当水平墙壁、第一竖直墙壁、第二竖直墙壁之间相对发生形变时，装置内的电阻的阻值对应发生变化，由此实现管廊墙体形变的监测。对于延长地下综合管廊寿命，满足民生基本需求和提高城市综合承载力具有重要意义。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是系统的信息传递原理示意图。

图2是测角装置与管廊墙壁的装配示意图。

图3是测角装置的外侧视角的装配示意图。

图4是测角装置的内侧视角的装配示意图。

图5是测角装置的外侧视角的基座处的装配示意图。

图6是测角装置的外侧视角的转柄的驱动片处的装配示意图。

图7是移除填充块状态的基座内的各零件装配示意图。

图8是基座弹簧与基座的装配示意图。

图9是基座弹簧与基座的拆解示意图。

图10是单独一根转柄、一个电阻和基座的装配示意图。

图11是转柄内端结构与电阻的装配示意图。

图12是转柄的内端结构示意图。

图13是转柄的内端的偏心板的偏心距示意图。

图14是电阻和电阻弹簧的装配示意图。

图15是电阻的结构示意图。

图16是基座和填充块的装配示意图。

图17是基座和填充块的拆解示意图。

图18是填充块的结构示意图。

图19是电压和角度转换示意图。

图中标号：1-基座、101-电阻安装腔、102-芯片安装腔、2-填充块、201-填充块电阻腔、3-转柄、301-驱动片、302-直杆、303-球面块、304-偏心板、4-电阻、401-极板、402-软壳、403-环形槽、5-电阻弹簧、6-转柄弹簧、7-基座弹簧、8-电路芯片、a-水平墙壁、b-第一竖直墙壁、c-第二竖直墙壁、d-数据库服务器、e-偏心距。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明一种地下综合管廊形变监测系统作进一步的详细描述。

包括基座1、填充块2、转柄3、电阻4、电阻弹簧5、转柄弹簧6、基座弹簧7、电路芯片8。

如图5、图7、图16、图17、图18所示，所述基座1为正六面体，安装在水平墙壁a、第一竖直墙壁b、第二竖直墙壁c构成的夹角处，基座1前侧切除一个正方体角，形成三面相互垂直的腔体；所述填充块2恰好可以填补基座1切除的立方体块，粘贴在基座1的三面相互垂直的腔体中；在基座1和填充块2接触的面上，分别开设有电阻安装腔101和填充块电阻腔201，每处电阻安装腔101和填充块电阻腔201构成一个完整的圆柱形腔体，圆柱形腔体内侧装有电阻4，圆柱形腔体的开口加工为缩口形，嵌有转柄3的球面块303。

如图10、图11、图14、图15所示，所述电阻弹簧5安装在电阻4的两个极板401之间，套在极板401之间的圆柱形的软壳402上，软壳402内充满金属汞；所述转柄3的最内端的偏心板304抵在电阻4的外侧极板上，转柄3的最外端的驱动片301背面螺接有转柄弹簧6，转柄弹簧6的背侧螺接在墙壁上。

如图3、图4、图8、图9所示，所述基座弹簧7分别螺接在基座1的背面的三个面上，基座弹簧7的背侧螺接在墙壁上。

如图7所示，所述电路芯片8安装在基座1内部的芯片安装腔102中，电路芯片8引出导线连接在电阻4的两个极板401上，构成一个恒定电流的测压电路。

当水平墙壁a、第一竖直墙壁b、第二竖直墙壁c发生相对转动时，墙壁带动转柄3的外端的驱动片301移动，转柄3的内端转动，偏心板304致使电阻4的两个极板401间距改变，软壳402内的金属汞的长度和截面积改变，电阻值改变，电阻4的两个极板401间的电压改变，通过监测电压值的变化，计算出墙壁相对转过的角度。

如图9所示，所述基座1的背侧朝向墙壁的三个面上，均开设有螺钉孔；所述转柄3最外端的驱动片301的朝向墙壁的面上，开设有螺钉孔。

如图6、图9所示，所述基座弹簧7和转柄弹簧6的两端，均焊接有环形板，环形板上开设有通孔，螺钉穿过通孔将其固定。

如图16、图17、图18所示，所述电阻安装腔101和填充块电阻腔201为结构相同的沿轴线剖开的半圆柱形腔体，并且开口处的内径向外逐渐变小，填充块2和基座1粘贴好后，电阻安装腔101和填充块电阻腔201构成完整的圆柱形腔体，并且圆柱形腔体的开口形成缩口状。

所述电路芯片8内设有恒流电路，所述电阻4的两个极板401串接在恒流电路中。

如图11、图12、图13所示，所述转柄3的主体为细长的直杆302，直杆302的外端设有扁圆形的驱动片301，直杆302的内端设有外侧面为球面，内侧面为平面的球面块303，球面块303的内侧平面上设有偏心板304。

进一步讲，如图5所示，所述球面块303的外侧球面在电阻安装腔101和填充块电阻腔201构成的圆柱形腔体的缩口内转动。

进一步讲，所述转柄3的偏心板304的材质为绝缘体。

如图14、图15所示，所述电阻4的两个极板401的内侧面上均开设有环形槽403，所述电阻弹簧5的两端嵌在环形槽403内。

进一步讲，所述电阻4的两个极板401均为导电性良好的金属材质。

进一步讲，所述电阻4的软壳402的材质为弹性良好材质，绝缘并且不与金属汞发生化学反应。

本发明的原理为：在地下管廊的墙壁结构中，墙壁夹角处是最稳定的、最不容易变形的结构，所述基座1安装在夹角处，相当于处于笛卡尔坐标系中的原点位置。

在理想状态下，水平墙壁、第一竖直墙壁、第二竖直墙壁是互相垂直的，基座中伸出三件转柄3，转柄的外端分别位于水平墙壁、第一竖直墙壁、第二竖直墙壁上，并且三件转柄3互相垂直，类似于笛卡尔坐标系中的x轴、y轴、z轴。

当某个墙壁发生凸起变形情况时，对应的转柄3转动，转柄3的最内端的偏心板304压迫或放松电阻4的外侧极板，电阻4中的软壳402被压缩或拉长，软壳402内的金属汞的长度和截面积改变，对应的电阻减小或增大，那么在恒流电路中，电阻4两端的电压也减小或增大。

电阻4两端的电压值，经过A/D转换电路，以数字的形式，储存在数据库服务器中，当监测的墙壁变形程度达到一定阈值，工作人员及时对管廊墙壁进行修补维护。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种地下综合管廊形变监测系统，其特征在于：包括基座(1)、填充块(2)、转柄(3)、电阻(4)、电阻弹簧(5)、转柄弹簧(6)、基座弹簧(7)、电路芯片(8)；

所述基座(1)为正六面体，安装在水平墙壁a、第一竖直墙壁b、第二竖直墙壁c构成的夹角处，基座(1)前侧切除一个正方体角，形成三面相互垂直的腔体；所述填充块(2)恰好可以填补基座(1)切除的立方体块，粘贴在基座(1)的三面相互垂直的腔体中；在基座(1)和填充块(2)接触的面上，分别开设有电阻安装腔(101)和填充块电阻腔(201)，每处电阻安装腔(101)和填充块电阻腔(201)构成一个完整的圆柱形腔体，圆柱形腔体内侧装有电阻(4)，圆柱形腔体的开口加工为缩口形，嵌有转柄(3)的球面块(303)；

所述电阻弹簧(5)安装在电阻(4)的两个极板(401)之间，套在极板(401)之间的圆柱形的软壳(402)上，软壳(402)内充满金属汞；所述转柄(3)的最内端的偏心板(304)抵在电阻(4)的外侧极板上，转柄(3)的最外端的驱动片(301)背面螺接有转柄弹簧(6)，转柄弹簧(6)的背侧螺接在墙壁上；

所述基座弹簧(7)分别螺接在基座(1)的背面的三个面上，基座弹簧(7)的背侧螺接在墙壁上；

所述电路芯片(8)安装在基座(1)内部的芯片安装腔(102)中，电路芯片(8)引出导线连接在电阻(4)的两个极板(401)上，构成一个恒定电流的测压电路；

当水平墙壁a、第一竖直墙壁b、第二竖直墙壁c发生相对转动时，墙壁带动转柄(3)的外端的驱动片(301)移动，转柄(3)的内端转动，偏心板(304)致使电阻(4)的两个极板(401)间距改变，软壳(402)内的金属汞的长度和截面积改变，电阻值改变，电阻(4)的两个极板(401)间的电压改变，通过监测电压值的变化，计算出墙壁相对转过的角度；

所述电阻安装腔(101)和填充块电阻腔(201)为结构相同的沿轴线剖开的半圆柱形腔体，并且开口处的内径向外逐渐变小，填充块(2)和基座(1)粘贴好后，电阻安装腔(101)和填充块电阻腔(201)构成完整的圆柱形腔体，并且圆柱形腔体的开口形成缩口状；

所述电路芯片(8)内设有恒流电路，所述电阻(4)的两个极板(401)串接在恒流电路中；

所述转柄(3)的主体为细长的直杆(302)，直杆(302)的外端设有扁圆形的驱动片(301)，直杆(302)的内端设有外侧面为球面，内侧面为平面的球面块(303)，球面块(303)的内侧平面上设有偏心板(304)；

所述球面块(303)的外侧球面在电阻安装腔(101)和填充块电阻腔(201)构成的圆柱形腔体的缩口内转动；

所述电阻(4)的两个极板(401)的内侧面上均开设有环形槽(403)，所述电阻弹簧(5)的两端嵌在环形槽(403)内。

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