CN109682440A - 斜坡地段变形液位测量方法和系统 - Google Patents

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刘勇
袁焦
伏坤
李刚
潘兆马
杨学锋
姚书琴
邹文露
徐鑫
黎明
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    • G—PHYSICS
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    • G01K13/026—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow of moving liquids

Abstract

斜坡地段变形液位测量方法和系统，涉及土木工程技术。本发明的测量系统包括下述部分：基准点检测单元，包括基准点水箱和基准点水压传感器、基准点水温传感器；监测点检测单元，包括监测点水箱和监测点水压传感器、监测点水温传感器；处理单元，与基准点检测单元和监测点检测单元形成通信连接；所述基准点水箱和监测点水箱相互连通。本发明可用于长大纵坡地段的变形液位测量系统，扩大了该类系统的变温测量精度及适用范围。

Description

斜坡地段变形液位测量方法和系统
技术领域
本发明涉及土木工程技术。
背景技术
伴随着国内高速铁路高速发展，每年均有大量高速铁路开工建设与投入运营，由于高速铁路对轨道的平顺性有着及其严格的要求，因此高速铁路线下工程的变形成为各方关注的重点。
基于液压差原理的液位测量技术因其精度较高在高速铁路线下工程沉降监测中应用较为广泛。通过对市面上的静力水准仪进行调研发现，其量程最大不超过1000mm，且变温精度难以满足高速铁路沉降观测亚毫米级的高要求。另外山区铁路由于其地形地质条件复杂，长大纵坡地段较多，例如长大隧道纵坡可达 25‰，即100m的监测段落高差就有2.5m。在此条件下，大大限值了静力水准仪在高速铁路沉降变形监测的推广应用。
然而经过实践表明，变形液位测量系统在斜坡地段测量精度不甚理想。例如用于某隧道长大纵坡地段的变形液位测量系统，待监测点与基准点初始液位差为2.5m，若环境温度变化10℃，其测量误差最大可达3～5mm。经过原因分析，液位测量系统中液体的密度随环境温度变化有所改变，从而导致变温条件下待监测点与基准点的液位压力测量误差较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供变形液位测量方法和系统，可大幅度提高斜坡地段变温条件下变形液位测量系统的测量精度。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，斜坡地段变形液位测量方法，其特征在于，包括下述步骤：
a、在基准点和监测点设置检测单元，所述检测单元包括水箱和水压传感器、水温传感器，且基准点和监测点的水箱相互连通；
b、依据下式计算监测点和基准点之间的海拔高度变化：
式中，ΔPi表示第i个监测点相对于基准点的液位压力差；ρ(T)表示水温为T 时液体的密度；g表示当地重力加速度；Δhi表示第i个监测点相对基准点的位移变化。
本发明还提供一种斜坡地段变形液位测量系统，其特征在于，包括下述部分：
基准点检测单元，包括基准点水箱和基准点水压传感器、基准点水温传感器；
监测点检测单元，包括监测点水箱和监测点水压传感器、监测点水温传感器；
处理单元，与基准点检测单元和监测点检测单元形成通信连接；
所述基准点水箱和监测点水箱相互连通。
本发明的有益效果是：(1)本发明提供了一种密度校正机制，可对变形液位测量系统中液体温度进行实时监测，为密度修正提供关键参数。本发明易于安装、方便维护。(2)本发明可极大地提高系统的测量精度，-20℃～40℃条件下精度可达0.1mm。(3)本发明可用于长大纵坡地段的变形液位测量系统，扩大了该类系统的变温测量精度及适用范围。
附图说明
图1是本发明检测单元的结构示意图。
具体实施方式
本发明通过测温模块获得液管内液体当前时刻温度，利用数据采集处理单元对变形液位测量传感单元采集的信号进行密度校正，以此获得变温条件下的高精度变形测量数据。
具体的说，为减小液面挥发或基准点变形带来的误差，在基准点水箱底部附近布设静力水准仪J0，可测得J0相对水箱液面的压差P0，根据布设于监测点的静力水准仪Ji,可测得相对水箱液面的液压差为Pi。布设于基准点的水箱和布设于监测点的水箱是相互连通的，可以视为同一个水箱。
由连通器的原理，可以求得第i个静力水准仪与基准点的高度差如下式所示：
式中，ΔPi表示第i个监测点相对于基准点的液位压力差(单位：Pa)；ρ(T)表示温度为T时液体的密度(单位：kg/m3)；g表示当地重力加速度(单位：N/kg)；Δhi表示第i个监测点相对基准点的位移变化(单位：m)。
本发明适用于测量多个监测点相对基准点液箱的变形情况，待监测点静力水准仪6通过液管3与液箱1相连通，待监测点相对基准点液箱1的液位差由静力水准仪6内置压力传感器测出。
参见图1，本发明的测量系统包括：三通阀门4，其两端与变形液位测量系统的液管3相连接，液管3内部为经过调配的专用液体；三通阀门4侧面,内置高精度微型测温探头7，探头与阀门通过内螺纹进行装配固定；测温探头尾部通过信号线9与数据采集处理单元10连接，精确测得液体的实时温度变化；通过数据采集处理单元11对待监测点处静力水准仪6相对于基准点液箱1液面的液位差进行测量，进而结合测温探头7测得的液体3的温度对采样值进行密度校正。

Claims (2)

1.斜坡地段变形液位测量方法，其特征在于，包括下述步骤：
a、在基准点和监测点设置检测单元，所述检测单元包括水箱和水压传感器、水温传感器，且基准点和监测点的水箱相互连通；
b、依据下式计算监测点和基准点之间的海拔高度变化：
式中，ΔPi表示第i个监测点相对于基准点的液位压力差；ρ(T)表示水温为T时液体的密度；g表示当地重力加速度；Δhi表示第i个监测点相对基准点的位移变化。
2.斜坡地段变形液位测量系统，其特征在于，包括下述部分：
基准点检测单元，包括基准点水箱和基准点水压传感器、基准点水温传感器；
监测点检测单元，包括监测点水箱和监测点水压传感器、监测点水温传感器；
处理单元，与基准点检测单元和监测点检测单元形成通信连接；
所述基准点水箱和监测点水箱相互连通。
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