CN109737920A - 基于双灵敏传感器的静力水准仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双灵敏传感器的静力水准仪，属于土木工程检测领域，适用于桥梁、大坝、隧道、核电站、房屋等建筑物的沉降监测；解决了目前水准仪测量精度差，可靠性低的问题；具体为传感器仓内部设置有电路槽盒和扩散硅芯体，扩散硅芯体与设置在电路槽盒中的电路相连接；液体容器内顶部设置有磁致伸缩位移传感器，磁致伸缩位移传感器底部连接有浮子，磁致伸缩位移传感器与扩散硅芯体电连接；电路槽盒内设置的电路为信号放大电路；本发明通过信号放大电路，使扩散硅芯体中的电流信号与所受拉压力成线性对应关系，减小了误差，有效的提高了静力水准仪的测量精度和稳定性能，且整个装置结构简单，安装方便，实用性强。

Description

基于双灵敏传感器的静力水准仪

技术领域

本发明涉及一种建筑物沉降监测设备，特别是公开一种用于监测地基沉降的基于双灵敏传感器的静力水准仪，适用于桥梁、大坝、隧道、核电站、房屋等建筑物的沉降监测，属于土木工程检测领域。

背景技术

在地面上进行施工，如建筑物、桥梁、大坝等均会引起地基沉降，静力水准仪是监测这类沉降的常用设备。目前我国推广应用的静力水准仪技术中主要的传感器为：振弦式、电容式、光电式、差动变压器式等。以上形式的仪器共同的缺点是损坏率高，长期稳定性差，需要定期的重新标定，维护费用高，信号输出形式固定适应性差。其中有些传感器安装要求较高，必须专业技术人员安装；有些传感器测量精度较差，可靠性方面存在缺陷等。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，提供一种基于双灵敏传感器的静力水准仪。解决了目前静力水准仪测量精度较差，可靠性方面存在缺陷等问题。

本发明是通过如下技术方案实现的。

基于双灵敏传感器的静力水准仪，包括液体容器和传感器仓，所述的液体容器与传感器仓相隔离，所述的传感器仓设置有传感器通气管口以及用于与外部供电装置相连接的传感器电缆，所述的液体容器顶部设置有液筒通气管口，所述的液体容器底部设置有液筒通液管口，所述的液体容器底部连接有底座，所述的传感器仓内部设置有电路槽盒和扩散硅芯体，所述的扩散硅芯体与设置在电路槽盒中的电路相连接；所述的液体容器内顶部设置有磁致伸缩位移传感器，所述的磁致伸缩位移传感器底部连接有浮子，所述的磁致伸缩位移传感器与所述的扩散硅芯体电连接；所述的电路槽盒内设置的电路为信号放大电路，所述的信号放大电路同时将磁致伸缩位移传感器和扩散硅芯体测得的信号数据转换为0－5V电压输出信号，其中扩散硅芯体中的电流信号与所受拉压力成线性对应关系。

进一步改进，所述的液体容器的外部设置有液位读数管。

优选的，所述的浮子的材质为丙烯腈丁二烯橡胶。硬度最低90邵氏硬度A型，最高55邵氏硬度D型；工作温度为-50至100摄氏度，实用性极佳。通过液面的变化使得浮子进行移动从而通过磁致伸缩位移传感器获得信号数据。

进一步，所述的信号放大电路中U1为双运算放大器芯片，U1的1脚、7脚为两个输出管脚，U1的8脚为正电源管脚，4脚为负电源管脚，U1的2脚、3脚分别为反向输入端和同向输入端，U1的5脚、6脚分别为同向输入端和反向输入端。

进一步，所述的液体容器内部放置的液体为防冻液。

进一步的，将两个所述的静力水准仪相连接使用，连接方法是通过第一管路将所述的两个静力水准仪的传感器通气管口相连接，通过第二管路将所述的两个静力水准仪的液筒通气管口相连接，通过第三管路将所述的两个静力水准仪的液筒通液管口相连接，所述的第一管路连接有干燥管。

本发明的使用需要空气的流通，密闭的空间对于测得的数据会有很大影响，所以无论是传感器仓还是液体容器的空气都需要流通。多个静力水准仪相连接保证了空气的流动，而且干燥管的设计消减了因空气潮湿对传感器的测量影响。多个静力水准仪可依次相连接。通过各个测点的数据变化来测得沉降。

本发明通过对于液位变化的感应以及压力的感应，并且经过设计的信号放大电路，不仅能够精确地测得液压高度变化，而且能够通过液位高度的变化和压力的大小变化实时测得沉降数据。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为。

本发明通过浮子的移动产生压力的变化，从而经过磁致伸缩位移传感器，体现在扩散硅芯体，然后经过放大电路处理，得到所需信号从而测出沉降变化。本发明通过信号放大电路，使扩散硅芯体中的电流信号与所受拉压力成线性对应关系，减小了误差，有效的提高了静力水准仪的测量精度和稳定性能，且整个装置结构简单，安装方便，实用性强。

附图说明

图1是本发明所述的静力水准仪的外观图。

图2是本发明所述的静力水准仪的内部剖面图。

图3是信号放大电路图。

图4是实施例中两个静力水准仪的连接图。

其中，1为传感器通气管口，2为液筒通气管口，3为传感器电缆，4为传感器仓，5为液体容器，6为液位读数管，7为液筒通液管口，8为底座，9为电路槽盒，10为扩散硅芯体，11为磁致伸缩位移传感器，12为浮子，13为干燥管，14为第一管路，15为第二管路，16为第三管路。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

如图1-图2所示，基于双灵敏传感器的静力水准仪，包括液体容器5和传感器仓4，液体容器5与传感器仓4相隔离，液体容器5的外部设置有液位读数管6。液体容器5内部放置防冻液，避免温度对液体影响导致传感器测得数据偏差极大。

传感器仓4设置有传感器通气管口1以及用于与外部供电装置相连接的传感器电缆3，液体容器5顶部设置有液筒通气管口2，液体容器5底部设置有液筒通液管口7，液体容器5底部连接有底座8，传感器仓4内部设置有电路槽盒9和扩散硅芯体10，扩散硅芯体10与设置在电路槽盒9中的电路相连接；液体容器5内顶部设置有磁致伸缩位移传感器11，磁致伸缩位移传感器11底部连接有浮子12，浮子12的材质为丙烯腈丁二烯橡胶，硬度为90邵氏硬度A型，工作温度为-50至100摄氏度。浮子12上方连接磁致伸缩位移传感器11，通过液面的变化使得浮子12进行移动从而通过磁致伸缩位移传感器11获得信号数据。

电路槽盒9内设置的电路为信号放大电路，信号放大电路同时将磁致伸缩位移传感器11和扩散硅芯体10测得的信号数据转换为0－5V电压输出信号，其中扩散硅芯体10中的电流信号与所受拉压力成线性对应关系。磁致伸缩位移传感器11与扩散硅芯体10电连接；由于浮子12的移动会产生压力的变化，此变化会通过扩散硅芯体10体现，然后经过放大电路处理，得到所需信号从而测出沉降变化。

如图3所示，U1为LM358双运算放大器芯片，U1的1脚、7脚为两个输出管脚，U1的8脚为正电源管脚，其电压为3.3V、4脚为负电源管脚（即地），U1的2脚、3脚分别为反向输入端和同向输入端，U1的5脚、6脚分别为同向输入端和反向输入端，其工作原理是：8脚主供电输入，2脚电压与3脚电压比较，分别对应两个独立输出：out1和out2。当1IN+大于1IN-，2IN+大于2IN-时，输出高电平；当1IN+小于1IN-，2IN+小于2IN-时，输出低电平。其中out1输出结果为最后的放大信号，而out2输出结果需要经过BJT（电流控制器）处理返回到U1芯片继续运行，确保所放大的信号数据精确。图中电阻R3、R4、R5、R6、R8、R9、R10、R14和滑动变阻器k1为保护电阻起到保护电路的作用，电阻R1、R2、R7、R11、R12、R13、R13A起到放大信号放大作用，电容C1、C2为滤波电容，D1为稳压二极管，D2为整流二极管，Q1为2N2222三极管，作用是小信号高频放大，以及BJT1、BJT2、BJT3这3个电流控制器。

如图4所示，将两个所述的静力水准仪相连接使用，连接方法是通过第一管路14将两个静力水准仪的传感器通气管口1相连接，通过第二管路15将两个静力水准仪的液筒通气管口2相连接，通过第三管路16将两个静力水准仪的液筒通液管口7相连接，第一管路14连接有干燥管13。两个静力水准仪相连接保证了空气的流动，而且干燥管13的设计消减了因空气潮湿对传感器的测量影响，可通过2个测点的数据变化来测得沉降。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (6)

1.基于双灵敏传感器的静力水准仪，包括液体容器（5）和传感器仓（4），所述的液体容器（5）与传感器仓（4）相隔离，所述的传感器仓（4）设置有传感器通气管口（1）以及用于与外部供电装置相连接的传感器电缆（3），所述的液体容器（5）顶部设置有液筒通气管口（2），所述的液体容器（5）底部设置有液筒通液管口（7），所述的液体容器（5）底部连接有底座（8），其特征在于，所述的传感器仓（4）内部设置有电路槽盒（9）和扩散硅芯体（10），所述的扩散硅芯体（10）与设置在电路槽盒（9）中的电路相连接；所述的液体容器（5）内顶部设置有磁致伸缩位移传感器（11），所述的磁致伸缩位移传感器（11）底部连接有浮子（12），所述的磁致伸缩位移传感器（11）与所述的扩散硅芯体（10）电连接；所述的电路槽盒（9）内设置的电路为信号放大电路，所述的信号放大电路同时将磁致伸缩位移传感器（11）和扩散硅芯体（10）测得的信号数据转换为0－5V电压输出信号，其中扩散硅芯体（10）中的电流信号与所受拉压力成线性对应关系。

2.根据权利要求1所述的基于双灵敏传感器的静力水准仪，其特征在于，所述的液体容器（5）的外部设置有液位读数管（6）。

3.根据权利要求1所述的基于双灵敏传感器的静力水准仪，其特征在于，所述的浮子（12）的材质为丙烯腈丁二烯橡胶。

4.根据权利要求1所述的基于双灵敏传感器的静力水准仪，其特征在于，所述的信号放大电路中U1为双运算放大器芯片，U1的1脚、7脚为两个输出管脚，U1的8脚为正电源管脚，4脚为负电源管脚，U1的2脚、3脚分别为反向输入端和同向输入端，U1的5脚、6脚分别为同向输入端和反向输入端。

5.根据权利要求1所述的基于双灵敏传感器的静力水准仪，其特征在于，所述的液体容器（5）内部放置的液体为防冻液。

6.根据权利要求1所述的基于双灵敏传感器的静力水准仪，其特征在于，将两个所述的静力水准仪相连接使用，连接方法是通过第一管路（14）将所述的两个静力水准仪的传感器通气管口（1）相连接，通过第二管路（15）将所述的两个静力水准仪的液筒通气管口（2）相连接，通过第三管路（16）将所述的两个静力水准仪的液筒通液管口（7）相连接，所述的第一管路（14）连接有干燥管（13）。