CN109900239A - 一种超高层建筑层间位移角的监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程测量技术领域，特别公开一种超高层建筑层间位移角的监测装置，包括设置在上层梁板上的激光发射器、设置在本层梁板上的定位电路板；所述定位电路板上设置有若干激光接收头，所述激光接收头与检测其坐标的位置检测装置连接。本发明通过设置激光发射器和定位电路板，定位电路板上设置有若干激光接收头，设置在上层梁板激光发射器发射的激光束打在定位电路板上的其中激光接收头，位置检测装置通过与激光接收头连接，判断被激光束打中的激光接收头的坐标位置，通过技术激光束的位置变化，计算出建筑是水平方向和竖直方向上的层间位移角，克服现有技术中等效测量引起的测量误差。

Description

一种超高层建筑层间位移角的监测装置及方法

技术领域

本发明涉及工程测量技术领域，特别涉及一种超高层建筑层间位移角的监测装置及方法。

背景技术

目前，建筑层间位移角监测采用全站仪、水准仪等传统光学方法，通过在建筑外围设置定点线，测量超高层建筑总层间位移角来等效为建筑层间位移角；但是，总层间位移角包括有害层间位移角和刚体运动产生的无害层间位移角，仅有害层间位移角会使结构和非结构产生损伤，但是有害层间位移角在总层间位移角中所占比较小，通过监测总层间位移角来等效为有害层间位移角存在较大误差，且很难反映结构的实际破坏情况。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种超高层建筑层间位移角的监测装置，该装置直接测量建筑层间位移角的大小，避免等效测量引起的误差。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超高层建筑层间位移角的监测装置，包括：设置在上层梁板上的激光发射器、设置在本层梁板上的定位电路板；所述定位电路板上设置有若干激光接收头，所述激光接收头与检测其坐标的位置检测装置连接。

与现有技术相比，本发明通过设置激光发射器和定位电路板，定位电路板上设置有若干激光接收头，设置在上层梁板激光发射器发射的激光束打在定位电路板上的其中激光接收头，位置检测装置通过与激光接收头连接，判断被激光束打中的激光接收头的坐标位置，通过技术激光束的位置变化，计算出建筑在两个方向的层间位移角。具体计算公式为：

θx＝∣X₀-X₁∣/h；θy＝∣Y₀-Y₁∣/h，其中，(X₀，Y₀)为结构产生变形前激光束打在定位电路板上的坐标，(X₁，Y₁)为结构产生变形后时激光束打在定位电路板的坐标，h为楼层高度。通过该方法直接测量超高层的建筑层间位移角，克服了等效测量带来的误差，提高超高层建筑层间位移角测量的准确率，真实反映结构的实际破坏情况。

作为优选，所述激光接收头成方形排列或圆形排列。

本发明通过将激光接收头成方形或圆形紧密排列，使得激光束即使发生稍许变化，也能通过其打在不同的激光接收头，来判断建筑层间位移角的变化，克服现有技术中，由于层间位移角较小时，转轴式转角传感器无法准确测量层间位移角的技术问题。

作为优选，所述激光接收头的间距为3～8mm。

作为优选，所述激光接收头包括第一激光接收头，所述第一激光接收头设置在所述激光发射器发射的激光束直射在所述定位电路板的初始位置。

作为优选，所述位置检测装置包括用于比较激光束位置变化的若干比较器、以及用于确定所述激光接收头的坐标的单片机模块；所述比较器与所述激光接收头连接，所述单片机模块与所述比较器连接。

作为优选，所述位置检测装置还包括将所述激光接收头的坐标信息传输至人机交互设备的无线传输模块，所述无线传输模块与所述单片机模块连接。

作为优选，所述监测装置还包括固定件，所述固定件固定在所述上层梁板上；所述激光发射器可拆卸的固定在所述固定件上。

本发明中，激光发射器可拆卸的固定在所述固定件，使得激光发射器出现故障时，方便更换激光发射器上。

作为优选，所述固定件为预埋支座，所述预埋支座上设置与凹槽，所述激光发射器固定在所述凹槽内。

作为优选，所述激光接收头为光电二极管。

本发明另一方面还提供一种超高层建筑层间位移角的监测方法，包括如下步骤：

S1：在上层梁板上安装激光发射器，在本层梁板上安装设置有若干激光接收头的定位电路板，设置所述激光发射器发射的激光束射在所述定位电路板的初始位置为(X₀，Y₀)；

S2：获取接收所述激光束的所述激光接收头的坐标(X₁，Y₁)；

S3：根据坐标(X₁，Y₁)与坐标(X₀，Y₀)的差值，计算超高层建筑层间位移角。

附图说明

现结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的I--I剖视图；

图3是图1的II--II剖视图；

图4是定位传感器的放大图。

图中：

1预埋支座，2激光发射器，3定位电路板，4螺栓，5上层梁板，6.本层梁板，8激光接收头，9比较器，10单片机模块，11无线传输模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～4所示，本发明提供一种超高层建筑层间位移角的监测装置，包括：设置在上层梁板5上的激光发射器2、设置在本层梁板6上的定位电路板3；所述定位电路板3上设置有若干激光接收头8，所述激光接收头8与检测其坐标的位置检测装置连接。

与现有技术相比，本发明通过设置激光发射器2和定位电路板3，定位电路板3上设置有若干激光接收头8，设置在上层梁板5激光发射器2发射的激光束打在定位电路板3上的其中激光接收头8，位置检测装置通过与激光接收头8连接，判断被激光束打中的激光接收头8的坐标位置，通过技术激光束的位置变化，计算出建筑是水平方向和竖直方向上的层间位移角。具体计算公式为：θx＝∣X₀-X₁∣/h；θy＝∣Y₀-Y₁∣/h，其中，(X₀，Y₀)为结构产生变形前激光束打在定位电路板3上的坐标，(X₁，Y₁)为结构产生变形后时激光束打在定位电路板3的坐标，h为楼层高度。通过该方法直接测量超高层的建筑层间位移角，克服了等效测量带来的误差，提高超高层建筑层间位移角测量的准确率，真实反映结构的实际破坏情况。且本发明设置在室内，克服了现有技术中通过建筑外围测量层间位移角存在认为方式测量、外部环境影响大的技术问题，具有自动化程度高、连续监测、不受环境影响、测量精度高、人力成本低等优点。

如图4所示，所述激光接收头8成方形或圆形排列，所述激光接收头8之间的间距为3～8mm为最优。

本发明通过将激光接收头8成方形或圆形紧密排列，使得激光束即使发生稍许变化，也能通过其打在不同的激光接收头上，来判断建筑层间位移角的变化，克服现有技术中，由于层间位移角较小时，转轴式转角传感器无法准确测量层间位移角的技术问题。

优选的，所述激光接收头8包括第一激光接收头，所述第一激光接收头设置在所述激光发射器发射2的激光束直射在所述定位电路板的初始位置。

如图4所示，所述位置检测装置包括用于比较激光束位置变化的若干比较器9、以及用于确定所述激光接收头8的坐标的单片机模块10；所述比较器9与所述激光接收头8连接，所述单片机模块10与所述比较器9连接；更优的，所述位置检测装置还包括将所述激光接收头8的坐标信息传输至人机交互设备的无线传输模块11，所述无线传输模块11与所述单片机模块10连接。

如图2所示，所述监测装置还包括固定件，所述固定件固定在所述上层梁板(楼板)5上；所述激光发射器2可拆卸的固定在所述固定件上。激光发射器2可拆卸的固定在所述固定件，使得激光发射器2出现故障时，方便更换激光发射器2上；如激光发射器2没有电时，可以拆卸激光发射器2下来并更换锂电池。优选的，所述固定件为预埋支座1，所述预埋支座1上设置与凹槽，所述激光发射器2固定在所述凹槽内。优选的，所述激光接收头8为光电二极管。

本发明另一方面还提供一种超高层建筑层间位移角的监测方法，包括以下步骤：

S1：在上层梁板上安装激光发射器，在本层梁板上安装设置有若干激光接收头的定位电路板，设置所述激光发射器发射的激光束射在所述定位电路板的初始位置为(X₀，Y₀)；

S2：获取接收所述激光束的所述激光接收头的坐标(X₁，Y₁)；

S3：根据坐标(X₁，Y₁)与坐标(X₀，Y₀)的差值，计算超高层建筑层间位移角。

实施例1

如图1～4所示，预埋支座1和上层梁板5通过螺栓4连接，其中预埋支座1和上层梁板5连接深度适当，约为8～10mm；预埋支座1开有凹槽，深度适当，约为8～12mm，激光发射固定在预埋支座1的凹槽上，激光发射器2和预埋支座1可自由拆卸的连接。定位电路板3由激光接收头8、比较器9、单片机模块10、无线传输模块11组成，定位电路板3和上层梁板5通过螺栓44连接，其中定位电路板3和本层梁板6连接深度适当，约为3～5mm；激光接收头8、比较器9、单片机模块10、无线传输模块11嵌固于定位电路板3，激光接收头8和比较器9引脚连接，比较器9和单片机模块10引脚相连，单片机模块10和无线传输模块11连接。

采用本发明监测建筑层间位移角的方法，包括：

在待测楼层的上层梁板5预留凹槽，深度适当，约为8～10mm；在上层梁板5的预留凹槽内放置支座1，通过螺栓4连接；在支座1的凹槽内固定激光发射器2；在本层梁板6与定位电路板3通过螺栓4连接，深度适当，约为8～10mm；

初始状态激光发射器2的激光束在定位电路板3中的激光接收头8的坐标位置为X₀、Y₀，激光接收头8可采用光电二极管；

为了测量超高层建筑两个水平方向的位移，可将激光接收头8排列为矩形或者圆形，鉴于激光接收头8的尺寸为5mm～7mm，激光接收头8的间距d可为3mm～8mm，不同的间距将决定监测精度，间距越小测量精度越高；

激光接收头8和比较器9引脚连接，在外荷载作用下，结构产生变形，激光发射器2的激光束在激光接收头8中发生变化，比较器9可感知激光束位置变化，并将变化信号传输给单片机模块10，单片机模块10确定变化后的激光接收头8坐标位置X₁、Y₁。

单片机模块10和无线传输模块11连接，通过基于GPRS的无线数据传输模块实现定位传感器的监测数据远程实时发送，并由PC端接收。

待PC端接收定位传感器的监测数据，及时处理分析，则可得到X和Y方向的层间位移角θx和θy。具体如下：θx＝∣X₀-X₁∣/h；θy＝∣Y₀-Y₁∣/h。h为楼层高度。

测量精度δ与激光接收头8的间距d有关，间距d优选为3mm～8mm，则δ为：

δ＝d/h；

例如，超高层建筑的层高为3600mm，d＝3mm，其测量精度δ＝3/3600＝1/1200。若要实现的测量精度为δ₀时，激光接收头8的间距d₀为：d₀≤h/δ₀。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变动。

Claims (10)

1.一种超高层建筑层间位移角的监测装置，其特征在于，包括：设置在上层梁板上的激光发射器、设置在本层梁板上的定位电路板；

所述定位电路板上设置有若干激光接收头，所述激光接收头与检测其坐标的位置检测装置连接。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述激光接收头成方形排列或圆形排列。

3.根据权利要求2所述的监测装置，其特征在于，所述激光接收头的间距为3～8mm。

4.根据权利要求3所述的监测装置，其特征在于，所述激光接收头包括第一激光接收头，所述第一激光接收头设置在所述激光发射器发射的激光束直射在所述定位电路板的初始位置。

5.根据权利要求4所述的监测装置，其特征在于，所述位置检测装置包括用于比较激光束位置变化的若干比较器、以及用于确定所述激光接收头的坐标的单片机模块；

所述比较器与所述激光接收头连接，所述单片机模块与所述比较器连接。

6.根据权利要求5所述的监测装置，其特征在于，所述位置检测装置还包括将所述激光接收头的坐标信息传输至人机交互设备的无线传输模块，所述无线传输模块与所述单片机模块连接。

7.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括固定件，所述固定件固定在所述上层梁板上；所述激光发射器可拆卸的固定在所述固定件上。

8.根据权利要求7所述的监测装置，其特征在于，所述固定件为预埋支座，所述预埋支座上设置与凹槽，所述激光发射器固定在所述凹槽内。

9.根据权利要求1～8任一项所述的监测装置，其特征在于，所述激光接收头为光电二极管。

10.一种超高层建筑层间位移角的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：在上层梁板上安装激光发射器，在本层梁板上安装设置有若干激光接收头的定位电路板，设置所述激光发射器发射的激光束射在所述定位电路板的初始位置为(X₀，Y₀)；

S2：获取接收所述激光束的所述激光接收头的坐标(X₁，Y₁)；

S3：根据坐标(X₁，Y₁)与坐标(X₀，Y₀)的差值，计算超高层建筑层间位移角。