CN110285833B - 高铁线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高铁线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置，包括模拟沉降变形的精控升降平台以及模拟环境特征的工况保持环境箱，工况保持环境箱位于精控升降平台上方；所述精控升降平台包括固定支架、载物台及升降调节系统；载物台位于工况保持环境箱内，底部设置有竖直方向的传动杆，传动杆下端安装于固定支架并设置升降调节系统；所述工况保持环境箱设置有温度保持系统、压力保持系统及湿度保持系统。本发明能够满足高速铁路线下结构物沉降监测仪室内校准的要求，实现多工况下高速铁路线下结构物沉降监测仪的室内高精度校准。进一步的，本发明还具有精度高、易操作及便于移动等特点。
Description
技术领域
本发明涉及沉降监测仪室内校准技术，具体涉及一种高铁线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置。
背景技术
高速铁路建设需要穿越极端气候区，如高寒高海拔的高原区，高温大风的沙漠区、高温高的滨海区等，这均给高速铁路的安全运营带来了极大的挑战。高速铁路列车行驶速度高，列车与线路间的动力作用强烈，对线下结构物的不均匀沉降要求严格（允许不均匀沉降为毫米级-《高速铁路工程测量规范TB10601-2009》）。如果不能够采取实时可靠的监测仪器，第一时间发现安全隐患，并采取及时有效的预防控制措施，就有可能造成巨大的经济损失和不良的社会影响。
因此，研发适用于复杂工作环境的高精度高速铁路线下结构物沉降监测仪，是保障高速铁路安全服役的关键。传统以人工水准测量法为主的结构物沉降监测，已经不能适应高速铁路全天候服役监测的需求。于是，铁路工作者研发了一系列自动监测高速铁路线下结构物不均匀沉降的监测仪器，如：采用接触式机械电磁法的单点沉降仪、磁环沉降仪及电磁式沉降板等，以及采用非接触式的激光监测仪、合成孔径雷达干涉仪等。但是接触式的沉降观测法，对基岩稳定性要求高，且需要在铁路建设过程中安装就位，对正常的工程施工影响较大；非接触式激光测量需要在长距离监测时考虑气压及大气折光等的影响修正，合成孔径雷达干涉仪存在设备昂贵的缺陷。
近些年，利用流体力学特性进行高速铁路线下结构物沉降观测仪器的发展和应用日益增多，如静力水准仪及差压式水准仪等。而此类高速铁路线下结构物沉降观测仪，其内部传压液受监测仪工作环境的温度、压强、及湿度的影响大，为了提高监测仪监测精度，需进行温度、压强及湿度修正。因此，该类高速铁路线下结构物沉降观测仪在工程应用前，要根据工程所处特定的服役工况，进行室内修正校准。这就要求轻便、易操作，且能够模拟多种监测仪服役工况的高精度室内校准装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种高铁线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置，以实现基于流体力学特性类高速铁路线下结构物沉降监测仪的室内快捷校准标定。
本发明所采用的技术方案为：
高铁线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置，其特征在于：
所述装置包括模拟沉降变形的精控升降平台以及模拟环境特征的工况保持环境箱，工况保持环境箱位于精控升降平台上方；
所述精控升降平台包括固定支架、载物台及升降调节系统；载物台位于工况保持环境箱内，底部设置有竖直方向的传动杆，传动杆下端安装于固定支架并设置升降调节系统；
所述工况保持环境箱设置有温度保持系统、压力保持系统及湿度保持系统。
被校准检测仪置于载物台上，载物台于工况保持环境箱内设置两个，分别为主载物台和副载物台，两个载物台底部均设置有竖直方向的传动杆，分别为主传动杆和副传动杆，两个传动杆下端设置有各自的升降调节系统。
所述升降调节系统包括粗调螺旋和精调螺旋，作用于传动杆，令载物台上下移动模拟沉降。
固定支架包括支架平台和其下方的四个支柱，支柱底部设置有调平旋钮，支架平台上两侧设置有管式水准泡。
工况保持环境箱的温度保持系统包括制冷管和加热管，均设置于工况保持环境箱内部。
工况保持环境箱的压力保持系统包括空气压缩装置和压力控制阀门，空气压缩装置设置于工况保持环境箱外部，压力控制阀门设置于工况保持环境箱内部。
工况保持环境箱的湿度保持系统包括超声水雾化装置和水雾控制阀门，超声水雾化装置设置于工况保持环境箱外部，水雾控制阀门设置于工况保持环境箱内部。
工况保持环境箱内部设置有高速旋转风扇，由工况保持环境箱外部的高速旋转风扇电机驱动。
工况保持环境箱的箱体侧面设置有透明的工况保持环境箱观察窗。
工况保持环境箱内部顶上设置有照明灯。
本发明具有以下优点：
本发明能够满足高速铁路线下结构物沉降监测仪室内校准的要求，实现多工况下高速铁路线下结构物沉降监测仪的室内高精度校准。进一步的，本发明还具有精度高、易操作及便于移动等特点。
附图说明
图1为本发明外形示意图。
图2为本发明结构示意图。
图3为控制面板示意图。
图4为升降控制测量构件示意图。
附图中：1为固定支架；2为工况保持环境箱；3-1为主载物台；3-2为副载物台；4-1为粗调螺旋；4-2为精调螺旋；5为调平旋钮；6为走行轮；7-1为主传动杆；7-2为副传动杆；8-1为超声水雾化装置；8-2为水雾控制阀门；9-1为空气压缩装置；9-2为压力控制阀门；10-1为高速旋转风扇电机；10-2为高速旋转风扇；11为制冷管；12为加热管；13为管式水准泡；14-1为固定标尺；14-2为游动标尺；15为照明灯；16为控制面板；17为显示屏幕；18为温度设置按钮；19为压力设置按钮；20为湿度设置按钮；21为电源开关；22为工作状态指示灯；23为工况保持环境箱观察窗把手；24为工况保持环境箱观察窗；25为被校准监测仪数据采集接口；26为被校准检测仪。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明针对高速铁路线下结构物沉降监测仪室内校准需求，研发了一种轻便、易操作的高速铁路线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置，能够满足工程所处特定服役工况下的高速铁路线下结构物沉降监测仪的室内高精度校准要求。
本发明涉及的高铁线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置，具体包括模拟沉降变形的精控升降平台以及模拟环境特征的工况保持环境箱2，工况保持环境箱2位于精控升降平台上方。所述精控升降平台包括固定支架1、载物台及升降调节系统；载物台位于工况保持环境箱2内，底部设置有竖直方向的传动杆，传动杆下端安装于固定支架1并设置升降调节系统，升降调节系统驱动所述载物台产生沉降变形的室内模拟。
被校准检测仪置于载物台上，载物台于工况保持环境箱2内设置两个，分别为主载物台3-1和副载物台3-2，两个载物台底部均设置有竖直方向的传动杆，分别为主传动杆7-1和副传动杆7-2，两个传动杆下端设置有各自的升降调节系统。所述升降调节系统包括粗调螺旋4-1和精调螺旋4-2，协同精准控制升降，作用于传动杆，令载物台上下移动模拟沉降。升降调节系统上的刻度显示系统可实现0.02mm级的升降控制精度。手动调节粗调螺旋4-1和精调螺旋4-2，控制传动杆7的升降，传动杆7带动主/副动载物台间产生高差。粗调螺旋4-1和精调螺旋4-2可采用显微镜的粗准焦螺旋和细准焦螺旋，如一种粗微调同轴显微镜的调焦结构（CN 105842837 A）。
固定支架1包括支架平台和其下方的四个支柱，支柱底部设置有调平旋钮5，支架平台上两侧设置有管式水准泡13，供固定支架1安装时调平用。支柱底部还设有移动用的走行轮6。载物台可根据被校准仪器的大小更换载物台大小，载物台上设有不同的限位螺孔，供夹持不同大小的被校准仪器使用。
工况保持环境箱采用高强耐高温保温材料制成，防止加压加温过程中出现变形破坏，且能够起到良好保持环境箱内部设定温度的作用。工况保持环境箱设置有温度保持系统、压力保持系统及湿度保持系统。工况保持环境箱的温度保持系统包括制冷管11和加热管12，均设置于工况保持环境箱内部，供调节所述工况保持环境箱内部温度使用。工况保持环境箱的压力保持系统包括空气压缩装置9-1和压力控制阀门9-2，空气压缩装置9-1设置于工况保持环境箱外部，压力控制阀门9-2设置于工况保持环境箱内部，供调节所述工况保持环境箱内部压力使用。工况保持环境箱的湿度保持系统包括超声水雾化装置8-1和水雾控制阀门8-2，超声水雾化装置8-1设置于工况保持环境箱外部，水雾控制阀门8-2设置于工况保持环境箱内部，供调节所述工况保持环境箱内部湿度使用。
工况保持环境箱内部设置有高速旋转风扇10-2，由工况保持环境箱外部的高速旋转风扇电机10-1驱动，供所述工况保持环境箱内部温度和湿度分布均匀。
工况保持环境箱的箱体侧面设置有透明的工况保持环境箱观察窗24，为双层高强高透明耐高温钢化玻璃门，供校准试验过程中观察被校准仪器产生的变化。
工况保持环境箱内部顶上设置有照明灯15。
工况保持环境箱侧面设有控制面板，温度保持系统、压力保持系统及湿度保持系统均与设置于工况保持环境箱侧面的控制面板连接，用于环境下内部温度、压力及湿度的设定与显示。
本发明的具体实施过程为：
选取较为平整的场地，将所述高速铁路线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置走行轮6升起，让固定支架1的支撑腿着地。根据位于固定支架1上的管式水准泡13，调整位于四个支撑腿端部的调平旋钮5，使图1和2所示的高速铁路线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置处于水平。
打开工况保持环境箱观察窗24，将被校准监测仪基准铂及测量铂分别放置到主载物台3-1和副载物台3-2上，并连接好被校准监测仪的数据采集线。被校准监测仪的数据采集主机，通过位于控制面板上的数据采集接口25，与放置于所述高速铁路线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置内部的被校准监测仪连接，进行监测仪控制和数据采集。然后关闭工况保持环境箱观察窗24。
根据工程所在地的温度、气压及湿度环境条件，通过图3所示控制面板16设置工况保持环境箱2内部的详细温度、气压及湿度值。所述高速铁路线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置，通过温度控制系统（制冷管11、加热管12及高速旋转风扇10-2）、压力控制系统（空气压缩装置9-1和压力控制阀门9-2）及湿度控制系统（超声水雾化装置8-1和水雾控制阀门8-2），实现控制面板16设置的工况保持环境箱2内部设置的详细温度、气压及湿度值。
等工况保持环境箱2内部达到了预设的详细温度、气压及湿度值，即可开展校准试验。校准试验开始前，记录并输入被校准监测仪工况保持环境箱2内部的温度、气压及湿度值。手动调节粗调螺旋4-1和精调螺旋4-2，控制传动杆7的升降。传动杆带动主/副动载物台间产生高差。产生的该高差由图4所示升降控制测量系统精确读出（精度达到0.02mm）。同时记录被校准沉降仪显示的高程差，如果二者相同或在误差允许范围内，即可认为被校准沉降仪已经达到了校准要求；如果超过了误差允许范围，则进一步对被校准仪进行参数调整等，直至达到设定工况下量测的高程差在误差范围内即可。以此实现，高速铁路线下结构物沉降监测仪的室内多工况高精度校准。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.高铁线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置，其特征在于：
所述装置包括模拟沉降变形的精控升降平台以及模拟环境特征的工况保持环境箱（2），工况保持环境箱（2）位于精控升降平台上方；
所述精控升降平台包括固定支架（1）、载物台及升降调节系统；载物台位于工况保持环境箱（2）内，底部设置有竖直方向的传动杆，传动杆下端安装于固定支架（1）并设置升降调节系统；
所述工况保持环境箱设置有温度保持系统、压力保持系统及湿度保持系统；
被校准检测仪置于载物台上，载物台于工况保持环境箱（2）内设置两个，分别为主载物台（3-1）和副载物台（3-2），两个载物台底部均设置有竖直方向的传动杆，分别为主传动杆（7-1）和副传动杆（7-2），两个传动杆下端设置有各自的升降调节系统；
所述升降调节系统包括粗调螺旋（4-1）和精调螺旋（4-2），作用于传动杆，令载物台上下移动模拟沉降；
固定支架（1）包括支架平台和其下方的四个支柱，支柱底部设置有调平旋钮（5），支架平台上两侧设置有管式水准泡（13）。
2.根据权利要求1所述的高铁线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置，其特征在于：
工况保持环境箱的温度保持系统包括制冷管（11）和加热管（12），均设置于工况保持环境箱内部。
3.根据权利要求1所述的高铁线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置，其特征在于：
工况保持环境箱的压力保持系统包括空气压缩装置（9-1）和压力控制阀门（9-2），空气压缩装置（9-1）设置于工况保持环境箱外部，压力控制阀门（9-2）设置于工况保持环境箱内部。
4.根据权利要求1所述的高铁线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置，其特征在于：
工况保持环境箱的湿度保持系统包括超声水雾化装置（8-1）和水雾控制阀门（8-2），超声水雾化装置（8-1）设置于工况保持环境箱外部，水雾控制阀门（8-2）设置于工况保持环境箱内部。
5.根据权利要求1所述的高铁线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置，其特征在于：
工况保持环境箱内部设置有高速旋转风扇（10-2），由工况保持环境箱外部的高速旋转风扇电机（10-1）驱动。
6.根据权利要求1所述的高铁线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置，其特征在于：
工况保持环境箱的箱体侧面设置有透明的工况保持环境箱观察窗（24）。
7.根据权利要求1所述的高铁线下结构物沉降监测仪室内多工况高精度校准装置，其特征在于：
工况保持环境箱内部顶上设置有照明灯（15）。
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