CN110319813A - 一种测量不同斜坡坡度角的测度尺及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量不同斜坡坡度角的测度尺及测量方法，测度尺包括箱体、滑轮、铁球、电源箱、计时箱，滑轮的顶端与箱体的顶板相连，箱体的底板为磁铁式导电片，滑轮上缠绕了导电绳，导电绳的一端固定在铁球上，另一端通过外部导线连接与电源箱的内部电路的一端相连接，电源箱的内部电路的另一端通过外部导线与底板相连接，铁球与底板相接触时，电源箱的内部电路连通，使计时箱的内部电路断开，箱体的顶部位置设置有可抽式垫条，固定铁球，滑轮上设有手摇柄，手摇柄伸出箱体。本发明的测度尺因结构简单，操作简洁快捷，易推广，可用于高频率测量场合，使边坡施工过程中时刻处于受控状态，从而保证工程质量。

Description

一种测量不同斜坡坡度角的测度尺及测量方法

技术领域

本发明属于工程测量仪器领域，具体而言，涉及一种测量不同斜坡坡度角的测度尺及测量方法。

背景技术

在土木、水利、交通等工程中，如修建高速公路、铁路、机场、港口、坝体等工程中都会遇到边坡问题。边坡问题处理不好，就会为工程留下隐患，一旦发生破坏将会给人类的生命财产带来巨大的损失，这就使得边坡稳定性分析显得十分重要。在土力学中，边坡是否失稳由边坡稳定系数决定，该系数又极大依赖于边坡的坡角大小，因此施工中边坡坡角的测量与控制是确保工程质量安全的重要标准之一。根据《建筑边坡工程技术规范》，施工边坡坡角要小于极限稳定坡角，因此在施工中要加强对建(构)筑物边坡坡角的全面检查。

目前，国内常常采用经纬仪或全站仪测量坡角，但这类仪器存在以下缺陷：1、操作仪器时存在一些不可避免的观测误差，降低测量精度；2、测量仪器需要专业人员才能够操作，不便于推广使用；3、上述测量仪器操作复杂，当工作量较大时，效率低下。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种测量不同斜坡坡度角的测度尺及测量方法，操作简单，误差小，制作成本低，易推广，可用于高频率测量场合。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

如图1、图2、图3所示，一种测量不同斜坡坡度角的测度尺，括箱体1、滑轮2、铁球3、电源箱4、计时箱5，箱体1的内壁为光滑硬质绝缘材料，滑轮2的顶端与箱体1的顶板相连，箱体1的底板6为磁铁式导电片，滑轮2上缠绕导电绳7，导电绳7的一端固定在铁球3上，导电绳7的另一端通过外部导线与电源箱4的内部电路的一端相连接，电源箱4的内部电路的另一端通过外部导线与底板6相连接，铁球3与底板6相接触时，电源箱4的内部电路连通，使计时箱5的内部电路断开，箱体1的顶部位置设置有可抽式垫条8，铁球3被导电绳7牵引到顶部位置，可抽式垫条8可插入箱体1的内部对铁球3进行固定，滑轮2上设有手摇柄9，手摇柄9伸出箱体1。

如图4所示，本技术方案中，优选地，电源箱4的内部设置有测度尺总电源41、电磁线圈42、电源箱指示灯43，测度尺总电源41、电磁线圈42、电源箱指示灯43、铁球3、导电绳7和底板6电连接，构成电路回路，计时箱5的内部设置有内控开关铁片51、内部电源52、电路外控开关53、计时箱指示灯54、计时仪55，并构成电路回路，电磁线圈42和内控开关铁片51相邻设置，电磁线圈42通电吸附内控开关铁片51。

优选地，电源箱4和计时箱5固定在箱体1的外侧壁上。

优选地，箱体1的内壁固定有导线管道10，存放外部导线。

优选地，测度尺的总长为1.2m，为铁球提供足够的滚动空腔，提高测试的准确度，且方便携带。

测度尺的斜坡坡度角测量方法，包括以下步骤：

(1)将测度尺贴靠在坡面上，抽出铁球3底部的可抽式垫条8，同时按下计时箱5的电路外控开关53，计时箱5的内部电路接通，计时箱指示灯54发亮，铁球3在箱体1的内部滑动；

(2)铁球3滑落至测量尺的底部，铁球3与底板6接触，电源箱4的内部电路接通，电源箱指示灯43发光，电磁线圈42产生磁场，吸附内控开关铁片51，计时箱5的内部电路断开，电源箱指示灯43熄灭，计时仪55自动停止工作；

(3)计时仪55显示铁球3到达测度尺底端的时间，记录相应的数据；

(4)经过计算，得到坡度角，具体的计算公式为：y＝-8.601x+98.406，其中自变量x为时间，因变量y为坡度角，x的单位为秒，y的单位为度。

计算公式的推算方法如下：

使用上述的测量方法，经过多次对于已知角度的不同坡度角的测量，记录数据，如下表所示。

表1测度尺的坡度-时间参数对照表

斜坡坡度/°	10	12	14	16	18	20	22	24
									数显计时/s	10.2	9.9	9.7	9.6	9.4	9.2	8.9	8.7
斜坡坡度/°	26	28	30	32	34	36	38	40
									数显计时/s	8.6	8.4	8.1	7.9	7.5	7.3	6.9	6.7

根据测得的数据结果，利用Origin软件对坡度、时间参数进行拟合处理，其中以坡度角为自变量x(单位为度)，时间为因变量y(单位为秒)，得到拟合后的关系式为：

y＝-0.115x+11.424

对上述公式二次处理，得到以时间为自变量x(单位为秒)，坡度角为因变量y(单位为度)的关系式为：

y＝-8.601x+98.406

以上计算公式适用于本套测量装置，拟合优度达到0.996。

有益效果

本技术方案的测度尺结构简单，操作简单，只需控制计时箱的电路外控开关和可抽式垫条，其余步骤自动完成，可快速得到测量结果，即铁球到达测度尺底端的时间，通过计算得到斜坡的坡度角，测量方法高效快捷，为不同坡度角的快速检测带来极大的方便。

本技术方案的测度尺因自动化程度高，人工干预少，因此可有效减少人工测量带来的误差影响，测试的准确度和精确度较高，特别适用于不同斜坡的坡度角测试。

本发明的测度尺因结构简单，因此制作成本低，易推广，可用于高频率测量场合，使边坡施工过程中时刻处于受控状态，从而保证工程质量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明测量尺的结构示意图。

图2是本发明滑轮结构的正视图。

图3是本发明滑轮结构的侧视图。

图4为电源箱电路和计时箱电路示意图；

附图中：

1、箱体 2、滑轮 3、铁球 4、电源箱

41、测度尺总电源 42、电源箱指示灯 43、电源箱指示灯 5、计时箱

51、内控开关铁片 52、内部电源 53、电路外控开关 54、计时箱指示灯

55、计时仪 6、底板 7、导电绳 8、可抽式垫条

9、手摇柄 10、导线管道

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，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。

实施例1：

一种测量不同斜坡坡度角的测度尺，括箱体1、滑轮2、铁球3、电源箱4、计时箱5，箱体1的内壁为光滑硬质绝缘材料，滑轮2的顶端与箱体1的顶板相连，箱体1的底板6为磁铁式导电片，滑轮2上缠绕导电绳7，导电绳7的一端固定在铁球3上，导电绳7的另一端通过外部导线与电源箱4的内部电路的一端相连接，电源箱4的内部电路的另一端通过外部导线与底板6相连接，铁球3与底板6相接触时，电源箱4的内部电路连通，使计时箱5的内部电路断开，箱体1的顶部位置设置有可抽式垫条8，铁球3被导电绳7牵引到顶部位置，可抽式垫条8可插入箱体1的内部对铁球3进行固定，滑轮2上设有手摇柄9，手摇柄9伸出箱体1。

电源箱4的内部设置有测度尺总电源41、电磁线圈42、电源箱指示灯43，测度尺总电源41、电磁线圈42、电源箱指示灯43、铁球3、导电绳7和底板6电连接，构成电路回路，计时箱5的内部设置有内控开关铁片51、内部电源52、电路外控开关53、计时箱指示灯54、计时仪55，并构成电路回路，电磁线圈42和内控开关铁片51相邻设置，电磁线圈42通电吸附内控开关铁片51。

电源箱4和计时箱5固定在箱体1的外侧壁上。

箱体1的内壁固定有导线管道10，存放外部导线。

测度尺的总长为1.2m，为铁球提供足够的滚动空腔，提高测试的准确度，且方便携带。

使用该测度尺测量实际坡度角为50度的坡度，测量方法：

(1)将测度尺贴靠在坡面上，抽出铁球3底部的可抽式垫条8，同时按下计时箱5的电路外控开关53，计时箱5的内部电路接通，计时箱指示灯54发亮，铁球3在箱体1的内部滑动；

(2)铁球3滑落至到测度尺的底板6附近时，底板6的吸引力固定住铁球3，电源箱4的内部电路接通，电源箱指示灯43发光，电磁线圈42产生磁场，吸附内控开关铁片51，计时箱5的内部电路断开，电源箱指示灯43熄灭，计时仪55自动停止工作；

(3)计时仪55显示铁球到达测度尺底端的时间，记录相应的数据，为5.5s；

(5)根据计算公式，y＝-8.601x+98.406(时间为自变量x单位为秒)，坡度角为因变量y，单位为度)，得到坡度角为51.1度，相对误差为0.022。

实施例2：

一种测量不同斜坡坡度角的测度尺，括箱体1、滑轮2、铁球3、电源箱4、计时箱5，箱体1的内壁为光滑硬质绝缘材料，滑轮2的顶端与箱体1的顶板相连，箱体1的底板6为磁铁式导电片，滑轮2上缠绕导电绳7，导电绳7的一端固定在铁球3上，导电绳7的另一端通过外部导线与电源箱4的内部电路的一端相连接，电源箱4的内部电路的另一端通过外部导线与底板6相连接，铁球3与底板6相接触时，电源箱4的内部电路连通，使计时箱5的内部电路断开，箱体1的顶部位置设置有可抽式垫条8，铁球3被导电绳7牵引到顶部位置，可抽式垫条8可插入箱体1的内部对铁球3进行固定，滑轮2上设有手摇柄9，手摇柄9伸出箱体1。

电源箱4的内部设置有测度尺总电源41、电磁线圈42、电源箱指示灯43，测度尺总电源41、电磁线圈42、电源箱指示灯43、铁球3、导电绳7和底板6电连接，构成电路回路，计时箱5的内部设置有内控开关铁片51、内部电源52、电路外控开关53、计时箱指示灯54、计时仪55，并构成电路回路，电磁线圈42和内控开关铁片51相邻设置，电磁线圈42通电吸附内控开关铁片51。

电源箱4和计时箱5固定在箱体1的外侧壁上。

箱体1的内壁固定有导线管道10，存放外部导线。

测度尺的总长为1.2m，为铁球提供足够的滚动空腔，提高测试的准确度，且方便携带。

使用该测度尺测量实际坡度角为60度的坡度，测量方法：

(1)将测度尺贴靠在坡面上，抽出铁球3底部的可抽式垫条8，同时按下计时箱5的电路外控开关53，计时箱5的内部电路接通，计时箱指示灯54发亮，铁球3在箱体1的内部滑动；

(2)铁球3滑落至到测度尺的底板6附近时，底板6的吸引力固定住铁球3，电源箱4的内部电路接通，电源箱指示灯43发光，电磁线圈42产生磁场，吸附内控开关铁片51，计时箱5的内部电路断开，电源箱指示灯43熄灭，计时仪55自动停止工作；

(3)计时仪55显示铁球到达测度尺底端的时间，记录相应的数据，为4.5s；

(5)根据计算公式，y＝-8.601x+98.406(时间为自变量x单位为秒)，坡度角为因变量y，单位为度)，得到坡度角为59.7度，相对误差为0.005。

实施例3：

一种测量不同斜坡坡度角的测度尺，括箱体1、滑轮2、铁球3、电源箱4、计时箱5，箱体1的内壁为光滑硬质绝缘材料，滑轮2的顶端与箱体1的顶板相连，箱体1的底板6为磁铁式导电片，滑轮2上缠绕导电绳7，导电绳7的一端固定在铁球3上，导电绳7的另一端通过外部导线与电源箱4的内部电路的一端相连接，电源箱4的内部电路的另一端通过外部导线与底板6相连接，铁球3与底板6相接触时，电源箱4的内部电路连通，使计时箱5的内部电路断开，箱体1的顶部位置设置有可抽式垫条8，铁球3被导电绳7牵引到顶部位置，可抽式垫条8可插入箱体1的内部对铁球3进行固定，滑轮2上设有手摇柄9，手摇柄9伸出箱体1。

电源箱4的内部设置有测度尺总电源41、电磁线圈42、电源箱指示灯43，测度尺总电源41、电磁线圈42、电源箱指示灯43、铁球3、导电绳7和底板6电连接，构成电路回路，计时箱5的内部设置有内控开关铁片51、内部电源52、电路外控开关53、计时箱指示灯54、计时仪55，并构成电路回路，电磁线圈42和内控开关铁片51相邻设置，电磁线圈42通电吸附内控开关铁片51。

电源箱4和计时箱5固定在箱体1的外侧壁上。

箱体1的内壁固定有导线管道10，存放外部导线。

测度尺的总长为1.2m，为铁球提供足够的滚动空腔，提高测试的准确度，且方便携带。

使用该测度尺测量实际坡度角为70度的坡度，测量方法：

(1)将测度尺贴靠在坡面上，抽出铁球3底部的可抽式垫条8，同时按下计时箱5的电路外控开关53，计时箱5的内部电路接通，计时箱指示灯54发亮，铁球3在箱体1的内部滑动；

(2)铁球3滑落至到测度尺的底板6附近时，底板6的吸引力固定住铁球3，电源箱4的内部电路接通，电源箱指示灯43发光，电磁线圈42产生磁场，吸附内控开关铁片51，计时箱5的内部电路断开，电源箱指示灯43熄灭，计时仪55自动停止工作；

(3)计时仪55显示铁球到达测度尺底端的时间，记录相应的数据，为3.5s；

(5)根据计算公式，y＝-8.601x+98.406(时间为自变量x单位为秒)，坡度角为因变量y，单位为度)，得到坡度角为68.3度，相对误差为0.024。

其他实施例分别对于其他角度进行了测量，具体的测量结果和相对误差见下表。

表2测度尺的坡度-时间参数表

数显计时/s	6.5	6.2	5.8	5.7	5.5	5.3	5.1	4.9
									实际坡度/°	42	44	46	48	50	52	54	56
计算坡度/°	42.5	45.1	48.5	49.4	51.1	52.8	54.5	56.3
									相对误差	0.012	0.024	0.055	0.029	0.022	0.016	0.010	0.005
数显计时/s	4.6	4.5	4.2	4.1	3.9	3.7	3.5	……
									实际坡度/°	58	60	62	64	66	68	70	……
计算坡度/°	58.8	59.7	62.3	63.1	64.9	66.6	68.3	……
									相对误差	0.014	0.005	0.005	0.013	0.017	0.021	0.024	……

根据上述测试数据，该测度尺的计算结果与实际数据之间的相对误差较小，控制在0.06以内，平均误差为0.018，测量精确度较高，且该装置易于操作、方便携带，可在工程中推广使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种测量不同斜坡坡度角的测度尺，其特征在于：包括箱体、滑轮、铁球、电源箱、计时箱，所述箱体的内壁为光滑硬质绝缘材料，所述滑轮的顶端与箱体的顶板相连，所述箱体的底板为磁铁式导电片，所述滑轮上缠绕导电绳，所述导电绳的一端固定在铁球上，导电绳的另一端通过外部导线与电源箱的内部电路的一端相连接，所述电源箱的内部电路的另一端通过外部导线与底板相连接，所述铁球与底板相接触时，所述电源箱的内部电路连通，使计时箱的内部电路断开，所述箱体的顶部位置设置有可抽式垫条，所述铁球被导电绳牵引到顶部位置，所述可抽式垫条插入箱体的内部对铁球进行固定，所述滑轮上设有手摇柄，所述手摇柄伸出箱体。

2.根据权利要求1所述的测度尺，其特征在于：所述电源箱的内部设置有测度尺总电源、电磁线圈，所述测度尺总电源、电磁线圈、铁球、导电绳和底板电连接，构成电路回路。

3.根据权利要求2所述的测度尺，其特征在于：所述计时箱的内部设置有内控开关铁片、内部电源、电路外控开关、计时仪，并构成电路回路，所述电磁线圈和内控开关铁片相邻设置，所述电磁线圈通电吸附内控开关铁片。

4.根据权利要求3所述的测度尺，其特征在于：所述电源箱和计时箱固定在所述箱体的外侧壁上。

5.根据权利要求4所述的测度尺，其特征在于：所述箱体的内壁固定有导线管道，存放外部导线。

6.根据权利要求5所述的测度尺，其特征在于：所述测度尺的总长为1.2m。

7.根据权利要求6所述的测度尺的斜坡坡度角测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将测度尺贴靠在坡面上，抽出铁球底部的可抽式垫条，同时按下计时箱的电路外控开关，计时箱的内部电路接通，铁球在箱体的内部滑动；

(2)铁球滑落至测量尺的底部，铁球与底板接触，电源箱的内部电路接通，电磁线圈产生磁场，吸附内控开关铁片，计时箱的内部电路断开，计时仪自动停止工作；

(3)计时仪显示铁球到达测度尺底端的时间，记录相应的数据；

(4)经过计算，得到坡度角，具体的计算公式为：y＝-8.601x+98.406，其中自变量x为时间，因变量y为坡度角，x的单位为秒，y的单位为度。