CN111044013B - 一种采用液位放大系统的沉降测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用液位放大系统的沉降测量装置，所述液位放大系统有若干个，每个所述液位放大系统包括上部开口的第一容器和第二容器，所述第一容器内设有空心浮块，所述第二容器内设有柱状体，所述空心浮块与柱状体通过滑轮组件相连；所述第二容器底部设有传感器，所有第一容器的底部均与基点水箱相连通。本发明可为测量小位移提供一种有效方式，与现有装置相比，采用传递介质将位移转化为液体压力，并通过位移放大系统进行一定倍数的放大，最后由传感器测得压力信号，得到最后较为精确的位移值。本发明可实现小位移较为精确的测量，提高了位移测量的精确度，并且可运用于远程在线监测液面位置。

Description

一种采用液位放大系统的沉降测量装置

技术领域

本发明属于位移测量技术领域，尤其涉及一种采用液位放大系统的沉降测量装置。

背景技术

各行业对于小位移高精度测量的技术要求越来越高，传统读数式位移计存在精确度低，小位移测量不准的问题，这对于一些工程的实际测量检测造成了一些困扰。

传感器已成为现在社会科学技术发展不可或缺的一种技术，位移传感器更是新技术发展的重要基础。但是，位移传感器存在着一些不足之处，如外界环境变化较大时对传感器影响大，容易受磁场干扰，应用范围比较窄，使用时比较容易磨损等。

相比于普通位移传感器，扩散硅压力传感器是一种采用了高性能的硅压阻式压力充油芯体，内部的专用集成电路将传感器毫伏信号转换成标准电压、电流或频率信号，远距离传输可以采用电流输出方式，将压力信号转化为电信号输出。它抗腐蚀、抗磨损、工作温度范围广、稳定性好测量精度高，同时，还具有体积小、重量轻、动态频响高，灵敏度高，适应介质广，使用方便等特点。它可应用于工业设备、水利、化工、冶金、车辆制动、楼宇供水等工业过程现场压力测量与控制。

CN201610247992.7公开的一种建筑物竖向位移的测试方法，该方法仅仅是对连通器原理的简单应用，没有放大系统，而现实结构在进行沉降位移测量时，通常变位量非常小，现有的传感器很难测出这样的微小变位。

发明内容

为了解决上述现有技术的问题，本发明提供一种采用液位放大系统的沉降测量装置，采用传递介质将位移转化为液体压力，并通过位移放大系统进行一定倍数的放大，最后由传感器测得压力信号，得到最后较为精确的位移值；与现有位移测量装置相比，本发明可实现小位移较为精确的测量，提高了位移测量的精确度，并且同样可运用于液面位置的测量，同时可以远程监测液面位移的变化。具体通过以下技术方案实现。

一种采用液位放大系统的沉降测量装置，所述液位放大系统有若干个，每个所述液位放大系统包括上部开口的第一容器和第二容器，所述第一容器内设有空心浮块，所述第二容器内设有柱状体，所述空心浮块与柱状体通过滑轮组件相连；所述第一容器、第二容器均为柱形且第一容器内壁的横截面积大于第二容器，所述第二容器内壁的横截面积略大于柱状体的横截面积，所述空心浮块重力远大于第二容器内液体对柱状体产生的浮力；所述第二容器底部设有传感器，所有第一容器的底部均与基点水箱相连通。

使用时，所有第一容器与基点水箱连通，第二容器内装入不易挥发液体且液位表面位于柱状体中点，不易挥发液体的密度小于柱状体。当两个容器组成的液位放大系统相对于基点水箱有竖向位移发生时，第一容器的液面改变，此时空心浮块所在位置也随之改变，在滑轮组件的作用下柱状体也发生改变，从而使第二容器液位发生改变(当所述第二容器内壁的横截面积略大于柱状体的横截面积时，柱状体的微小变位都会使第二容器液位发生较大改变)；由于所述空心浮块所受重力远大于柱状体所受浮力，第二容器内柱状体浮力的变化对第一容器内空心浮块的影响可以忽略。本装置将第一容器内液位变化，转化为第二容器液位的变化，放大倍数取决于柱状体横截面积:(第二容器内壁横截面积－柱状体横截面积)之比，理论上上述比值越大，放大倍数越大。而液压与液面高度成正比关系，由布置在第二容器底部的传感器测得液体压力的变化，据此可推算出柱状体的位移，从而就得到了第一容器内相应的液面位置变化量，也就得到了最终的位移测量结果。

此装置将小位移转化成较大的水压力的变化，测量精度较高，且操作简便，此种装置还能通过水压力变化为测量液面位置较小的变化，更为精确。

优选地，所述空心浮块为不锈钢空心球，所述柱状体为圆柱体铜棒。

优选地，所述滑轮组件包括滑轮、支架及刚性的连接件，所述连接件的两端分别与空心浮块、柱状体相连且连接件置于支架上。

优选地，所述滑轮组件为定滑轮组件。

优选地，所述支架底部固定于第一容器或第二容器顶部。

优选地，所述传感器为扩散硅压力传感器。

优选地，所述传感器通过无线网络将测量数据上传至服务器和/或移动终端。

优选地，每个所述液位放大系统底部均设有托架，若干个相邻的所述托架之间均设有管线槽。

优选地，若干个所述托架用于水平固定于墙壁、测站或测墩上。

通过管线槽中布线将各个墙壁、或测站或测墩上的测量装置相连，并通过无线网络上传至服务器并最终传输至终端，可更为方便的远程在线监测液面位移。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1、本发明针对传统读数位移计测量方法精确度低，测量难度大的问题，通过空心浮块、柱状体、传递介质将位移变化转化为液体压力的变化，通过液体压力的测量间接测出位移，减小了直接测量的难度，同时也保证了较高的精确度。

2、本发明针对现有位移测量装置灵敏度不够，无法精确测出较小位移的问题，通过位移放大系统，将较小的位移变化转化为较大的液体压力变化，测量方便，且测量结果更为精确。

3、本发明同样可应用于液面位置微小变动的测量，放大后的压力信号的变化通过无线网络远程传输到终端，可精确地远程在线检测液面位置的变化。

附图说明

图1为本发明实施例液位放大系统的结构示意图；

图2为本发明实施例发生局部沉降时液位放大系统的状态图；

图3为本发明实施例1一种实施方式的整体安装图；

图4为本发明实施例1另一种实施方式的整体安装图；

图5为本发明实施例1在线监测示意图。

图中：1、第一容器；2、空心浮块；3、连接件；4、支架；5、柱状体；6、第二容器；7、传递介质；8、传感器；9、墙壁；10、测站；11、托架；12、测墩；13、管线槽；14、服务器；15、终端；16、基点水箱。

具体实施方式

以下将结合附图对本专利中各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本专利所保护的范围。

在本专利的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。需要指出的是，所有附图均为示例性的表示。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本专利做进一步的详细描述。

说明书附图中，液位放大系统的结构示意图以图1-2所示为主。图3-5用于表示液位放大系统在具体实施方式中的安装位置，其对液位放大系统的结构不做限定。

如图1-2所示，本发明提供的一种采用液位放大系统的沉降测量装置，所述液位放大系统有若干个，每个所述液位放大系统包括上部开口的一个第一容器1和一个第二容器6，第一容器1内设有空心浮块2，第二容器6内设有柱状体5，第一容器1、第二容器6均为柱形且第一容器1内壁的横截面积大于第二容器6，所述第二容器6内壁的横截面积略大于柱状体5的横截面积(当两者横截面均为圆形时，柱状体5直径接近第二容器6内径)，空心浮块2重量远大于第二容器液体对柱状体5的浮力；空心浮块2、柱状体5通过滑轮组件相连，所述第二容器6底部设有传感器8，所有第一容器1的底部相连通于基点水箱16。

作为一种优选的实施方式，所述滑轮组件包括两个定滑轮、支架4及刚性的连接件3，所述连接件3的两端分别与空心浮块2、柱状体5相连且连接件3置于支架4上。滑轮组件为定滑轮组件，连接件3为刚性拉绳，支架4可固定于第一容器1或第二容器6的顶部。

作为一种优选的实施方式，所述空心浮块2为不锈钢空心球、柱状体5为圆柱体实心铜棒。

作为一种优选的实施方式，所述传感器8为扩散硅压力传感器。

使用时，所有第一容器1与基点水箱16形成连通；第二容器6内装入不易挥发液体传递介质7，且密度小于柱状体5；柱状体5直径略小于第二容器6的内径。

工作原理：由于所有第一容器1的底部与基点水箱16相连通，当有系统发生上下位移时，第一容器1内液面会发生改变，此时空心浮块2所在位置也随之改变，在滑轮组件的传递下柱状体5的位置也发生了改变，从而使第二容器6液位发生改变；由于空心浮块2重力远大于第二容器内液体对柱状体5的浮力，因此，第二容器6内柱状体5浮力的变化对第一容器1内空心浮块2的影响可以忽略。当柱状体5直径接近第二容器6内径时，所有柱状体5的微小变位都会使第二容器6液位发生较大改变，形成放大效应。本装置将第一容器1内液位变化，转化为第二容器6液位的变化，放大倍数取决于柱状体横截面积:(第二容器内壁横截面积－柱状体横截面积)之比。而液压与液面高度成正比关系，由布置在第二容器6底部的传感器8测得液体压力的变化，据此可推算出柱状体5的位移，从而就得到了第一容器1内相应的液面位置变化量，也就得到了最终的位移测量结果。

实施例1

作为一种实施方式，如图3所示，若干个上述液位放大系统分别置于若干个托架11上、若干个托架11分别置于若干个测墩12上，测墩12布于测站10上。若干个相邻的所述托架11之间均设有管线槽13；作为另一种实施方式，如图4所示，若干个上述液位放大系统分别置于若干个托架11上，托架11固定于墙壁9上。

如图5所示，所述传感器8通过无线网络将测量数据上传至服务器14和/或移动终端15，可更为方便的远程在线监测液面位移。

实施例2

以下给出具体第一容器、第二容器、空心浮块、柱状体、传递介质等参数的一个示例，通过数据说明本发明的测量的精度：

第一容器内径150mm，高300mm；第二容器内径10mm，高300mm；空心浮块(不锈钢空心球，不锈钢密度为7.8g/cm³)直径120mm，壁厚2mm；柱状体(圆柱体铜棒，密度为8.9g/cm³)直径9.8mm，长200mm。假设所有液体均为水(即传递介质也为水)，则不锈钢空心球的浮力约为圆柱体铜棒浮力的45倍，圆柱体铜棒水位变化引起的浮力改变，对不锈钢空心球可以忽略不计，以下g取10N/kg：

(1)

第二容器液体对圆柱体铜棒所产生的最大浮力：

不锈钢空心球所产生的重力：

则不锈钢空心球的重力与圆柱体铜棒浮力比：6.82/0.15＝45

(2)第二容器内壁横截面积为S1、圆柱体铜棒横截面积为S2，放大倍数为S2:(S1-S2)，假设液位放大系统相对于基点水箱发生0.1mm竖向变位时：

第二容器内水位变化为：

当该液位放大系统相对于基点水箱发生0.1mm竖向变位时，第二容器内水位变化为2.425mm，相当于被测位移被放大24.25倍。

也就是说，当使用本发明的沉降测量装置时，通过第二容器底部的传感器测得第二容器内液体压力的变化，据此可推算出柱状体的位移，从而就得到了第一容器内相应的液面位置变化量，也就得到了最终的位移测量结果，当液位放大系统沉降变化较小时，减少了直接测量的难度，提供了一种带有放大效应的测量方法，保证了较高的精确度。

以上实施例详细描述了本发明的实施，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节。在本发明的权利要求书和技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单改型和改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种液位放大系统的沉降测量装置，其特征在于，所述液位放大系统有若干个，每个所述液位放大系统包括上部开口的第一容器和第二容器，所述第一容器内设有空心浮块，所述第二容器内设有柱状体，所述空心浮块与柱状体通过滑轮组件相连；所述第一容器、第二容器均为柱形且第一容器内壁的横截面积大于第二容器，所述第二容器内壁的横截面积略大于柱状体的横截面积，所述空心浮块重力远大于第二容器内液体对柱状体产生的浮力；所述第二容器底部设有传感器，所有第一容器的底部均与基点水箱相连通，所述空心浮块为不锈钢空心球，所述柱状体为圆柱体铜棒。

2.根据权利要求1所述的一种液位放大系统的沉降测量装置，其特征在于，所述滑轮组件包括滑轮、支架及刚性的连接件，所述连接件的两端分别与空心浮块、柱状体相连且连接件置于支架上。

3.根据权利要求2所述的一种液位放大系统的沉降测量装置，其特征在于，所述支架底部固定于第一容器或第二容器顶部。

4.根据权利要求1所述的一种液位放大系统的沉降测量装置，其特征在于，所述传感器为扩散硅压力传感器。

5.根据权利要求1所述的一种液位放大系统的沉降测量装置，其特征在于，所述传感器通过无线网络将测量数据上传至服务器和/或移动终端。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种液位放大系统的沉降测量装置，其特征在于，每个所述液位放大系统底部均设有托架，若干个相邻的所述托架之间均设有管线槽。

7.根据权利要求6所述的一种液位放大系统的沉降测量装置，其特征在于，若干个所述托架用于水平固定于墙壁、测站或测墩上。

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