CN111288882A - 一种温度自补偿拉线式边坡位移测量仪和测量方法 - Google Patents

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韩瑞
陈志高
杨江
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Abstract

本发明提供了一种温度自补偿拉线式边坡位移测量仪和测量方法,采用双线性电阻丝、导向滑轮、绕线滑轮、差动位移传动支架、滑动接触片、重锤等机械结构,将边坡的滑移和沉降位移通过钢丝拉线传递,转化为差动电压变化值,并通过内置的电压测量电路模块进行采集记录,消除了温度变化等环境因素导致的拉绳热胀冷缩导致的测量误差,实现了在边坡治理后无人值守的边坡位移测量的功能;本发明的安装过程对边坡没有破坏性,且运行条件简单,适于无人值守。

Description

一种温度自补偿拉线式边坡位移测量仪和测量方法
技术领域
本发明属于边坡位移测试技术领域,具体涉及一种温度自补偿拉线式边坡位移测量仪和测量方法。
背景技术
不稳定边坡的垮塌会导致严重的地质灾害,为了降低边坡导致的危害性,对于经过治理后的边坡需要长期进行监测,获取边坡滑移和沉降的位移变化值,为后续的边坡治理提供可靠的数据依据。
现阶段对边坡的位移监测主要采用全站仪、测绘雷达等远程遥感图像监测方式;对于边坡的沉降采用钻孔应力检测仪等方式,这些检测手段均能达到监测边坡位移的目的,但这两种方法存在以下缺点:对于遥感图像测绘方式,虽能做到全天候的监测,但由于设备精密,需要有比较好的设备安放环境、相关供电条件以及测试人员的生活设施,这在很多野外边坡无法提供配套设施,实际上无法实现长期的监测,达不到检测目的;对于钻孔应力检测仪等监测方式,需要在边坡治理过程初期,土建施工过程中与抗滑桩一起建造,埋入边坡体中,对于初期施工中未考虑该方案的边坡,将无法采用该方式进行监测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种产品,用于在边坡治理后实现无人值守的边坡位移测量功能。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为:一种温度自补偿拉线式边坡位移测量仪,包括钢丝拉线、绕线滑轮、下导向滑轮、重锤、差动位移传动支架、下线性电阻丝、上线性电阻丝、下滑动接触片和上滑动接触片;钢丝拉线的一端固定连接边坡的待测点,另一端绕过绕线滑轮,并通过下导向滑轮改变方向后与重锤固定连接;在绕线滑轮和下导向滑轮之间设有差动位移传动支架,差动位移传动支架包括相对的立柱1和立柱2,立柱1和立柱2均竖直固定;上线性电阻丝和下线性电阻丝分别绷直固定在立柱1和立柱2之间,上线性电阻丝与边坡的待测点到绕线滑轮之间的钢丝拉线平行,下线性电阻丝与绕线滑轮到下导向滑轮之间的钢丝拉线平行;上滑动接触片固定在边坡的待测点到绕线滑轮之间的钢丝拉线上,固定点绝缘;上滑动接触片与上线性电阻丝活动连接并导通;下滑动接触片固定在绕线滑轮到下导向滑轮之间的钢丝拉线上,固定点绝缘;下滑动接触片与下线性电阻丝活动连接并导通。
按上述方案,还包括滑动杆,滑动杆固定在立柱1和立柱2之间,上滑动接触片、下滑动接触片分别与滑动杆活动连接,连接点绝缘。
进一步的,滑动杆与水平面平行,下线性电阻丝、上线性电阻丝与滑动杆分别平行,且下线性电阻丝和上线性电阻丝分别到滑动杆的距离相等。
进一步的,下滑动接触片、上滑动接触片分别与滑动杆垂直。
按上述方案,还包括上导向滑轮,钢丝拉线的一端固定连接边坡的待测点,通过上导向滑轮改变方向后绕过绕线滑轮。
按上述方案,还包括至少包含双路电压输出的电源模块,电源模块的第一路电源输出端的正、负极分别与上线性电阻丝的两端导通连接,电源模块的第二路电源输出端的正、负极分别与下线性电阻丝的两端导通连接。
进一步的,还包括至少包含两路电压采集端口的电压采集模块,电压采集模块的第一路电压采集端口与上滑动接触片导通连接,电压采集模块的第二路电压采集端口与下滑动接触片导通连接。
进一步的,还包括防护壳,测量仪的各部件均安装在防护壳的内部,边坡的待测点在防护壳的外部,钢丝拉线的一端固定连接边坡的待测点,穿过防护壳后进行后续盘绕。
一种温度自补偿拉线式边坡位移的电压式测量方法,包括以下步骤:
S1:分别向上线性电阻丝和下线性电阻丝施加大小为U的恒定电压值;
S2:定义初始状况下,温度为T0时,从边坡的待测点到上滑动接触片的钢丝拉线的长度为L1,从边坡的待测点到下滑动接触片的钢丝拉线的长度为L2;设与上线性电阻丝接触的上滑动接触片的接触点的电压值为U1,与下线性电阻丝接触的下滑动接触片的接触点的电压值为U2;设线性电阻丝的线性电阻率为λ,钢丝拉线的热胀系数为α,边坡的待测点位移变化时的温度值为T,当边坡的待测点发生ΔL的位移变化值时,上滑动接触片的电压变化值ΔU1和下滑动接触片的电压变化值ΔU2分别为
Figure BDA0002354549460000021
Figure BDA0002354549460000031
S3:边坡的待测点的位移变化量ΔL为
Figure BDA0002354549460000032
一种温度自补偿拉线式边坡位移的电阻式测量方法,包括以下步骤:
S1:采用精密电阻测试仪分别测量从上滑动接触片与上线性电阻丝的接触点到上线性电阻丝与差动位移传动支架的立柱1的接触点之间的电阻R1,和从下滑动接触片与下线性电阻丝的接触点到下线性电阻丝与差动位移传动支架的立柱1的接触点之间的电阻R2
S2:定义初始状况下,温度为T0时,从边坡的待测点到上滑动接触片的钢丝拉线的长度为L1,从边坡的待测点到下滑动接触片的钢丝拉线的长度为L2;钢丝拉线的热胀系数为α,边坡的待测点位移变化时的温度值为T,当边坡的待测点发生ΔL的位移变化值时,上滑动接触片的电阻变化值ΔR1和下滑动接触片的电阻变化值ΔR2分别为
ΔR1=ΔL+α(T-T0)·L1
ΔR2=ΔL+α(T-T0)·L2
S3:边坡的待测点的位移变化量ΔL为
Figure BDA0002354549460000033
本发明的有益效果为:
1.本发明的一种产品通过采用双线性电阻丝、导向滑轮、绕线滑轮、差动位移传动支架、滑动接触片、重锤等机械结构,将边坡的滑移和沉降位移通过钢丝拉线传递,转化为差动电压变化值,并通过内置的电压测量电路模块进行采集记录,消除了温度变化等环境因素导致的拉绳热胀冷缩导致的测量误差,实现了在边坡治理后无人值守的边坡位移测量的功能。
2.本发明可采用较长的钢丝拉线,方便监测现场的安装施工,同时保证测量精度。
3.本发明可以在边坡治理后进行安装,安装过程对边坡没有破坏性,无安装条件。
4.本发明的仪器结构简单,功耗小,可通过太阳能板供电,实现全天候无人值守监测,对现场监测条件要求低。
附图说明
图1是本发明实施例的主视图。
图2是本发明实施例的测量过程的变量图。
图中:1.防护壳;2.钢丝拉线;3.下导向滑轮;4.上导向滑轮;5.差动位移传动支架;6.下线性电阻丝;7.下滑动接触片;8.滑动杆;9.上线性电阻丝;10.上滑动接触片;11.绕线滑轮;12.重锤。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1,本发明的实施例包括防护壳1、钢丝拉线2、绕线滑轮11、上导向滑轮4、下导向滑轮3、重锤12、差动位移传动支架5、滑动杆8、下线性电阻丝6、上线性电阻丝9、下滑动接触片7、上滑动接触片10、包含双路电压输出的电源模块和包含两路电压采集端口的电压采集模块;
钢丝拉线2的一端固定连接边坡的待测点,该待测点可以是抗滑桩的柱顶,也可以是植入到边坡内部的一根钢钎;另一端穿过防护壳1,通过上导向滑轮4改变方向后绕过绕线滑轮11,并通过下导向滑轮3改变方向后与重锤12固定连接,并通过重锤拉紧绷直;
在绕线滑轮11和下导向滑轮3之间设有差动位移传动支架5,差动位移传动支架5包括相对的立柱1和立柱2,立柱1和立柱2均竖直固定;上线性电阻丝9和下线性电阻丝6分别绷直固定在立柱1和立柱2之间,上线性电阻丝9与边坡的待测点到绕线滑轮11之间的钢丝拉线2平行,下线性电阻丝6与绕线滑轮11到下导向滑轮3之间的钢丝拉线2平行;
上滑动接触片10固定在边坡的待测点到绕线滑轮11之间的钢丝拉线2上,固定点绝缘;上滑动接触片10与上线性电阻丝9活动连接并导通;下滑动接触片7固定在绕线滑轮11到下导向滑轮3之间的钢丝拉线2上,固定点绝缘;下滑动接触片7与下线性电阻丝6活动连接并导通。
滑动杆8固定在立柱1和立柱2之间,上滑动接触片10、下滑动接触片7分别与滑动杆8活动连接,连接点绝缘;滑动杆8与水平面平行,下线性电阻丝6、上线性电阻丝9与滑动杆8分别平行,且下线性电阻丝6和上线性电阻丝9分别到滑动杆8的距离相等;下滑动接触片7、上滑动接触片10分别与滑动杆8垂直。
电源模块的第一路电源输出端的正、负极分别与上线性电阻丝9的两端导通连接,电源模块的第二路电源输出端的正、负极分别与下线性电阻丝6的两端导通连接。
电压采集模块的第一路电压采集端口与上滑动接触片10导通连接,电压采集模块的第二路电压采集端口与下滑动接触片7导通连接。
测量仪的各部件均安装在防护壳1的内部,以保护各部件不受环境因素侵蚀。
给两根线性电阻丝上分别施加一恒定的电压,当边坡待测点发生位移变化时,在重锤的回复力的作用下,位移变化量将通过钢丝拉线带动两个滑动接触片在上下两根线性电阻丝以及滑杆上左右滑动,产生与位移变化对应的差动电压变化值,通过配套的电压采集电路模块测量上下两个滑动接触片在两根线性电阻丝上的瞬时电压值,就可测量出测量点的位移变化值,同时消除环境温度变化导致的位移测量误差。
一种温度自补偿拉线式边坡位移的电压式测量方法,包括以下步骤:
S1:分别向上线性电阻丝9和下线性电阻丝6施加大小为U的恒定电压值;
S2:定义初始状况下,温度为T0时,从边坡的待测点到上滑动接触片10的钢丝拉线2的长度为L1,从边坡的待测点到下滑动接触片7的钢丝拉线2的长度为L2;设与上线性电阻丝9接触的上滑动接触片10的接触点的电压值为U1,与下线性电阻丝6接触的下滑动接触片7的接触点的电压值为U2;设线性电阻丝的线性电阻率为λ,钢丝拉线2的热胀系数为α,边坡的待测点位移变化时的温度值为T,当边坡的待测点发生ΔL的位移变化值时,上滑动接触片10的电压变化值ΔU1和下滑动接触片7的电压变化值ΔU2分别为
Figure BDA0002354549460000051
Figure BDA0002354549460000052
S3:边坡的待测点的位移变化量ΔL为
Figure BDA0002354549460000061
一种温度自补偿拉线式边坡位移的电阻式测量方法,包括以下步骤:
S1:采用精密电阻测试仪分别测量从上滑动接触片10与上线性电阻丝9的接触点到上线性电阻丝9与差动位移传动支架5的立柱1的接触点之间的电阻R1,和从下滑动接触片7与下线性电阻丝6的接触点到下线性电阻丝6与差动位移传动支架5的立柱1的接触点之间的电阻R2
S2:定义初始状况下,温度为T0时,从边坡的待测点到上滑动接触片10的钢丝拉线2的长度为L1,从边坡的待测点到下滑动接触片7的钢丝拉线2的长度为L2;钢丝拉线2的热胀系数为α,边坡的待测点位移变化时的温度值为T,当边坡的待测点发生ΔL的位移变化值时,上滑动接触片10的电阻变化值ΔR1和下滑动接触片7的电阻变化值ΔR2分别为
ΔR1=ΔL+α(T-T0)·L1
ΔR2=ΔL+α(T-T0)·L2
S3:边坡的待测点的位移变化量ΔL为
Figure BDA0002354549460000062
待测点的位移变化量经仪表转换后,只与某一温度T0下钢丝拉线2的长度L1、L2以及电压变化量相关,与温度变化量不相关,即通过本发明可以自动进行温度补偿,消除温度导致的误差。现场使用过程中,只需要在室温下精确测量L1、L2的长度,并做好标记,安装施工时按照标记进行安装固定,即可满足测量要求。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点,其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施,本发明的保护范围不限于上述实施例。所以,凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰,均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温度自补偿拉线式边坡位移测量仪,其特征在于:包括钢丝拉线(2)、绕线滑轮(11)、下导向滑轮(3)、重锤(12)、差动位移传动支架(5)、下线性电阻丝(6)、上线性电阻丝(9)、下滑动接触片(7)和上滑动接触片(10);
钢丝拉线(2)的一端固定连接边坡的待测点,另一端绕过绕线滑轮(11),并通过下导向滑轮(3)改变方向后与重锤(12)固定连接;
在绕线滑轮(11)和下导向滑轮(3)之间设有差动位移传动支架(5),差动位移传动支架(5)包括相对的立柱1和立柱2,立柱1和立柱2均竖直固定;上线性电阻丝(9)和下线性电阻丝(6)分别绷直固定在立柱1和立柱2之间,上线性电阻丝(9)与边坡的待测点到绕线滑轮(11)之间的钢丝拉线(2)平行,下线性电阻丝(6)与绕线滑轮(11)到下导向滑轮(3)之间的钢丝拉线(2)平行;
上滑动接触片(10)固定在边坡的待测点到绕线滑轮(11)之间的钢丝拉线(2)上,固定点绝缘;上滑动接触片(10)与上线性电阻丝(9)活动连接并导通;下滑动接触片(7)固定在绕线滑轮(11)到下导向滑轮(3)之间的钢丝拉线(2)上,固定点绝缘;下滑动接触片(7)与下线性电阻丝(6)活动连接并导通。
2.根据权利要求1所述的一种温度自补偿拉线式边坡位移测量仪,其特征在于:还包括滑动杆(8),滑动杆(8)固定在立柱1和立柱2之间,上滑动接触片(10)、下滑动接触片(7)分别与滑动杆(8)活动连接,连接点绝缘。
3.根据权利要求2所述的一种温度自补偿拉线式边坡位移测量仪,其特征在于:滑动杆(8)与水平面平行,下线性电阻丝(6)、上线性电阻丝(9)与滑动杆(8)分别平行,且下线性电阻丝(6)和上线性电阻丝(9)分别到滑动杆(8)的距离相等。
4.根据权利要求3所述的一种温度自补偿拉线式边坡位移测量仪,其特征在于:下滑动接触片(7)、上滑动接触片(10)分别与滑动杆(8)垂直。
5.根据权利要求1所述的一种温度自补偿拉线式边坡位移测量仪,其特征在于:还包括上导向滑轮(4),钢丝拉线(2)的一端固定连接边坡的待测点,通过上导向滑轮(4)改变方向后绕过绕线滑轮(11)。
6.根据权利要求1所述的一种温度自补偿拉线式边坡位移测量仪,其特征在于:还包括至少包含双路电压输出的电源模块,电源模块的第一路电源输出端的正、负极分别与上线性电阻丝(9)的两端导通连接,电源模块的第二路电源输出端的正、负极分别与下线性电阻丝(6)的两端导通连接。
7.根据权利要求6所述的一种温度自补偿拉线式边坡位移测量仪,其特征在于:还包括至少包含两路电压采集端口的电压采集模块,电压采集模块的第一路电压采集端口与上滑动接触片(10)导通连接,电压采集模块的第二路电压采集端口与下滑动接触片(7)导通连接。
8.根据权利要求1至权利要求7中任意一项所述的一种温度自补偿拉线式边坡位移测量仪,其特征在于:还包括防护壳(1),测量仪的各部件均安装在防护壳(1)的内部,边坡的待测点在防护壳(1)的外部,钢丝拉线(2)的一端固定连接边坡的待测点,穿过防护壳(1)后进行后续盘绕。
9.根据权利要求1至权利要求8中任意一项所述的一种温度自补偿拉线式边坡位移的电压式测量方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1:分别向上线性电阻丝(9)和下线性电阻丝(6)施加大小为U的恒定电压值;
S2:定义初始状况下,温度为T0时,从边坡的待测点到上滑动接触片(10)的钢丝拉线(2)的长度为L1,从边坡的待测点到下滑动接触片(7)的钢丝拉线(2)的长度为L2;设与上线性电阻丝(9)接触的上滑动接触片(10)的接触点的电压值为U1,与下线性电阻丝(6)接触的下滑动接触片(7)的接触点的电压值为U2;设线性电阻丝的线性电阻率为λ,钢丝拉线(2)的热胀系数为α,边坡的待测点位移变化时的温度值为T,当边坡的待测点发生ΔL的位移变化值时,上滑动接触片(10)的电压变化值ΔU1和下滑动接触片(7)的电压变化值ΔU2分别为
Figure FDA0002354549450000021
Figure FDA0002354549450000022
S3:边坡的待测点的位移变化量ΔL为
Figure FDA0002354549450000023
10.根据权利要求1至权利要求5中任意一项所述的一种温度自补偿拉线式边坡位移的电阻式测量方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1:采用精密电阻测试仪分别测量从上滑动接触片(10)与上线性电阻丝(9)的接触点到上线性电阻丝(9)与差动位移传动支架(5)的立柱1的接触点之间的电阻R1,和从下滑动接触片(7)与下线性电阻丝(6)的接触点到下线性电阻丝(6)与差动位移传动支架(5)的立柱1的接触点之间的电阻R2
S2:定义初始状况下,温度为T0时,从边坡的待测点到上滑动接触片(10)的钢丝拉线(2)的长度为L1,从边坡的待测点到下滑动接触片(7)的钢丝拉线(2)的长度为L2;钢丝拉线(2)的热胀系数为α,边坡的待测点位移变化时的温度值为T,当边坡的待测点发生ΔL的位移变化值时,上滑动接触片(10)的电阻变化值ΔR1和下滑动接触片(7)的电阻变化值ΔR2分别为
ΔR1=ΔL+α(T-T0)·L1
ΔR2=ΔL+α(T-T0)·L2
S3:边坡的待测点的位移变化量ΔL为
Figure FDA0002354549450000031
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