CN113029094A - 一种质量式静力水准仪及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种质量式静力水准仪包括静力水准仪本体，包括静力水准仪本体及设置在静力水准仪本体外部的保护筒，所述静力水准仪本体由储液筒、防尘盖、质量传感器和温度传感器组成，所述储液筒顶端设有防尘盖，所述储液筒顶端的筒壁上开设有通气孔，所述储液筒底端两侧的筒壁设有相对称内通液口，所述储液筒的底部设有质量传感器，所述质量传感器的上方设有延伸至储液筒内部的温度传感器，所述储液筒外套装有保护筒，所述保护筒的顶端中心位置设有水平气泡。本发明结构简单，设计精巧，紧凑；测量原理简单明确，不涉及到传感器所处环境气体压强的变化，质量数值稳定性好，计算结果相对稳定。

Description

一种质量式静力水准仪及其监测方法

技术领域

本发明属于水准仪设备技术领域，具体涉及一种质量式静力水准仪及其监测方法。

背景技术

对建筑物或构筑物等进行自动化沉降观测，常用到静力水准仪，静力水准仪利用连通器的原理，多采用压差静力水准仪或磁致伸缩式静力水准仪，现有的工程建设项目，累计沉降量普遍较小，符合国家规定的累计沉降量允许值，工程上更关注的是各主要受力构件之间的沉降差，以及由沉降差导致的主要受力构件的倾斜，以建筑为例，高层建筑多采用剪力墙筏板基础，基础累计沉降量普遍较小，重点关注不同部位剪力墙或框架柱的沉降差以及由此产生的建筑物倾斜，而对于框架结构或砌体结构建筑物，则重点关注主要受力构件的沉降差，避免由于沉降差过大导致建筑物开裂等灾害；桥墩或轨道交通则重点避免由于沉降差过大而影响行车速度或安全，因此，直接采用质量式静力水准仪直接监测建筑物或构筑物主要受力构件之间的沉降差即可满足工程需求，同时，采用人工测量或大量程压差式静力水准监测系统定期对基准点和监测点之间的高差进行测量，即可获取主要受力构件的累计沉降量，避免累计沉降量超出国家规定的允许值，对于高精度竖向位移监测，压差式静力水准仪和磁致伸缩式静力水准仪对压强传感器或磁致伸缩式传感器的精度要求很高，压差式静力水准仪不受储液筒的量程限制，量程较大，但传感器不仅需要通液，还需要通气，易于受到场地的气压、温度或扰动等因素影响而影响精度，磁致伸缩式静力水准仪的量程，均为储液筒的允许量程高度；因需要专业的检验设备，现有的高精度静力水准仪主要由传感器和静力水准仪生产厂家进行质量合格检验，不便工程现场进行检验；而静力水准仪在运输、安装和运行过程中可能受到碰撞或人为扰动，具有施工现场检验静力水准仪实际精度的必要性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种操作方便、效果好、精度高的质量式静力水准仪。

为了达到上述设计目的，本发明所采用的技术方案是：一种质量式静力水准仪，包括静力水准仪本体及设置在静力水准仪本体外部的保护筒，所述静力水准仪本体由储液筒、防尘盖、质量传感器和温度传感器组成，所述储液筒顶端设有防尘盖，所述储液筒顶端的筒壁上开设有通气孔，所述储液筒底端两侧的筒壁设有相对称内通液口，所述储液筒的底部设有质量传感器，所述质量传感器的上方设有延伸至储液筒内部的温度传感器，所述储液筒外套装有保护筒，所述保护筒的顶端中心位置设有水平气泡，所述保护筒底部两侧的外壁上对称开设有外通液口，所述外通液口与所述储液筒底端两侧筒壁上的内通液口之间采用软管相连，所述软管的两端均采用压紧螺栓与内通液口和外通液口固定连接。

所述保护盖由底座和顶盖组成，所述顶盖采用螺纹连接的方式旋装于底座的顶端。

所述底座底部的外壁上设有电气接口。

所述静力水准仪本体可根据使用需求采用单个或多个连接后使用。

一种质量式静力水准仪的监测方法由以下步骤：

步骤一、采用水平仪或其它高程观测设备在拟观测对象的表面放线出处于同一高度的水平线；

步骤二、沿水平线或水平线附近安装N个质量式静力水准仪和为整个监测系统供液的储液罐，外通液孔之间用可通液的软管连通各质量式静力水准仪，储液罐和质量式静力水准仪之间也采用软管连接；

步骤三、根据现场实际情况，选择其中一个质量式静力水准仪j作为竖向位移计算基准点，其余质量式静力水准仪i作为竖向位移监测点，由于质量式静力水准仪安装有质量传感器和温度传感器，可应用数据采集模块采集各质量式静力水准仪不同时刻t时的质量m_i和温度T_i；

步骤四、第i个质量式静力水准仪的储液筒截面面积为A_i，由液体热胀冷缩使得质量式静力水准仪内的液体密度为ρ(T_i)，由于安装了水平气泡，可保证质量式静力水准仪的水平精度，使得整个储液筒量程范围内高度方向截面面积均为A_i，储液筒内的液面高度变化ΔH_i时，相应质量式静力水准仪的质量传感器测得数值变化量Δm_i，则可以通过如下函数式计算出静力水准仪内储液筒液体的高度变化：

选择其中第j个质量式静力水准仪作为竖向位移计算基准点，同理，该作为竖向位移计算基准的质量式静力水准仪j的质量传感器测得数值变化量Δm_j，则

步骤五、不同质量式静力水准仪i的储液筒内液位高度变化值和作为竖向位移计算基准点的静力水准仪j储液筒内液位高度变化值之差即为竖向位移监测点相对竖向位移计算基准点发生的竖向位移：

同理，相邻第i+1个质量式静力水准仪和第i个质量式静力水准仪之间竖向位移差值为：

对于各监测点，现场常采用相同精度的质量式静力水准仪且储液筒的截面尺寸相同，则：

步骤六：利用静力水准系统或其它水准观测系统获取竖向位移计算基准点和位于远端的竖向位移监测基准点之间的竖向位移差值，即知整个通液管连通的各监测点的竖向位移量，设经过实测，竖向位移计算基准点相对位于远端的整个竖向位移观测系统的竖向位移基准点发生的竖向位移为ΔZ_j，则第i个质量式静力水准仪实际产生的竖向位移为：

本发明有益效果：储液筒顶端设置的防尘盖，在实际使用中避免储液筒内混入尘土，从而影响测量时的精度，储液筒顶端的筒壁上开设的通气孔：在使用中不仅使储液筒内部与大气相连，同时兼做溢出孔，保护盖的顶端中心位置设置的水平气泡：在安装和运行过程作为该设备水平程度的控制标准，本发明在使用过程中不仅可以通过提高传感器精度以提高竖向位移的监测精度，也可以通过适当增加储液筒的截面尺寸而获得精准的监测结果，利用了质量传感器的易测，精准，便于检验精度等特点，利用砝码即可在现场进行质量式静力水准仪的精准度检验，不仅可以通过提高传感器精度以提高竖向位移的监测精度，也可以通过适当增加储液筒的截面尺寸以获得精准的测量结果。本发明结构简单，设计精巧，紧凑；测量原理简单明确，不涉及到传感器所处环境气体压强的变化，质量数值稳定性好，计算结果相对稳定。

附图说明

图1为本发明一种质量式静力水准仪示意图；

图2为本发明多个静力水准仪连接后使用示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细描述。如图1-2所示的：一种质量式静力水准仪，包括静力水准仪本体及设置在静力水准仪本体外部的保护筒1，所述静力水准仪本体由储液筒2、防尘盖3、质量传感器4和温度传感器5组成，所述储液筒2顶端设有防尘盖3，所述储液筒2顶端的筒壁上开设有通气孔6，所述储液筒2底端两侧的筒壁设有相对称内通液口7，所述储液筒2的底部设有质量传感器4，所述质量传感器4的上方设有延伸至储液筒2内部的温度传感器5，所述储液筒2外套装有保护筒1，所述保护筒1的顶端中心位置设有水平气泡8，所述保护筒1底部两侧的外壁上对称开设有外通液口9，所述外通液口9与所述储液筒2底端两侧筒壁上的内通液口7之间采用软管10相连，所述软管10的两端均采用压紧螺栓与内通液口7和外通液口9固定连接。

所述保护筒1由底座11和顶盖12组成，所述顶盖12采用螺纹连接的方式旋装于底座11的顶端。

所述底座11底部的外壁上设有电气接口13。

所述静力水准仪本体可根据使用需求采用单个或多个连接后使用。

一种质量式静力水准仪的监测方法由以下步骤：

步骤一、采用水平仪或其它高程观测设备在拟观测对象的表面放线出处于同一高度的水平线；

步骤二、沿水平线或水平线附近安装N个质量式静力水准仪和为整个监测系统供液的储液罐，外通液孔之间用可通液的软管连通各质量式静力水准仪，储液罐和质量式静力水准仪之间也采用软管连接；

步骤三、根据现场实际情况，选择其中一个质量式静力水准仪j作为竖向位移计算基准点，其余质量式静力水准仪i作为竖向位移监测点，由于质量式静力水准仪安装有质量传感器和温度传感器，可应用数据采集模块采集各质量式静力水准仪不同时刻t时的质量m_i和温度T_i；

步骤四、第i个质量式静力水准仪的储液筒截面面积为A_i，由液体热胀冷缩使得质量式静力水准仪内的液体密度为ρ(T_i)，由于安装了水平气泡，可保证质量式静力水准仪的水平精度，使得整个储液筒量程范围内高度方向截面面积均为A_i，储液筒内的液面高度变化ΔH_i时，相应质量式静力水准仪的质量传感器测得数值变化量Δm_i，则可以通过如下函数式计算出静力水准仪内储液筒液体的高度变化：

选择其中第j个质量式静力水准仪作为竖向位移计算基准点，同理，该作为竖向位移计算基准的质量式静力水准仪j的质量传感器测得数值变化量Δm_j，则

步骤五、不同质量式静力水准仪i的储液筒内液位高度变化值和作为竖向位移计算基准点的静力水准仪j储液筒内液位高度变化值之差即为竖向位移监测点相对竖向位移计算基准点发生的竖向位移：

同理，相邻第i+1个质量式静力水准仪和第i个质量式静力水准仪之间竖向位移差值为：

对于各监测点，现场常采用相同精度的质量式静力水准仪且储液筒的截面尺寸相同，则：

步骤六：利用静力水准系统或其它水准观测系统获取竖向位移计算基准点和位于远端的竖向位移监测基准点之间的竖向位移差值，即知整个通液管连通的各监测点的竖向位移量，设经过实测，竖向位移计算基准点相对位于远端的整个竖向位移观测系统的竖向位移基准点发生的竖向位移为ΔZ_j，则第i个质量式静力水准仪实际产生的竖向位移为：

本发明使用时：依以上步骤假设有N个质量式静力水准仪储液筒截面面积均为A_i；第i个质量式静力水准仪内的液体密度为ρ(T_i)；由于安装了水平气泡，可保证质量式静力水准仪的水平精度，使得整个储液筒量程范围内高度方向截面面积均为A_i；储液筒内的液面高度变化ΔH_i时，相应质量式静力水准仪的质量传感器测得数值变化量Δm_i，则：

选择其中第j个质量式静力水准仪作为竖向位移计算基准点；同样的，该作为竖向位移计算基准的质量式静力水准仪的质量传感器测得数值变化量Δm_j，则：

设经过实测，竖向位移计算基准点相对位于远端的整个竖向位移观测系统的竖向位移基准点发生的竖向位移为ΔZ_j，则第i个质量式静力水准仪实际产生的竖向位移为：

Claims (5)

1.一种质量式静力水准仪，其特征在于：包括静力水准仪本体及设置在静力水准仪本体外部的保护筒，所述静力水准仪本体由储液筒、防尘盖、质量传感器和温度传感器组成，所述储液筒顶端设有防尘盖，所述储液筒顶端的筒壁上开设有通气孔，所述储液筒底端两侧的筒壁设有相对称内通液口，所述储液筒的底部设有质量传感器，所述质量传感器的上方设有延伸至储液筒内部的温度传感器，所述储液筒外套装有保护筒，所述保护筒的顶端中心位置设有水平气泡，所述保护筒底部两侧的外壁上对称开设有外通液口，所述外通液口与所述储液筒底端两侧筒壁上的内通液口之间采用软管相连，所述软管的两端均采用压紧螺栓与内通液口和外通液口固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种质量式静力水准仪，其特征在于：所述保护盖由底座和顶盖组成，所述顶盖采用螺纹连接的方式旋装于底座的顶端。

3.根据权利要求1所述的一种质量式静力水准仪，其特征在于：所述底座底部的外壁上设有电气接口。

4.根据权利要求1所述的一种质量式静力水准仪，其特征在于：所述静力水准仪本体可根据使用需求采用单个或多个连接后使用。

5.根据权利要求1所述的一种质量式静力水准仪监测方法，其特征在于：

步骤一、采用水平仪或其它高程观测设备在拟观测对象的表面放线出处于同一高度的水平线；

步骤二、沿水平线或水平线附近安装N个质量式静力水准仪和为整个监测系统供液的储液罐，外通液孔之间用可通液的软管连通各质量式静力水准仪，储液罐和质量式静力水准仪之间也采用软管连接；

步骤三、根据现场实际情况，选择其中一个质量式静力水准仪j作为竖向位移计算基准点，其余质量式静力水准仪i作为竖向位移监测点，由于质量式静力水准仪安装有质量传感器和温度传感器，可应用数据采集模块采集各质量式静力水准仪不同时刻t时的质量m_i和温度T_i；

步骤四、第i个质量式静力水准仪的储液筒截面面积为A_i，由液体热胀冷缩使得质量式静力水准仪内的液体密度为ρ(T_i)，由于安装了水平气泡，可保证质量式静力水准仪的水平精度，使得整个储液筒量程范围内高度方向截面面积均为A_i，储液筒内的液面高度变化ΔH_i时，相应质量式静力水准仪的质量传感器测得数值变化量Δm_i，则可以通过如下函数式计算出静力水准仪内储液筒液体的高度变化：

选择其中第j个质量式静力水准仪作为竖向位移计算基准点，同理，该作为竖向位移计算基准的质量式静力水准仪j的质量传感器测得数值变化量Δm_j，则：

步骤五、不同质量式静力水准仪i的储液筒内液位高度变化值和作为竖向位移计算基准点的静力水准仪j储液筒内液位高度变化值之差即为竖向位移监测点相对竖向位移计算基准点发生的竖向位移：

同理，相邻第i+1个质量式静力水准仪和第i个质量式静力水准仪之间竖向位移差值为：

对于各监测点，现场常采用相同精度的质量式静力水准仪且储液筒的截面尺寸相同，则：

步骤六：利用静力水准系统或其它水准观测系统获取竖向位移计算基准点和位于远端的竖向位移监测基准点之间的竖向位移差值，即知整个通液管连通的各监测点的竖向位移量，设经过实测，竖向位移计算基准点相对位于远端的整个竖向位移观测系统的竖向位移基准点发生的竖向位移为ΔZ_j，则第i个质量式静力水准仪实际产生的竖向位移为：

Images