CN113310465A - 一种能同时测量角度和方位的测斜装置及测斜方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能同时测量角度和方位的测斜装置及测斜方法，测斜装置包括高精度圆形水准泡，高精度圆形水准泡包括水准底座、水银液滴和若干电阻表，所述水准底座上设有球面凹槽，所述球面凹槽的内表面设有采用若干开环刻度线组成的同心环刻度线，开环刻度线均在开环的一端通过导线引出，与电阻表相连，所述水银液滴置于球面凹槽。使用时，高精度圆形水准泡通过调平支座安装在待测物体上；水银液滴在自身重力作用下在球面凹槽内自由运动，通过电阻表监测导通的开环刻度线判断偏移角度，通过电阻值判断水银液滴所处方向，从而判断高精度圆形水准泡的偏移角度和方向，达到测斜目的，本发明结构简单，成本低廉，能够同时监测倾斜角度和方向。

Description

一种能同时测量角度和方位的测斜装置及测斜方法

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及一种测斜技术，具体涉及一种能同时测量角度和方位的测斜装置及测斜方法，通过将该装置安装到需要测斜的物体上并通过该装置测斜感应进行无线传输将信息传到电脑或手机终端来提前预警该物体可能会出现的倾斜，用于工程中或其他方面需要进行倾斜监测的物件中，进行物件的倾斜预警。

背景技术

在工程和其他领域中，经常会有必要对一些物件进行长期的测斜监测，例如抗滑桩，横梁，柱子等。

目前对工程中或其他领域里的测斜方法有很多，其中有：侧斜管、全站仪、光纤传感器等。

但是这些测斜的方法有一些不足的地方。

其中侧斜管的不足有：①由于现场施工条件的原因，侧斜管的埋设与保护相对困难，埋设成品率较低。②由于侧斜管是PVC材料制成，很容易断裂，再加上施工现场碎料多，很容易破坏侧斜管。③观测方法复杂，在观测数据的过程中需要将测头导轮插入测斜管导槽内，放入底部然后自下而上每间隔0.5米读一次数据，并且需要重复第二次。④数据处理及分析过程比较复杂。

全站仪监测方法的不足有：（1）耗费人力。由于全站仪的用法限制，其观测的时候需要2-3人同时进行工作，耗费了不必要的人力。（2）受地形影响较大。往往边坡体上会有绿化，由于植被的生长，会遮挡全站仪和棱镜之间的视线，从而导致观测结果出现偏差。（3）过程繁琐。使用全站仪的时候，其本身的设备比较多并且沉重，并且对设备的架起地点的条件要求较高，而现场地理条件并不理想的话会产生一些不必要的麻烦。

光纤传感器监测方法的不足有：（1）造价昂贵。光纤传感器属于精密电子传感仪器，比一般的传统仪器造价会更加更贵一些，所以采用光纤传感器的话造价会比较高。（2）仪器维护问题。由于光纤传感器是高精度仪器，所以在恶虐的地质环境和天气条件下，仪器的寿命会大大缩短，并会增加人工维护的次数，从而产生额外费用。（3）步骤繁琐。在安装光纤传感器的时候，布线是极其的麻烦的，并且获取的数据需要一系列复杂的系统转换。

发明内容

本发明的目的就是针对以上问题提出的一种能同时测量角度和方位的测斜装置，本发明主要是基于安装在所测物体上的由调平支座和高精度圆形水准泡组成。通过对于高精度圆形水准泡改造，将气泡改为水银液滴，将刻度环改为电阻环，使得本发明可以实现水准仪监测自动化，不仅能够减少倾斜角度，还能监测倾斜方向。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种能同时测量角度和方位的测斜装置，所述测斜装置包括高精度圆形水准泡，其特征在于：所述高精度圆形水准泡包括水准底座、水银液滴和若干电阻表，所述水准底座上设有球面凹槽，所述球面凹槽的内表面设有采用若干圆环刻度线组成的同心环刻度线，球面凹槽的内表面为绝缘表面，每个圆环刻度线均为电阻线制成的开环刻度线，每个开环刻度线均在开环的一端通过导线引出，任意两条相邻的圆环刻度线之间的导线通过一个电阻表相连，所述水银液滴置于球面凹槽，水银液滴的直径小于最内层的圆环刻度线，并且大于任意相邻两个圆环刻度线之间的间隔；当高精度圆形水准泡倾斜时，水银液滴在自身重力作用下在球面凹槽内自由运动，当水银液滴运动到两个圆环刻度线之间，即将两个圆环刻度线之间导通，通过获取相应电阻表发出的监测信号即可判断水银液滴的环线位置，通过电阻表监测电阻大小结合导线引出位置判断偏移方向，从而读出高精度圆形水准泡的偏移角度，通过高精度圆形水准泡的偏移角度和方向通过正弦公式计算抗滑桩的偏移距离和方向。

进一步地，所述圆环刻度线采用在球面凹槽内嵌导线或者采用导电涂层制成。

进一步地，所述导线通过预埋在水准底座内的方式引出。

进一步地，所述电阻线由为沿长度方向阻值均匀分布的电阻线。

进一步地，所述圆环刻度线的开口设于同一径向线上。

进一步地，所述测斜装置还包括调平支座，所述高精度圆形水准泡通过调平支座安装在待测物体上，通过调平支座对高精度圆形水准泡进行初始校正。

进一步地，所述调平支座包括支座外壳和调平板，所述调平板中部通过球铰安装在支座外壳的中部，所述支座外壳上设有两个呈90度分布的调节装置，所述调节装置包括调平轴和调平支架，所述调平支架顶部通过铰链安装在调平板底部，调平支架内设有竖直方向设置的齿条，所述调平轴通过轴承安装在支座外壳的侧壁上，调平轴的内端设有与齿条啮合的齿轮，调平轴外端伸出支座外壳作为调节旋钮，通过拧动调平轴能通过齿轮齿条啮合拉动相应铰接点处的调平板上下移动，从而起到调平作用。

进一步地，所述测斜装置还包括无线通信模块，所述电阻表监测的信号通过无线通信模块进行远程传输。

进一步地，所述高精度圆形水准泡的圆形壳体上还设有用于校准方向的指北针。

本发明还提供一种利用上述测斜装置的测斜方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将所述高精度圆形水准泡通过调平支座安装在待测物体上；

步骤2、通过调平支座调整高精度圆形水准泡的水准度，使得水银液滴处于同心环刻度线中心的初始位置；

步骤3、通过指北针或者自行定义高精度圆形水准泡的方向，记录圆环刻度线的开口与方向的关系；

步骤4、连接好电阻表，开始监测，初始时，水银液滴处于同心环刻度线中心，所以电阻表监测到阻值无穷大；当高精度圆形水准泡随着待测物体倾斜时，水银液滴在自身重力作用下在球面凹槽内自由运动，当水银液滴运动到两个圆环刻度线之间，即将两个圆环刻度线之间导通，相应电阻表监测到电阻信号，通过监测信号判断水银液滴的环线位置，从而读出高精度圆形水准泡的偏移角度；通过电阻表监测到阻值大小与相应两个开环刻度线总阻值的比例关系判断当前水银液滴与开环刻度线上开口处的位置关系确定偏移方向。

本发明有益效果如下：

本发明结构简单，成本低廉，稳定性好，通过密封型的高精度圆形水准泡，使得水银液滴不受外界环境干扰，本发明无需复杂计算，即可简单的同时自动监测倾斜角度和倾斜方向。发明并且加入了无线传输报警装置，相比于传统方法例如GPS、全站仪等方法，极大的减少了工作量，并且该装置只需要一个人来读取数据就可以完成，从而避免了以上方法中的需要多人进行器材操作中不必要的人员费用，从而达到简便和减少了人工成本的目的。本发明因为该装置的工作原理比较简单并且对外界环境因素没有什么要求，所以相较于传统的方法，减少了需要仪器维护的次数，同时在恶虐的天气和复杂的地质环境下，也可以进行监测，避免的GPS、全站仪等设备对天气和地质环境的高要求。

附图说明

图1为本发明测斜装置整体结构示意图。

图2为本发明高精度圆形水准泡偏移后测斜装置示意图。

图3为本发明高精度圆形水准泡剖视示意图。

图4为本发明测斜装置安装在待测物体上主视图。

图5为本发明测斜装置安装在待测物体上俯视图图。

图6为本发明调平支座结构示意图。

图7为调平支座的调平板安装示意图。

图8为调平支座的调节装置正视图。

1-高精度圆形水准泡，101-水准底座，102-球面凹槽，103-圆环刻度线，104-引出点，105-电阻表，106-水银液滴，107-透明盖板，2-待测物体，3-导线，4-调平支座，401-调平轴，402-球铰，403-支座外壳，404-调平板，405-槽型支架，406-腰孔，407-齿条，408-齿轮，409-销轴，410-轴承，5-远程控制中心，6-计算机，7-无线通信模块，8-指北针。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1至图5所示，本发明提供了一种能同时测量角度和方位的测斜装置，所述测斜装置包括高精度圆形水准泡1和调平支座4，所述高精度圆形水准泡1通过调平支座4安装在待测物体2上，通过调平支座4对高精度圆形水准泡1进行初始校正。

如图1至图3所示，所述高精度圆形水准泡1包括水准底座101、水银液滴106和5个电阻表105，所述水准底座101上设有球面凹槽102，所述球面凹槽102的内表面设有采用5个圆环刻度线103组成的同心环刻度线，球面凹槽102的内表面为绝缘表面，每个圆环刻度线103均为电阻线制成的开环刻度线，每个开环刻度线均在开环的一端设置引出点104，在引出点104通过导线3引出，任意两条相邻的圆环刻度线103之间的导线3通过一个电阻表105相连，所述水银液滴106置于球面凹槽102，水银液滴106的直径小于最内层的圆环刻度线103的直径，并且大于任意相邻两个圆环刻度线103之间的间隔；当高精度圆形水准泡1倾斜时，水银液滴106在自身重力作用下在球面凹槽102内自由运动，当水银液滴106运动到两个圆环刻度线103之间，即将两个圆环刻度线103之间导通，通过获取相应电阻表105发出的监测信号即可判断水银液滴106的环线位置，通过电阻表105监测电阻大小结合导线3引出位置判断偏移方向，从而读出高精度圆形水准泡1的偏移角度，通过高精度圆形水准泡1的偏移角度和方向通过正弦公式计算抗滑桩的偏移距离和方向。

本实施例中，高精度圆形水准泡1尺寸是直径为8.2cm厚度为1.5cm。0刻度圈的直径是1cm，1刻度到5刻度圈的间隔距离为0.7cm，边缘为0.2cm。水银液滴106直径为0.8cm-0.9cm之间。通过圆周计算可知：0刻度周长约为3.1cm，1刻度周长约为7.5cm，2刻度周长约为11.9cm，3刻度周长约为16.3cm，4刻度周长约为20.7cm，5刻度周长约为25.1cm。

作为一种优选实施例，所述圆环刻度线103采用在球面凹槽102内嵌导线3或者采用导电涂层制成。所述导线3通过预埋在水准底座101内的方式引出。

作为一种优选实施例，所述电阻线为沿长度方向阻值均匀分布的电阻线。这样通过相应电阻表105测得电阻比例值可以直接计算水银液滴106的方位。

如图1所示，所述圆环刻度线103的开口设于同一径向线上，可以优化圆环刻度线103的导线3连接方式，每个开环刻度线只需要设置一个引出点104。

需要说明的是，所述圆环刻度线103的开口设于同一径向线上，只是为了简化计算，不设于同一径向线上，也可以通过实验采集电阻数据进行方位计算。

作为一种优选实施例，所述测斜装置还包括无线通信模块7，所述电阻表105监测的信号通过无线通信模块7（比如4G通信芯片）进行远程传输给远程控制中心5，利用计算机6进行记录和分析计算。

本发明实施例中，所述球面凹槽102顶部还设有密封盖板，防止外界环境对球面凹槽102内造成干扰，最优的，密封盖板为透明盖板107，除了信号监测装置读取角度以外，也可以人工读取。

本发明测量原理如下：

当水银液滴106处于同心环刻度线中心的初始位置时，如图1所示，由于球面凹槽102的内表面为绝缘表面，相邻两个圆环刻度线103之间为绝缘状态，电阻值无穷大。当高精度圆形水准泡1随着待测物体2倾斜时，水银液滴106在自身重力作用下在球面凹槽102内自由运动，当水银液滴106运动到两个圆环刻度线103之间，即将两个圆环刻度线103之间导通，相应电阻表105监测到电阻信号，通过监测信号判断水银液滴106的环线位置，从而读出高精度圆形水准泡1的偏移角度（球面凹槽102上的圆环刻度线103与偏移角度存在一一对应关系，具体可以参考现有技术中的气泡型水准仪）；通过电阻表105监测到阻值大小与相应两个开环刻度线总阻值的比例关系判断当前水银液滴106与开环刻度线上导线3引出点104的位置关系确定偏移方向；具体的，以所述圆环刻度线103的开口设于同一径向线上为例，如图1所示，初始安装时，通过调整高精度圆形水准泡1的位置，使得径向线处于正西位置（图中同心环刻度线左侧），当水银液滴106随着高精度圆形水准泡1偏移而移动都如图2位置时，第三个电阻表105读取有阻值信号，其他电阻表105都是无穷大，阻值大小等于水银液滴106所处位置与导线3引出点104之间的两个圆环刻度线103的阻值之和，由于本实施例采用均匀电阻线，因此该电阻表105的读数与两个圆环刻度线103的总阻值的比例即为该段圆环刻度线103占整个圆环刻度线103的比例，通过该比例即可确定水银液滴106与径向线的夹角，比如图中为60度，即西偏东60度。

如图6至图8所示，所述调平支座4包括支座外壳403和调平板404，所述调平板404中部通过球铰402安装在支座外壳403的中部，所述支座外壳403上设有两个呈度分布的调节装置，所述调节装置包括调平轴401和调平支架，所述调平支架顶部通过铰链安装在调平板404底部，调平支架内设有竖直方向设置的齿条407，所述调平轴401通过轴承410安装在支座外壳403的侧壁上，调平轴401的内端设有与齿条407啮合的齿轮408，调平轴401外端伸出支座外壳403作为调节旋钮，通过拧动调平轴401能通过齿轮408齿条407啮合拉动相应铰接点处的调平板404上下移动，从而起到调平作用。

所述调平支座4包括支座外壳403、调平轴401和调平板404，所述调平板404中部通过球铰402安装在支座外壳403的中部，所述支座外壳403上设有两个呈度分布的调节装置，本实施例中，支座外壳403和调平板404均为正方形，调平板404略高于支座外壳403，高度间隙为调平板404的水平度调节余量。所述调节装置包括调平轴401和调平支架，所述调平支架顶部通过铰链安装在调平板404底部，本实施例中，调平支架顶部通过销轴409和轴承410结构安装在调平板404底部，调平支架中部为槽型支架405，槽型支架405侧壁设有能让调平轴401上下运动的腰孔406，槽型支架405内设有竖直方向设置的齿条407，所述调平轴401通过轴承410安装在支座外壳403的侧壁上，调平轴401的内端从腰孔406伸入到槽型支架405内，并设有与齿条407啮合的齿轮408，调平轴401外端伸出支座外壳403作为调节旋钮，通过拧动调平轴401能通过齿轮408齿条407啮合拉动相应铰接点处的调平板404上下移动，从而起到调平作用。

本发明还提供一种利用上述测斜装置的测斜方法，包括以下步骤：

步骤1、将所述高精度圆形水准泡1通过调平支座4安装在待测物体2上，比如滑桩，横梁，柱子等；

步骤2、通过调平支座4调整高精度圆形水准泡1的水准度，使得水银液滴106处于同心环刻度线中心的初始位置；

步骤3、通过指北针8或者自行定义高精度圆形水准泡1的方向，记录圆环刻度线103的开口与方向的关系；

步骤4、连接好电阻表105，开始监测，初始时，水银液滴106处于同心环刻度线中心，所以电阻表105监测到阻值无穷大；当高精度圆形水准泡1随着待测物体2倾斜时，水银液滴106在自身重力作用下在球面凹槽102内自由运动，当水银液滴106运动到两个圆环刻度线103之间，即将两个圆环刻度线103之间导通，相应电阻表105监测到电阻信号，通过监测信号判断水银液滴106的环线位置，从而读出高精度圆形水准泡1的偏移角度；通过电阻表105监测到阻值大小与相应两个开环刻度线总阻值的比例关系判断当前水银液滴106与开环刻度线上开口处的位置关系确定偏移方向。

当发现水银液滴106的已经偏离最佳监测位置时，记录此时的待测物体2偏移角度，在现场之后通过调平支座4重新校准高精度圆形水准泡1，使得水银液滴106重新回到原点，继续监测，待测物体2实际的偏移角度和方向等于多次偏移角度累计和（方向等于矢量和）。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种能同时测量角度和方位的测斜装置，所述测斜装置包括高精度圆形水准泡，其特征在于：所述高精度圆形水准泡包括水准底座、水银液滴和若干电阻表，所述水准底座上设有球面凹槽，所述球面凹槽的内表面设有采用若干圆环刻度线组成的同心环刻度线，球面凹槽的内表面为绝缘表面，每个圆环刻度线均为电阻线制成的开环刻度线，每个开环刻度线均在开环的一端通过导线引出，任意两条相邻的圆环刻度线之间的导线通过一个电阻表相连，所述水银液滴置于球面凹槽，水银液滴的直径小于最内层的圆环刻度线，并且大于任意相邻两个圆环刻度线之间的间隔；当高精度圆形水准泡倾斜时，水银液滴在自身重力作用下在球面凹槽内自由运动，当水银液滴运动到两个圆环刻度线之间，即将两个圆环刻度线之间导通，通过获取相应电阻表发出的监测信号即可判断水银液滴的环线位置，通过电阻表监测电阻大小结合导线引出位置判断偏移方向，从而读出高精度圆形水准泡的偏移角度，通过高精度圆形水准泡的偏移角度和方向通过正弦公式计算抗滑桩的偏移距离和方向。

2.如权利要求1所述的测斜装置，其特征在于：所述圆环刻度线采用在球面凹槽内嵌导线或者采用导电涂层制成。

3.如权利要求1所述的测斜装置，其特征在于：所述导线通过预埋在水准底座内的方式引出。

4.如权利要求1所述的测斜装置，其特征在于：所述电阻线由为沿长度方向阻值均匀分布的电阻线。

5.如权利要求1所述的测斜装置，其特征在于：所述圆环刻度线的开口设于同一径向线上。

6.如权利要求1所述的测斜装置，其特征在于：所述测斜装置还包括调平支座，所述高精度圆形水准泡通过调平支座安装在待测物体上，通过调平支座对高精度圆形水准泡进行初始校正。

7.如权利要求6所述的测斜装置，其特征在于：所述调平支座包括支座外壳和调平板，所述调平板中部通过球铰安装在支座外壳的中部，所述支座外壳上设有两个呈90度分布的调节装置，所述调节装置包括调平轴和调平支架，所述调平支架顶部通过铰链安装在调平板底部，调平支架内设有竖直方向设置的齿条，所述调平轴通过轴承安装在支座外壳的侧壁上，调平轴的内端设有与齿条啮合的齿轮，调平轴外端伸出支座外壳作为调节旋钮，通过拧动调平轴能通过齿轮齿条啮合拉动相应铰接点处的调平板上下移动，从而起到调平作用。

8.如权利要求6所述的测斜装置，其特征在于：所述测斜装置还包括无线通信模块，所述电阻表监测的信号通过无线通信模块进行远程传输。

9.如权利要求1所述的测斜装置，其特征在于：所述高精度圆形水准泡的圆形壳体上还设有用于校准方向的指北针。

10.一种利用权利要求6所述测斜装置的测斜方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将所述高精度圆形水准泡通过调平支座安装在待测物体上；

步骤2、通过调平支座调整高精度圆形水准泡的水准度，使得水银液滴处于同心环刻度线中心的初始位置；

步骤3、通过指北针或者自行定义高精度圆形水准泡的方向，记录圆环刻度线的开口与方向的关系；

步骤4、连接好电阻表，开始监测，初始时，水银液滴处于同心环刻度线中心，所以电阻表监测到阻值无穷大；当高精度圆形水准泡随着待测物体倾斜时，水银液滴在自身重力作用下在球面凹槽内自由运动，当水银液滴运动到两个圆环刻度线之间，即将两个圆环刻度线之间导通，相应电阻表监测到电阻信号，通过监测信号判断水银液滴的环线位置，从而读出高精度圆形水准泡的偏移角度；通过电阻表监测到阻值大小与相应两个开环刻度线总阻值的比例关系判断当前水银液滴与开环刻度线上开口处的位置关系确定偏移方向。

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