CN113324503B - 一种多场景快速布置的裂缝和变形监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多场景快速布置的裂缝和变形监测装置，包括多个呈伸缩结构的外壳、分别设置在首端外壳的外壁上和尾端外壳的外壁上的接触头、设置在所述首端外壳内且用于带动外壳进行伸缩运动的转动组件以及设置在转动组件与尾端外壳内壁之间的拉绳；首端外壳的内壁上设置有应力传感器，所述应力传感器与尾端外壳的内壁之间设置有弹性件，应力传感器与设置在外壳上的控制器通信连接，且控制器还通信连接有终端设备；其结构可靠，通过设置多组外壳结构，保证使用中能够测量不同宽度的裂缝，还可适用于任意单个危岩体或者建筑物的变形量监测，且拆卸方便，可重复利用，大大节约了成本，使用灵活可靠。

Description

一种多场景快速布置的裂缝和变形监测装置
技术领域
本发明涉及裂缝和变形监测设备技术领域，具体涉及一种多场景快速布置的裂缝和变形监测装置。
背景技术
裂缝和变形监测广泛应用于地质灾害、房屋安全、桥梁大坝等大型结构工程领域，受施工条件与工程服役时间的影响，易出现裂缝，造成了巨大的隐患，因此实施监测关键点的裂缝发生发展过程具有重要意义。现有的监测装置结构复杂，使用不便，在安装时需要土建操作繁琐，且不能重复使用，使用灵活性低，并不能适用不同场景下的裂缝和变形量的准确可靠监测。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多场景快速布置的裂缝和变形监测装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多场景快速布置的裂缝和变形监测装置，包括多个呈伸缩结构的外壳、分别设置在首端外壳的外壁上和尾端外壳的外壁上的接触头、设置在所述首端外壳内且用于带动外壳进行伸缩运动的转动组件以及设置在转动组件与尾端外壳内壁之间的拉绳；
首端外壳的内壁上设置有应力传感器，所述应力传感器与尾端外壳的内壁之间设置有弹性件，应力传感器与设置在外壳上的控制器通信连接，且控制器还通信连接有终端设备。
进一步，转动组件包括设置在首端外壳上端内部的第一支座、位于第一支座内且与第一支座转动配合的第一柱体、设置在首端外壳下端内部的第二支座以及配合连接在第二支座内部且用于驱动第一柱体转动的第二柱体，拉绳的端部缠绕在第一柱体的下端，第二支座的内部设置有卡槽，第二柱体上设置有与卡槽相适配的卡件。
进一步，第一柱体的内部具有卡腔，第一柱体的顶端设置有接头，且接头位于首端外壳的外部，第二柱体的上端配合连接在第一柱体的卡腔内。
进一步，第二柱体包括卡接部以及设置在卡接部下端的柱体部，卡接部配合连接在第一柱体的卡腔内，卡件设置在柱体部上，第二柱体下端的柱体部的直径与第二支座的空腔的直径相适配。
进一步，控制器包括通讯模块以及与通讯模块通信连接的解算模块，解算模块还与应力传感器通信连接，通讯模块还与终端设备通信连接。
进一步，控制器与设置在外壳上的报警器通信连接。
进一步，还包括外壳的顶端设置有太阳能供电机构，太阳能供电机构分别与控制器和应力传感器电性连接。
进一步，还包括辅助支撑机构，辅助支撑机构包括固定板、设置在所述固定板下端的钻杆以及设置在钻杆下端的钻头，钻杆的外壁设置有辅助定位座，辅助定位座远离钻杆的端部通过定位销定位。
进一步，接触头与外壳外壁之间可拆卸连接。
进一步，接触头的下方设置有支撑座。
本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种多场景快速布置的裂缝和变形监测装置，其结构可靠，使用性能好，通过设置多组外壳结构和辅助支撑机构，保证使用中能够测量不同宽度的裂缝，还可适用于任意单个危岩体或者建筑物的变形量监测，且拆卸方便，可重复使用，大大节约了成本，使用灵活可靠。在测量中，随着被测裂缝的变化，应力传感器感应弹性件伸缩后的应力变化，并通过控制器计算出裂缝宽度或变形位移的变化量，测量精确可靠。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中第一柱体结构示意图；
图3为本发明中第二柱体结构示意图；
图4为本发明中辅助支撑机构结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种多场景快速布置的裂缝和变形监测装置，包括多个呈伸缩结构的外壳1、分别设置在首端外壳1的外壁上和尾端外壳1的外壁上的接触头2、设置在首端外壳1内且用于带动外壳1进行伸缩运动的转动组件3以及设置在转动组件3与尾端外壳1内壁之间的拉绳4。外壳1至少为2个，且呈伸缩结构的组合形式。通过多组外壳1的设计，大大提高了装置在没有辅助工具下的量程，从而可以满足应急抢险、快速布设安装等特殊条件下的广泛的适应性。接触头2与监测的裂缝的侧壁抵接或与辅助支撑机构抵接，拉绳4用于控制转动组件3带动外壳1伸缩。
首端外壳1的内壁上设置有应力传感器5，应力传感器5与尾端外壳1的内壁之间设置有弹性件6，应力传感器5与设置在外壳1上的控制器7通信连接，且控制器7还通信连接有终端设备。应力传感器5用于检测弹性件6的压力，随后将该压力信号传递至控制器7，通过控制器7对感应信号进行分析计算，从而得到变形量信号，并将该变形量信号传递至终端设备中显示。该终端设备可以为手机或电脑。控制器7采用信号为STM32的单片机，具有数据分析整合及传输能力，且该控制器7还包括通讯模块以及与通讯模块通信连接的解算模块，解算模块还与应力传感器5通信连接，通讯模块还与终端设备通信连接。弹性件6采用弹簧，通过解算模块将测得的弹簧应力根据胡克定律公式计算弹簧伸缩量，即裂缝宽度或变形位移的变化量，然后由通讯模块将解算后的变化量传送至终端设备或远程监测系统中进行监控。
具体计算方法如下：
设仪器内弹簧的劲度系数为k，弹簧未受力时的自由伸长量为X0；仪器安装好之后测量裂缝的初始宽度为a，弹簧初始长度为X0＇，弹簧的初始应力为F0；测量过程裂缝宽度变化为b时，弹簧长度变化至X，弹簧应力为F。则有：
F0＝k(X0＇-X0) ①；
F＝k(X-X0) ②；
联合①、②上述两式，推导出：
(X-X0)＝(F/F0)·(X0＇-X0) ③
则裂缝宽度：b＝a+[(X-X0)-(X0＇-X0)] ④
将③式代入④式有：b＝a+[(F/F0)-1]·(X0＇-X0) ⑤
⑤式中，弹簧未受力时的自由伸长量X0，仪器安装好之后裂缝的初始宽度a、弹簧初始长度X0＇和弹簧的初始应力F0均为已知或可测，从而根据弹簧的应力F由⑤式即可对任意时刻裂缝宽度进行计算和测量。
转动组件3包括设置在首端外壳1上端内部的第一支座30、位于第一支座30内且与第一支座30转动配合的第一柱体31、设置在首端外壳1下端内部的第二支座32以及配合连接在第二支座32内部且用于驱动第一柱体31转动的第二柱体33，拉绳4的端部缠绕在第一柱体31的下端。第一支座30内部和第二支座32的内部均具有贯穿的空腔，该第一柱体31的直径与第一支座30的内部空腔的直径相适配，该第二柱体33下端的柱体部331的直径与第二支座32的空腔的直径相适配，第二柱体33位于第二支座32的空腔内，第二支座32的内部设置有卡槽，第二柱体33上设置有与卡槽相适配的卡件332。
如图2至图3所示，第一柱体31的内部具有卡腔34，第一柱体31的顶端设置有接头35，且接头35位于首端外壳1的外部，第二柱体33的上端配合连接在第一柱体31的卡腔34内。第二柱体33包括卡接部330以及设置在卡接部330下端的柱体部331，卡接部330配合连接在第一柱体31的卡腔34内，卡件332设置在柱体部331上，第二柱体33下端的柱体部331的直径与第二支座32的空腔的直径相适配。卡件332为十字形卡件，在将仪器调整至合适长度时，通过将其插入第二支座32上的十字形卡槽内即可对装置的长短进行固定。卡腔34为六角形结构，卡接部330为实心体结构，并与卡腔34内的六角形结构相适配，卡槽与卡件332均为相适配的十字形结构。使用时，第二柱体33插入到第一柱体31的卡腔34内，通过手动或机器转动第二柱体33，使得第二柱体33转动进而带动第一柱体31转动，随后在拉绳4的作用下使得外壳1伸缩，从而调整装置的整体长度。当装置调整至合适的长度后，将卡件332插入到卡槽内，实现第一柱体31和第二柱体33的固定。将仪器放置于被测裂缝位置处，再将第二柱体33拉出，在仪器内弹簧弹性作用下接触头2将自动抵靠在裂缝两侧，并保持压力接触，完成安装，随着被测裂缝的变化，弹簧将带动第一柱体31转动并使仪器伸缩，弹簧应力随之发生变化从而进行测量。
为了提高使用性能，本发明中，控制器7与设置在外壳1上的报警器通信连接。在控制器7中预设不同变形量参数的阈值，当变形量达到该阈值时，触发报警器报警，并通过报警器的三种颜色代表不同变形量参数的预警状态。
为了降低施工成本，节约能耗，本发明中，外壳1的顶端设置有太阳能供电机构8，太阳能供电机构8分别与控制器7和应力传感器5电性连接。通过太阳能供电机构8为控制器7和应力传感器5供电，提高野外施工的可靠性，提高使用性能。为满足应急抢险，快速安装的需要，供电装置也可以采用蓄电池。
为了提高野外施工中的广泛性，如图4所示，本发明中，还包括辅助支撑机构，辅助支撑机构包括固定板9、设置在固定板9下端的钻杆10以及设置在钻杆10下端的钻头，钻杆10的外壁设置有辅助定位座11，辅助定位座11远离钻杆10的端部通过定位销12定位。通过该辅助支撑机构可以实现对桥梁桥面、较大裂缝、危岩等位置处的测量，满足不同场景下的裂缝和变形测量需求。辅助支撑机构还可以根据实际使用环境的特点，另行开发，满足多场景下的快速安装和使用。
为了适应更加复杂的环境下便携式安装，接触头2与外壳1外壁之间可拆卸连接，接触头2的长度为3-200cm，且可以采用多根接触头螺纹拼接，根据实际测量环境进行优选。接触头与仪器外壳的拆卸连接方式可采用螺纹固定方式、挂钩式接触方式，接触头与被测裂缝两侧或被测危岩体、墙面、桥面，或辅助支撑机构之间可采用螺丝固定方式、挂钩式接触方式或橡胶头接触方式。螺丝固定方式适用于长期监测获取稳定连续数据或表面不平无法稳固连接的地方，通过在接触头2外围设置带多个通孔，安装时根据需要通过螺丝固定即可。挂钩式接触方式适用于应急抢险快速安装及拆卸。橡胶头接触方式适用于较为平整的、规则的物体表面。根据实际测量需求和施工环境选择适当的方式。
为了适应复杂的安装环境，当该装置的接触头2较长时，接触头2的下方可设置有支撑座13。支撑座13对接触头2起到支撑作用，避免重力的影响，提高接触头2和整个监测装置安装的稳定性，进而提高装置监测数据的准确性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多场景快速布置的裂缝和变形监测装置，其特征在于，包括多个呈伸缩结构的外壳（1）、分别设置在首端外壳（1）的外壁上和尾端外壳（1）的外壁上的接触头（2）、设置在所述首端外壳（1）内且用于带动外壳（1）进行伸缩运动的转动组件（3）以及设置在所述转动组件（3）与所述尾端外壳（1）内壁之间的拉绳（4）；
所述首端外壳（1）的内壁上设置有应力传感器（5），所述应力传感器（5）与所述尾端外壳（1）的内壁之间设置有弹性件（6），所述应力传感器（5）与设置在所述外壳（1）上的控制器（7）通信连接，且所述控制器（7）还通信连接有终端设备。
2.根据权利要求1所述的多场景快速布置的裂缝和变形监测装置，其特征在于，所述转动组件（3）包括设置在所述首端外壳（1）上端内部的第一支座（30）、位于所述第一支座（30）内且与所述第一支座（30）转动配合的第一柱体（31）、设置在所述首端外壳（1）下端内部的第二支座（32）以及配合连接在所述第二支座（32）内部且用于驱动所述第一柱体（31）转动的第二柱体（33），所述拉绳（4）的端部缠绕在所述第一柱体（31）的下端，所述第二支座（32）的内部设置有卡槽，所述第二柱体（33）上设置有与所述卡槽相适配的卡件（332）。
3.根据权利要求2所述的多场景快速布置的裂缝和变形监测装置，其特征在于，所述第一柱体（31）的内部具有卡腔（34），所述第一柱体（31）的顶端设置有接头（35），且所述接头（35）位于所述首端外壳（1）的外部，所述第二柱体（33）的上端配合连接在所述第一柱体（31）的卡腔（34）内。
4.根据权利要求3所述的多场景快速布置的裂缝和变形监测装置，其特征在于，所述第二柱体（33）包括卡接部（330）以及设置在所述卡接部（330）下端的柱体部（331），所述卡接部（330）配合连接在所述第一柱体（31）的卡腔（34）内，所述卡件（332）设置在所述柱体部（331）上，所述第二柱体（33）下端的柱体部（331）的直径与第二支座（32）的空腔的直径相适配。
5.根据权利要求1所述的多场景快速布置的裂缝和变形监测装置，其特征在于，所述控制器（7）包括通讯模块以及与所述通讯模块通信连接的解算模块，所述解算模块还与所述应力传感器（5）通信连接，所述通讯模块还与所述终端设备通信连接。
6.根据权利要求5所述的多场景快速布置的裂缝和变形监测装置，其特征在于，所述控制器（7）与设置在所述外壳（1）上的报警器通信连接。
7.根据权利要求5或6所述的多场景快速布置的裂缝和变形监测装置，其特征在于，外壳（1）的顶端设置有太阳能供电机构（8），所述太阳能供电机构（8）分别与所述控制器（7）和应力传感器（5）电性连接。
8.根据权利要求1所述的多场景快速布置的裂缝和变形监测装置，其特征在于，所述接触头（2）与所述外壳（1）外壁之间可拆卸连接。
9.根据权利要求1所述的多场景快速布置的裂缝和变形监测装置，其特征在于，所述接触头（2）的下方设置有支撑座（13）。
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