CN113959403A - 一种水准仪的温度补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种水准仪的温度补偿方法，预先对一标准水准仪进行多液位标定以获得多条与液位相对应的温度补偿曲线，每条温度补偿曲线对应一液位高度；则温度补偿方法具体包括：步骤S1：获得待测物的第一测量高度、液体温度值和水准仪的当前液位高度；步骤S2：根据当前液位高度选择对应的温度补偿曲线；步骤S3：根据温度补偿曲线和液体温度值对第一测量高度进行温度补偿，以生成并输出第二测量高度并作为实际测量高度输出。本发明的有益效果在于：根据不同液位高度设置不同的温度补偿系数，能够有效根据水准仪当前的液位变化情况进行调整，进而使得水准仪在不同液位高度的情况下均能够实现对水准仪的温度补偿，进而实现水准仪较高的测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及水准仪技术领域，具体涉及一种水准仪的温度补偿方法及水准仪。
背景技术
水准仪是一种高精密液位测量仪器，用于测量基础和建筑物各个测点的相对沉降。应用工地包括大型建筑物，如水电站厂、大坝、高层建筑物、核电站、水利枢纽工程，铁路、地铁、高铁，综合管廊等各测点不均匀沉降的测量。在使用中，多个静力水准仪的测压强腔体通过通液管串联联接至液位容器，再由传感器测量压力信号，并将压力监测过程的信号变化传输至信号采集系统。由此测出各测点的压力变化量而分析地表的相对沉降高度。通过采用水准仪能够有效测量出沉降过程中的微小变化。但是，由于水准仪在使用中需要通过液位高度变化反应沉降高度，因此其受到温度的影响较大。当水准仪设置在户外环境，或者是用于执行长期的观测任务时，其受到环境温度的影响较大，进而影响水准仪读数的准确性。
现有技术中缺乏对水准仪进行温度补偿的方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种水准仪的温度补偿方法。
具体技术方案如下：
一种水准仪的温度补偿方法，预先对一标准水准仪进行多液位标定以获得多条与液位相对应的温度补偿曲线，每条温度补偿曲线对应一液位高度；
则温度补偿方法具体包括：
步骤S1：获得待测物的第一测量高度、液体温度值和水准仪的当前液位高度；
步骤S2：根据所述当前液位高度选择对应的温度补偿曲线；
步骤S3：根据所述温度补偿曲线和所述液体温度值对所述第一测量高度进行温度补偿，以生成并输出第二测量高度并作为实际测量高度输出。
优选地，多条所述温度补偿曲线的生成方法包括：
步骤A1：调整所述标准水准仪的液位至预定的待测液位高度；
步骤A2：采用一温度标定方法生成与所述当前待测液位高度对应的所述温度补偿曲线；
步骤A2：判断是否生成预定的与多个所述待测液位高度的对应的所述温度补偿曲线；
若是，结束；
若否，返回所述步骤A1。
优选地，根据温度预先设定多个标准采集节点，其中包括一个室温下的所述标准采集节点、至少一个低温下的所述标准采集节点以及至少一个高温下的所述标准采集节点；
则所述温度标定方法具体包括：
步骤B1：采集所述标准水准仪在室温下所对应的所述标准采集节点的输出值以作为基准值，同时将零值作为室温下的所述标准采集节点的相对误差值，并记录当前所述标准水准仪的液位高度，以作为多个所述标准采集节点的液位高度值；
步骤B2：分别采集所述标准水准仪在每个低温下的所述标准采集节点输出值，并与所述基准值进行比较得到对应的所述相对误差值；
以及分别采集所述标准水准仪在每个高温下的所述标准采集节点输出值，并与所述基准值进行比较得到对应的所述相对误差值；
步骤B3：依据各个所述标准采集节点的温度以及对应的所述相对误差值，处理得到与当前的所述待测液位高度对应的所述温度补偿曲线。
优选地，预先建立一O-xyz坐标系，于所述O-xyz坐标系中，采用X轴坐标表征所述液位高度值，采用Y轴坐标表征所述相对误差值，采用Z轴坐标表征所述温度，则每个所述标准采集节点均具有由温度、相对误差值和待测液位高度构成的在所述O-xyz坐标系中的坐标值；
则所述步骤B3中，根据多个所述标准采集节点拟合形成所述温度补偿曲线。
优选地，所述步骤B2中包括：
步骤B21，对所述标准水准仪上电，随后检测所述标准水准仪在室温下的所述标准采集节点上的输出值，以及处理得到所述相对误差值；
步骤B22，将所述标准水准仪置于低温环境下，随后分别检测所述标准水准仪在各个低温下的所述标准采集节点上的输出值，以及处理得到所述相对误差值；
步骤B23，将所述标准水准仪置于高温环境下，随后分别检测所述标准水准仪在各个低温下的所述标准采集节点上的输出值，以及处理得到所述相对误差值。
优选地，预先设置低温下的多个所述标准采集节点，并按照温度由低至高排序；
则所述步骤B22具体包括：
步骤B221：将环境温度逐渐降低至低温下的第一个所述标准采集节点；
步骤B222：经过对应的时间间隔后，采集所述标准采集节点上的输出值，并根据所述输出值处理得到对应的所述相对误差值；
步骤B223，将所述环境温度升高至下一个所述标准采集节点，并返回所述步骤B222，直至低温下的所有所述标准采集节点均采集完毕为止。
优选地，预先设置高温下的多个所述标准采集节点，并按照温度由低至高排序；
则所述步骤B23包括：
步骤B231：将所述环境温度上升至室温，并重新检测所述标准水准仪在室温下的所述标准采集节点上的输出值，以及处理得到所述相对误差值；
步骤B232：将所述环境温度上升至高温下的第一个所述标准采集节点；
步骤B233：经过对应的时间间隔后，采集所述标准采集节点上的输出值，并根据所述输出值处理得到对应的所述相对误差值；
步骤B234，将所述环境温度升高至下一个所述标准采集节点，并返回所述步骤B233，直至高温下的所有所述标准采集节点均采集完毕为止。
优选地，所述步骤B3还包括一液位拟合方法，具体包括：
步骤C1：根据多个所述标准采集节点生成对应于第一液位高度值的第一温度补偿曲线和对应于第二液位高度值的第二温度补偿曲线；
步骤C2：根据温度选择多对分别位于所述第一温度补偿曲线的标准采集节点和位于所述第二温度补偿曲线的标准采集节点；
步骤C3：根据所述第一温度补偿曲线的标准采集节点的相对误差值和液位高度值，以及所述第一温度补偿曲线的标准采集节点的相对误差值和液位高度值进行均值计算，生成第三温度补偿曲线位于该温度下的标准采集节点的相对误差值；
步骤C4：重复步骤C3，直至生成多个第三温度补偿曲线位于不同温度下的标准采集节点的相对误差值；
步骤C5：根据所述各个所述标准采集节点的温度以及对应的所述相对误差值，处理得到对应第三液位高度值的第三温度补偿曲线；
所述第三液位高度值为所述第一液位高度值和所述第二液位高度值的平均值。
优选地，所述标准含水仪设置在一高低温测试箱中进行预先测量；
通过设置所述高低温测试箱的温度以调整所述环境温度至相应的标准测试节点。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：根据不同液位高度设置不同的温度补偿系数，能够有效根据水准仪当前的液位变化情况进行调整，进而使得水准仪在不同液位高度的情况下均能够实现对水准仪的温度补偿，进而实现水准仪较高的测量精度。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明实施例的整体示意图；
图2为本发明实施例的多条温度补偿曲线生成方法示意图；
图3为本发明实施例的温度补偿曲线生成方法示意图；
图4为本发明实施例的B2子步骤示意图；
图5为本发明实施例的B22子步骤示意图；
图6为本发明实施例的B23子步骤示意图；
图7为本发明实施例中液位补偿方法示意图。
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。
本发明包括：
一种水准仪的温度补偿方法，预先对一标准水准仪进行多液位标定以获得多条与液位相对应的温度补偿曲线，每条温度补偿曲线对应一液位高度；
则如图1所示，温度补偿方法具体包括：
步骤S1：获得待测物的第一测量高度、液体温度值和水准仪的当前液位高度；
步骤S2：根据当前液位高度选择对应的温度补偿曲线；
步骤S3：根据温度补偿曲线和液体温度值对第一测量高度进行温度补偿，以生成并输出第二测量高度并作为实际测量高度输出。
具体地，本实施例中，压差式水准仪用于测量观测物的高度变化情况，进而生成相应的第一测量值。压差式水准仪中包括至少一个设置在待测物上的传感器，传感器通过输液管与储液管联通。现有技术中，由于液体受到温度影响时体积会发生较大幅度变化，进而引起液位变化导致水准仪测量精度差。为此本本实施例中采用了温度补偿曲线对原始测得的第一测量值进行温度补偿，生成表示实际高度的第二测量值，以此来实现水准仪整体更高的精度。
在一种较优的实施例中，如图2所示，多条温度补偿曲线的生成方法包括：
步骤A1：调整标准水准仪的液位至预定的待测液位高度；
步骤A2：采用一温度标定方法生成与当前待测液位高度对应的温度补偿曲线；
步骤A2：判断是否生成预定的与多个待测液位高度的对应的温度补偿曲线；
若是，结束；
若否，返回步骤A1。
作为可选的实施方式，步骤A1中，对标准水准仪中储液容器的液位高度进行调整以生成待测液位高度。
具体地，在本实施例中，根据水准仪的设置情况不同，储液容器中的液位高度可能发生变化，进而导致温度补偿曲线不能很好地实现较高的温度补偿精度。为此，本技术方案采用了根据液位高度设置不同的温度补偿曲线以实现较好的温度补偿效果的方法。
在一种较优的实施例中，根据温度预先设定多个标准采集节点，其中包括一个室温下的标准采集节点、至少一个低温下的标准采集节点以及至少一个高温下的标准采集节点；
则如图3所示，温度标定方法具体包括：
步骤B1：采集标准水准仪在室温下所对应的标准采集节点的输出值以作为基准值，同时将零值作为室温下的标准采集节点的相对误差值，并记录当前标准水准仪的液位高度，以作为多个标准采集节点的液位高度值；
步骤B2：分别采集标准水准仪在每个低温下的标准采集节点输出值，并与基准值进行比较得到对应的相对误差值；
以及分别采集标准水准仪在每个高温下的标准采集节点输出值，并与基准值进行比较得到对应的相对误差值；
步骤B3：依据各个标准采集节点的温度以及对应的相对误差值，处理得到与当前的待测液位高度对应的温度补偿曲线。
在一种较优的实施例中，预先建立一O-xyz坐标系，于O-xyz坐标系中，采用X轴坐标表征液位高度值，采用Y轴坐标表征相对误差值，采用Z轴坐标表征温度，则每个标准采集节点均具有由温度、相对误差值和待测液位高度构成的在O-xyz坐标系中的坐标值；
则步骤B3中，根据多个标准采集节点拟合形成温度补偿曲线。
具体地，在本实施例中，第一温度补偿曲线、第二温度补偿曲线和第三温度补偿曲线的生成过程相同，均为降温实验-升温实验过程。具体地，在标定过程中，应当遵循先降温后升温的过程。在试验开始时，将测试箱的温度从室温降低至零度，保持一段时间使得测试箱整体降温均匀后再降低至-20度，进而使得测试箱整体温度变化均匀，避免急剧降温导致的局部过冷现象进而影响测试结果。当记录完低温数据后，逐渐上升温度至25度和60度并记录相应的读数，在上升到该温度后需要保持第四预设时间后再记录数据避免局部过热。随后重复多次实验并调整液位高度以生成对应于不同温度的液位值，具体如表1所示。
需要说明的是，本申请文件中的温度及液位高度值的取值仅是用于对技术方案的一种描述，其在水准仪的工作范围内可以设置为任意值，并不构成对本技术方案的限制。
表1
在一种较优的实施例中，如图4所示，步骤B2中包括：
步骤B21：对标准水准仪上电，随后检测标准水准仪在室温下的标准采集节点上的输出值，以及处理得到相对误差值；
步骤B22：将标准水准仪置于低温环境下，随后分别检测标准水准仪在各个低温下的标准采集节点上的输出值，以及处理得到相对误差值；
步骤B23：将标准水准仪置于高温环境下，随后分别检测标准水准仪在各个低温下的标准采集节点上的输出值，以及处理得到相对误差值。
具体地，在实际测量过程中，相对误差值在水准仪中体现为不同的测量高度。当水准仪在室温下测得一高度时，本实施例将该温度下测得的高度作为基准高度。同时，在不改变测量物及其他参数的情况下，对水准仪整体进行降温，在低温测试点测得低温环境下的读数，随后再升温以获取高温环境下的读数。由于随着温度变化，压差式水准仪中的液体体积会发生改变，进而影响直接读数结果。此时，对低温环境下的读数和高温环境下的读数分别进行处理，将其转化成相对于室温的相对误差值。随后根据温度-误差值建立温度-误差值直角坐标系，将基准值设置为原点，并标注低温环境下的相对误差值和高温环境下的相对误差值的坐标，对低温环境下的相对误差值、高温环境下的相对误差值和基准值基于公式y＝kx+b进行线性拟合以生成温度补偿曲线。随后重复多次分别计算出第一温度补偿曲线、第二温度补偿曲线和第三温度补偿曲线以分别应对不同液位高度情况下的水准仪。
在一种较优的实施例中，预先设置低温下的多个标准采集节点，并按照温度由低至高排序；
则如图5所示，步骤B22具体包括：
步骤B221：将环境温度逐渐降低至低温下的第一个标准采集节点；
步骤B222：经过对应的时间间隔后，采集标准采集节点上的输出值，并根据输出值处理得到对应的相对误差值；
步骤B223：将环境温度升高至下一个标准采集节点，并返回步骤B222，直至低温下的所有标准采集节点均采集完毕为止。
在一种较优的实施例中，预先设置高温下的多个标准采集节点，并按照温度由低至高排序；
则如图6所示，步骤B23包括：
步骤B231：将环境温度上升至室温，并重新检测标准水准仪在室温下的标准采集节点上的输出值，以及处理得到相对误差值；
步骤B232：将环境温度上升至高温下的第一个标准采集节点；
步骤B233：经过对应的时间间隔后，采集标准采集节点上的输出值，并根据输出值处理得到对应的相对误差值；
步骤B234：将环境温度升高至下一个标准采集节点，并返回步骤B233，直至高温下的所有标准采集节点均采集完毕为止。
在一种较优的实施例中，步骤B3还包括一液位拟合方法，如图7所示，具体包括：
步骤C1：根据多个标准采集节点生成对应于第一液位高度值的第一温度补偿曲线和对应于第二液位高度值的第二温度补偿曲线；
步骤C2：根据温度选择多对分别位于第一温度补偿曲线的标准采集节点和位于第二温度补偿曲线的标准采集节点；
步骤C3：根据第一温度补偿曲线的标准采集节点的相对误差值和液位高度值，以及第一温度补偿曲线的标准采集节点的相对误差值和液位高度值进行计算，生成第三温度补偿曲线位于该温度下的标准采集节点的相对误差值；
步骤C4：重复步骤C3，直至生成多个第三温度补偿曲线位于不同温度下的标准采集节点的相对误差值；
步骤C5：根据各个标准采集节点的温度以及对应的相对误差值，处理得到对应第三液位高度值的第三温度补偿曲线；
具体地，如表2所示，当需要在液位高度值发生变化的情况下生成对应的温度补偿曲线时，可根据已有的第一温度补偿曲线，即0mm液位高度值下的温度补偿曲线；第二温度补偿曲线，即100mm液位高度值下的温度补偿曲线，还有当前的实际液位高度值进行拟合以生成适用于当前液位高度值的温度补偿曲线。此时通过读取水准仪的输出值即可生成液位高度值X。
表2
进一步地，以测得的液位高度值为50mm为例。如表3所示，当获得对应于0mm液位高度的第一温度补偿曲线和对应于100mm液位高度的第二温度补偿曲线，以及当前的液位高度值X时，可根据第一温度补偿曲线和第二温度补偿曲线生成对应于第三液位高度值，即测得的50mm液位高度的第三温度补偿曲线。通过分别设置三组对应于-20℃、25℃和60℃的标准采集节点，采用坐标运算的方法即可求出第三温度补偿曲线对应的标准采集节点的坐标。以-20℃的标准采集节点集为例，第一温度补偿曲线对应于该温度的标准采集节点坐标为(0,-10,-20)，第二温度补偿曲线对应于该温度的标准采集节点坐标为(100,-11,-20)，此时根据两点坐标值进行连线，即可生成在O-xyz坐标轴中的一直线，此时求取直线(50,a1,-20)与该直线的交点即可生成a1的值，即第三温度补偿曲线位于-20℃下的相对误差值。重复这一过程即可获得多个第三温度补偿曲线的标准采集节点的坐标值，并根据前文所述方法进行拟合以获得第三温度补偿曲线。
表3
在一种较优的实施例中，标准含水仪设置在一高低温测试箱中进行预先测量；
通过设置高低温测试箱的温度以调整环境温度至相应的标准测试节点。
本发明的有益效果在于：根据不同液位高度设置不同的温度补偿系数，能够有效根据水准仪当前的液位变化情况进行调整，进而使得水准仪在不同液位高度的情况下均能够实现对水准仪的温度补偿，进而实现水准仪较高的测量精度。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种水准仪的温度补偿方法，其特征在于，预先对一标准水准仪进行多液位标定以获得多条与液位相对应的温度补偿曲线，每条温度补偿曲线对应一液位高度；
则温度补偿方法具体包括：
步骤S1：获得待测物的第一测量高度、液体温度值和水准仪的当前液位高度；
步骤S2：根据所述当前液位高度选择对应的温度补偿曲线；
步骤S3：根据所述温度补偿曲线和所述液体温度值对所述第一测量高度进行温度补偿，以生成并输出第二测量高度并作为实际测量高度输出。
2.根据权利要求1所述的温度补偿方法，其特征在于，多条所述温度补偿曲线的生成方法包括：
步骤A1：调整所述标准水准仪的液位至预定的待测液位高度；
步骤A2：采用一温度标定方法生成与所述当前待测液位高度对应的所述温度补偿曲线；
步骤A2：判断是否生成预定的与多个所述待测液位高度的对应的所述温度补偿曲线；
若是，结束；
若否，返回所述步骤A1。
3.根据权利要求2所述的温度补偿方法，其特征在于，根据温度预先设定多个标准采集节点，其中包括一个室温下的所述标准采集节点、至少一个低温下的所述标准采集节点以及至少一个高温下的所述标准采集节点；
则所述温度标定方法具体包括：
步骤B1：采集所述标准水准仪在室温下所对应的所述标准采集节点的输出值以作为基准值，同时将零值作为室温下的所述标准采集节点的相对误差值，并记录当前所述标准水准仪的液位高度，以作为多个所述标准采集节点的液位高度值；
步骤B2：分别采集所述标准水准仪在每个低温下的所述标准采集节点输出值，并与所述基准值进行比较得到对应的所述相对误差值；
以及分别采集所述标准水准仪在每个高温下的所述标准采集节点输出值，并与所述基准值进行比较得到对应的所述相对误差值；
步骤B3：依据各个所述标准采集节点的温度以及对应的所述相对误差值，处理得到与当前的所述待测液位高度对应的所述温度补偿曲线。
4.根据权利要求3所述的温度补偿方法，其特征在于，预先建立一O-xyz坐标系，于所述O-xyz坐标系中，采用X轴坐标表征所述液位高度值，采用Y轴坐标表征所述相对误差值，采用Z轴坐标表征所述温度，则每个所述标准采集节点均具有由温度、相对误差值和待测液位高度构成的在所述O-xyz坐标系中的坐标值；
则所述步骤B3中，根据多个所述标准采集节点拟合形成所述温度补偿曲线。
5.根据权利要求3所述的温度补偿方法，其特征在于，所述步骤B2中包括：
步骤B21：对所述标准水准仪上电，随后检测所述标准水准仪在室温下的所述标准采集节点上的输出值，以及处理得到所述相对误差值；
步骤B22：将所述标准水准仪置于低温环境下，随后分别检测所述标准水准仪在各个低温下的所述标准采集节点上的输出值，以及处理得到所述相对误差值；
步骤B23：将所述标准水准仪置于高温环境下，随后分别检测所述标准水准仪在各个低温下的所述标准采集节点上的输出值，以及处理得到所述相对误差值。
6.根据权利要求5所述的温度补偿方法，其特征在于，预先设置低温下的多个所述标准采集节点，并按照温度由低至高排序；
则所述步骤B22具体包括：
步骤B221：将环境温度逐渐降低至低温下的第一个所述标准采集节点；
步骤B222：经过对应的时间间隔后，采集所述标准采集节点上的输出值，并根据所述输出值处理得到对应的所述相对误差值；
步骤B223：将所述环境温度升高至下一个所述标准采集节点，并返回所述步骤B222，直至低温下的所有所述标准采集节点均采集完毕为止。
7.根据权利要求5所述的温度补偿方法，其特征在于，预先设置高温下的多个所述标准采集节点，并按照温度由低至高排序；
则所述步骤B23包括：
步骤B231：将所述环境温度上升至室温，并重新检测所述标准水准仪在室温下的所述标准采集节点上的输出值，以及处理得到所述相对误差值；
步骤B232：将所述环境温度上升至高温下的第一个所述标准采集节点；
步骤B233：经过对应的时间间隔后，采集所述标准采集节点上的输出值，并根据所述输出值处理得到对应的所述相对误差值；
步骤B234：将所述环境温度升高至下一个所述标准采集节点，并返回所述步骤B233，直至高温下的所有所述标准采集节点均采集完毕为止。
8.根据权利要求4所述的温度补偿方法，其特征在于，所述步骤B3还包括一液位拟合方法，具体包括：
步骤C1：根据多个所述标准采集节点生成对应于第一液位高度值的第一温度补偿曲线和对应于第二液位高度值的第二温度补偿曲线；
步骤C2：根据温度选择多对分别位于所述第一温度补偿曲线的标准采集节点和位于所述第二温度补偿曲线的标准采集节点；
步骤C3：根据所述第一温度补偿曲线的标准采集节点的相对误差值和液位高度值，以及所述第一温度补偿曲线的标准采集节点的相对误差值和液位高度值进行坐标运算，生成第三温度补偿曲线位于该温度下的标准采集节点的相对误差值；
步骤C4：重复步骤C3，直至生成多个第三温度补偿曲线位于不同温度下的标准采集节点的相对误差值；
步骤C5：根据所述各个所述标准采集节点的温度以及对应的所述相对误差值，处理得到对应第三液位高度值的第三温度补偿曲线。
9.根据权利要求2所述的温度补偿方法，其特征在于，所述标准水准仪设置在一高低温测试箱中进行预先测量；
通过设置所述高低温测试箱的温度以调整所述环境温度至相应的标准测试节点。
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