CN115096255A - 一种测量水平沉降装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种测量水平沉降装置及方法，包括：S1、根据n段钢管的倾斜角和n+1段钢管的倾斜角，确定n段高压油管的圆心角；S2、根据n段高压油管的圆心角，通过三角函数确定n段高压油管的位移量；S3、根据加速度计测量的初始加速度和实时加速度，确定n段钢管的位移量S4、确定若干段高压油管的位移量和若干段钢管的位移量，并累计。如此，在本发明中，通过计算各段钢管的位移量和各段高压油管的位移量，便于确定各段钢管和各段高压油管的沉降数据，与现有技术相比，本发明综合考虑到了钢管的沉降数据和高压油管的沉降数据，因此，使测量出的数据更为精准。

Description

一种测量水平沉降装置及方法
技术领域
本发明涉及沉降计算技术领域，具体涉及一种测量水平沉降装置及方法。
背景技术
在工程监测、科学研究和地质灾害监测中，往往需要对地面以下一定深度的岩土体进行自动化沉降监测。地面以下部分由于该部分的岩土体处于地下，往往无法直接测量，目前常用的办法是通过沉降仪进行测量，然而，在测量过程中，仅考虑了钢管的沉降，而未考虑各个钢管之间连接的高压油管的沉降，因此，测量出的数据存在偏差，导致数据精度的较低。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种测量水平沉降装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
第一方面，一种测量水平沉降装置，包括：
由若干段钢管和若干段高压油管构成的沉降仪；
沉降仪的两端设为钢管，任意两个钢管之间连接有高压油管。
第二方面，一种测量水平沉降方法，包括：
S1、根据n段钢管的倾斜角和n+1段钢管的倾斜角，确定n段高压油管的圆心角；
S2、根据n段高压油管的圆心角，通过三角函数确定n段高压油管的位移量；
S3、根据加速度计测量的初始加速度和实时加速度，确定n段钢管的位移量
S4、确定若干段高压油管的位移量和若干段钢管的位移量，并累计。
可选地，步骤S1具体包括：
计算n+1段钢管的倾斜角与n段钢管的倾斜角的角度差，该角度差为n段高压油管的圆心角。
可选地，步骤S2具体包括：
S21、获取n段高压油管的弧长；
S22、根据n段高压油管的圆心角和n段高压油管的弧长，确定n段高压油管的半径；
S23、根据n段高压油管的半径和n段高压油管的圆心角，确定n段高压油管的弦长；
S24、根据n段高压油管的弦长，确定n段高压油管的位移量。
可选地，n段高压油管的弧长为n段高压油管的长度。
可选地，步骤S22具体包括：
根据公式
Figure BDA0003696292550000021
确定n段高压油管的半径；
其中，Rn为n段高压油管的半径，Sn为n段高压油管的长度,An为n段高压油管的圆心角。
可选地，步骤S23具体包括：
根据公式
Figure BDA0003696292550000022
确定n段高压油管的弦长；
其中，Ln为n段高压油管的弦长，Rn为n段高压油管的半径，An为n段高压油管的圆心角。
可选地，步骤S24具体包括：
以沉降仪的底端为基点，过基点作两条互相垂直的X轴和Z轴，以平行于地面的方向为X轴，以垂直X轴的方向为Z轴；
根据公式
Figure BDA0003696292550000031
确定n段高压油管的X轴位移量；
根据公式
Figure BDA0003696292550000032
确定n段高压油管的Z轴位移量；
其中，Sn为n段高压油管的长度，an为n段高压油管与X轴的倾斜角，a(n+1)为n+1段高压油管与X轴的倾斜角。
可选地，步骤S3具体包括：
根据公式
Figure BDA0003696292550000033
确定n段钢管的X轴位移量；
根据公式
Figure BDA0003696292550000034
确定n段钢管的Z轴位移量；
其中，Ln为n段钢管的长度，通过加速度计测量的初始加速度(Axn’，Ayn’，Azn’)，通过加速度计测量的实时加速度(Axn，Ayn，Azn)。
可选地，步骤S4包括：
ΔXn＝ΔXn直线+ΔXn圆弧；
ΔZn＝ΔZn直线+ΔZn圆弧。
本发明具有的优点和积极效果是：
如此，在本发明中，通过计算各段钢管的位移量和各段高压油管的位移量，便于确定各段钢管和各段高压油管的沉降数据，与现有技术相比，本发明综合考虑到了钢管的沉降数据和高压油管的沉降数据，因此，使测量出的数据更为精准。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的一种钢管和高压油管的连接结构图；
图2是本发明的一种测量水平沉降方法的流程图；
图3是本发明的一种测量水平沉降装置在XZ平面的示意图；
图4是本发明的一种沉降仪的示意图；
图中：1、钢管；2、高压油管；3、沉降仪。
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做出创造性劳动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，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一种测量水平沉降装置，如图1所示，包括：
由若干段钢管和若干段高压油管构成的沉降仪；
沉降仪的两端设为钢管，任意两个钢管之间连接有高压油管。
需要说明的是，钢管为非柔性管，高压油管为柔性管，当沉降仪发生沉降时，高压油管可能会发生轻度弯折，然而钢管仅会随着沉降仪的沉降而沉降，但不会发生弯折。
在本发明中，设置钢管和高压油管的数量，可根据实际情况进行设置，在此并不做具体限定，以满足不同场景的需求，提高设计的灵活性。
一种测量水平沉降方法，如图2所示，包括：
S1、根据n段钢管的倾斜角和n+1段钢管的倾斜角，确定n段高压油管的圆心角；
步骤S1具体包括：
计算n+1段钢管的倾斜角与n段钢管的倾斜角的角度差，该角度差为n段高压油管的圆心角。
参见图3所示，在XZ平面内，加粗的下直线段表示第n段钢管，加粗的上直线段表示第n+1段钢管，由于高压油管为柔性管，因此，加粗的圆弧线段表示第n段高压油管。
第n段高压油管圆心角An＝α(n+1)X-αnX，其中，α为弧度且带符号。
S2、根据n段高压油管的圆心角，通过三角函数确定n段高压油管的位移量；
步骤S2具体包括：
S21、获取n段高压油管的弧长；
其中，n段高压油管的弧长为n段高压油管的长度，并且，每段高压油管的长度均相同，均为Sn。
S22、根据n段高压油管的圆心角和n段高压油管的弧长，确定n段高压油管的半径；
具体地，根据公式
Figure BDA0003696292550000061
确定n段高压油管的半径；
其中，Rn为n段高压油管的半径，Sn为n段高压油管的长度,An为n段高压油管的圆心角。
S23、根据n段高压油管的半径和n段高压油管的圆心角，确定n段高压油管的弦长；
具体地，根据公式
Figure BDA0003696292550000062
确定n段高压油管的弦长；
其中，Ln为n段高压油管的弦长，Rn为n段高压油管的半径，An为n段高压油管的圆心角。
S24、根据n段高压油管的弦长，确定n段高压油管的位移量。
以沉降仪的底端为基点，过基点作两条互相垂直的X轴和Z轴，以平行于地面的方向为X轴，以垂直X轴的方向为Z轴；
根据公式
Figure BDA0003696292550000063
确定n段高压油管的X轴位移量；
根据公式
Figure BDA0003696292550000064
确定n段高压油管的Z轴位移量；
其中，Sn为n段高压油管的长度，an为n段高压油管与X轴的倾斜角，a(n+1)为n+1段高压油管与X轴的倾斜角。
S3、根据加速度计测量的初始加速度和实时加速度，确定n段钢管的位移量；
如图4所示，步骤S3具体包括：
根据公式
Figure BDA0003696292550000071
确定n段钢管的X轴位移量；
根据公式
Figure BDA0003696292550000072
确定n段钢管的Z轴位移量；
其中，Ln为n段钢管的长度，通过加速度计测量的初始加速度(Axn’，Ayn’，Azn’)，通过加速度计测量的实时加速度(Axn，Ayn，Azn)。
说明一点，每段钢管的中心位置处均设有一加速度计，通过加速度计，测量出的初始加速度数据为(Ax1’,Ay1’,Az1’)、(Ax2’,Ay2’,Az2’)、(Ax3’,Ay3’,Az3’)…(Axn’,Ayn’,Azn’)；
通过加速度计，测量出的实时加速度数据为(Ax1,Ay1,Az1)、(Ax2,Ay2,Az2)、(Ax3,Ay3,Az3)…(Axn,Ayn,Azn)。
S4、确定若干段高压油管的位移量和若干段钢管的位移量，并累计。
当计算出若干段钢管的X轴位移量和Z轴位移量后，结合上述确定出的若干段高压油管的X轴位移量和Z轴位移量，可得沉降仪整体的位移量，即：
ΔXn＝ΔXn直线+ΔXn圆弧；
ΔZn＝ΔZn直线+ΔZn圆弧。
如此，在本发明中，通过计算各段钢管的位移量和各段高压油管的位移量，便于确定各段钢管和各段高压油管的沉降数据，与现有技术相比，本发明综合考虑到了钢管的沉降数据和高压油管的沉降数据，因此，使测量出的数据更为精准。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种测量水平沉降装置，其特征在于，包括：
由若干段钢管和若干段高压油管构成的沉降仪；
沉降仪的两端设为钢管，任意两个钢管之间连接有高压油管。
2.一种基于如权利要求1所述的一种测量水平沉降装置的方法，其特征在于，包括：
S1、根据n段钢管的倾斜角和n+1段钢管的倾斜角，确定n段高压油管的圆心角；
S2、根据n段高压油管的圆心角，通过三角函数确定n段高压油管的位移量；
S3、根据加速度计测量的初始加速度和实时加速度，确定n段钢管的位移量；
S4、确定若干段高压油管的位移量和若干段钢管的位移量，并累计。
3.根据权利要求2所述的一种测量水平沉降方法，其特征在于，步骤S1具体包括：
计算n+1段钢管的倾斜角与n段钢管的倾斜角的角度差，该角度差为n段高压油管的圆心角。
4.根据权利要求2所述的一种测量水平沉降方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
S21、获取n段高压油管的弧长；
S22、根据n段高压油管的圆心角和n段高压油管的弧长，确定n段高压油管的半径；
S23、根据n段高压油管的半径和n段高压油管的圆心角，确定n段高压油管的弦长；
S24、根据n段高压油管的弦长，确定n段高压油管的位移量。
5.根据权利要求4所述的一种测量水平沉降方法，其特征在于，n段高压油管的弧长为n段高压油管的长度。
6.根据权利要求5所述的一种测量水平沉降方法，其特征在于，步骤S22具体包括：
根据公式
Figure FDA0003696292540000021
确定n段高压油管的半径；
其中，Rn为n段高压油管的半径，Sn为n段高压油管的长度,An为n段高压油管的圆心角。
7.根据权利要求6所述的一种测量水平沉降方法，其特征在于，步骤S23具体包括：
根据公式
Figure FDA0003696292540000022
确定n段高压油管的弦长；
其中，Ln为n段高压油管的弦长，Rn为n段高压油管的半径，An为n段高压油管的圆心角。
8.根据权利要求7所述的一种测量水平沉降方法，其特征在于，步骤S24具体包括：
以沉降仪的底端为基点，过基点作两条互相垂直的X轴和Z轴，以平行于地面的方向为X轴，以垂直X轴的方向为Z轴；
根据公式
Figure FDA0003696292540000023
确定n段高压油管的X轴位移量；
根据公式
Figure FDA0003696292540000024
确定n段高压油管的Z轴位移量；
其中，Sn为n段高压油管的长度，an为n段高压油管与X轴的倾斜角，a(n+1)为n+1段高压油管与X轴的倾斜角。
9.根据权利要求8所述的一种测量水平沉降方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
根据公式
Figure FDA0003696292540000031
确定n段钢管的X轴位移量；
根据公式
Figure FDA0003696292540000032
确定n段钢管的Z轴位移量；
其中，Ln为n段钢管的长度，通过加速度计测量的初始加速度(Axn’，Ayn’，Azn’)，通过加速度计测量的实时加速度(Axn，Ayn，Azn)。
10.根据权利要求9所述的一种测量水平沉降方法，其特征在于，步骤S4还包括：
ΔXn＝ΔXn直线+ΔXn圆弧；
ΔZn＝ΔZn直线+ΔZn圆弧。
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