TW505780B - Detector of bending and/or differential settlement and process for surveying a structure - Google Patents

Detector of bending and/or differential settlement and process for surveying a structure Download PDF

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Description

505780 A7 ___ B7 _ 五、發明說明（ί ) [詳細說明] 本發明關於一種差別彎曲（flexion，英：bending或 flexure)及/或沉陷（tassement differ6ntiel ’ 英：differential settlement)的檢出器。 本發明同樣亦關於一種用於測量一種構造的彎曲及/或 差別沉陷的方法。 本發明特別有關在地質工程碰到的某些類型的差別變 形，以及隧道中形狀的改變，以求工事的地理穩定性的連續。 「差別沉陷」一詞指一種表面形狀的變化，如從一點到 另一點沉陷程度不等的地表面，但並不限於這種例子。 依國際專利WO-A-97/42 463發表了一種程序，包括將 一個長形體一一稱爲「模型」一一緊密地結合到該構造上， 長形體中結合了至少一條光纖。當該構造變形時，係藉著光 纖所傳輸的光的衰減的變化而將該模型的變形檢出。 這種方法提供了一種稱爲「長程基礎」的檢出法。這 表示並不注意各局部的變形（形狀變化)，而係注意能夠影響 沿該模型或類似物的構造的那些變形的累積，當該模型不能 完全包含該構造時，這點係在該構造本身整個長度範圍中用 外插法爲之。 用方 < 貝施此習知方法的事前安裝工作在位置上就比較 重要。在許多情形，這些工作同樣地需要某些精確性，特別 是有關於光纖在模型中的定位方面者。 本發明的目的在提供一種更容易安裝且能提供更局部 化的結果的檢出器及方法。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規哀_^21〇 x 2973公爱) ---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
505780 A7 ______B7____ 五、發明說明（/ ) 依本發明，該彎曲及/或差別沉陷的檢出器的特徵在於 包含： -…一系列的至少二個元件，它們之間利用關節互相連接，且 用於設置成抵住該構造（其有差別的彎曲及/沉陷度要被檢 出者）的表面； ----相鄰的元件之間的相對角度偏差的檢出裝置。 本發明的檢出器由於足可固定在所要測量的構造表面， 因此女裝特別簡單。在極端的情形，例如，如果使用簡單的 螺紋夾（seri:e-joint)(C鉗)以藉固定而作檢出器的安裝，或者 即使只簡單地使該檢出器放在一表面上，這種安裝可在幾十 秒確。追點在某些應用上很重要，例如在會有放射性的介 質中的應用。 依本發明的檢出器發出一個信號，此信號對應於在各關 節的連續元件之間形成的角度。我們可由此推斷局部變形 的資訊以及變形構造的影像。但是我們同樣也可以一如根 據已知長度的檢出方式，計算在某〜段長度的變形的累積。 根據長度爲基礎的測量係基於觀察，這種觀窣對於十太工程 的作業而言，將變形的量(用數學術語)做積分;則這種構造所 受的風險比起用局部測量的種種變形更具代表性。 依本發明第二特色，這種測羹〜種構造的彎曲及/或差 別沉陷的方法的特徵在於··沿著該構造的至少一讎麵 ^分設置數個連續的兀件，它們之間用關節連接，且將各 連續元件之間的角度偏差檢出。 本發明其他特點和優點見於以下實賴(但它們不限制 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .—·——ί訂---------線|拳---------------------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公€ -—- 505780 A7 ------- __ 五、發明說明（4 ) 本發明範圍）的說明。 圖式中： 第1圖係依本發明的彎曲及/或差別沉陷的檢出器的立 體示意圖； 第2圖係在所要測量的構造的一條樑下方的檢出器的 一個快速安裝的實施例； 第3圖係固定在該樑下的檢出器的水平視圖； 第4圖係第3圖的實施例的詳細圖，樑在變形狀態； 第5圖係與第4圖相似，但檢出器設在樑上方； 第6圖係經一孔道的橫切面圖，設孔道設有本發明的檢 出器； 第7圖係本發明的一檢出器的視圖，它放在一個要測量 幾何性質的地面。 [圖號說明] (1) 元件 (2) 關節 (3) 軸 (4) 底墊 (6) 下支持面 (7) 側翼 ⑻端邊 ⑼缺口 (1〇)檢出器 (11)孔 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度適財闘家標準（CNS)A4規格⑵。χ撕5公爱〉 505780 A7 _ B7 五、發明說明（AO (12) 樑 (13) 表面 (14) 固定裝置 (16) 支持裝置 (17) 螺絲 (18) 螺紋支持端 (19) 角度偏差檢出裝置 (21) 本體 (22) 端子（運動檢知端子） (23) 線 (24) (光纖)端 (26) 光源 (27) (光纖)端 (28) (光強度）檢出裝置 (29) 處理單元 (31) 螢幕 (32) 變形的輪廓 (33) 螺紋夾 (34) 表面 (36)固定裝置 (41) 拱腳柱 (42) 隧道 (43) 拱頂內面 (44) 地面 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂— 線丨# 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 5〇578〇 A7 ^^— - _ B7__ 五、發明說明（< ) 本發明的彎曲及/或差別沉陷檢出器（10)包含一系列的 元件（1)，它們之間互相用關節(2)連接。關節(2)的軸（3)互相 平行，且垂直於該系列的元件（1)的方向。 各元件（1)包含一個形狀大致平坦的底墊（凸緣鈑、承 材）（semelle，英：flange plate 或 footing) (4)。關節軸 (3) 大致位在底墊(4)的平面中，且可在底(4)上互相對準。因 此，這些底墊(4)可用其下支持面（6) —齊緊貼抵住一個易彎 曲的構造的平坦表面。 各元件（1)大致呈一角鋼形式，角鋼的一側翼由該底墊 (4) 構成。角鋼的另一側翼(7)從底墊(4)朝向與支持面（6)相 反的方向豎起。該側翼（7)係共平面者。它們具有端邊（8)， 該端邊(8)相對於各底墊(4)的平面成傾斜，其方式使得當底 墊(4)爲共平面時，在二端邊（8)之間相對於二相鄰的元件（1) 形成一個V-字形的缺口（9)。如此可使元件（1)互相繞著關 節軸（3)本身從一位置[在此位置時，該底墊（4)係共平面者] 沿一方向樞轉[此樞轉方向係使該二端邊(8)互相靠近]。 各底墊（4)包含固定裝置以將該元件（1)頂住構造的表 面固定住。爲此，在此代表性實例中，各底（4)包含二個孔 (Π)，位於該元件的縱端之間的中間位置，且各孔之間有一段 距離（平行於該系列元件的方向測量）。最好，各元件的該二 個孔（11)整體位於在該元件兩端之間相同距離處，且它們之 間有一段間隙，此間隙相對於該元件的長度顯得較小得多。 如第4圖所示，可將元件固定到該構造上[此處係爲一 條樑（12)]，其中將底（4)的下支持面（6)頂向該構造的表面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
505780 A7 ____B7_ 五、發明說明（& ) (13)[它呈凸形，或在彎曲效應下易變凸形]。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲此所用的固定元件（14)的細節在圖中未詳示，但它們 可爲螺栓。利用此二個固定裝置[它們各對應於各元件的孔 (11)之一]，各元件的底(4)的下支持面（6)保持在各元件的中 央大致對表面（13)成相切。因此，我們可以確認，該系列的底 (4)以一種斷斷續續的線的形式足夠忠實地將該表面（13)的 曲線輪廓再生。因此該元件（1)不需隨表該構造彎曲。其角 鋼的形狀有助於它們免於彎曲。 檢出器可在一些應用中設在不平坦的表面或在本該平 坦（由於有平坦度上的瑕失）而不平坦的表面。爲此，如第1 圖所示，底（4)可有一個或數個可調節的支持裝置（16)(圖中 只在這些元件的一個上顯示單一個支持裝置），例如各由一 枚螺絲（17)構成，該螺絲可或多或少旋入底(4)的一個螺紋孔 中，以使其支持端（18)在下支持面（6)上造成一個可調節的凸 起。在使用時，調節該支持裝置（16)使各元件穩定地支持在 該構造上。 將連續元件（1)之間角度偏差檢出的角度偏差檢出裝置 (19)隨一個本體(21)及一運動檢知端子(22)安裝，本體(21) 固定在一個元件（1)的側翼(7)上，運動檢知端子(22)固定在 相鄰元件（1)的側翼（7)上。本體(21)及運動檢知端子（22)在 該二元件(7)上分別固定的點係被選設成使一條線(23)[沿此 線有位移被檢出]通過距相關的關節(2)的軸（3)—段距離處， 換言之，線(23)與軸(3)不得相交。 因此我們檢出沿線(23)相鄰的元件（1)之間的距離的變 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 505780 B7 五、發明說明（7 ) 化，而檢出相鄰的元件（1)之間的角度偏差。 檢出裝置宜爲如德國專利DE 39 02 997或日本專利號 特(願/開/公？)平6-291 249的一種檢知器。依這些文獻，一 條光纖形成一個線圏，繞著二個接點，該二個接點裝在殼體 (21)內，其中一接點相對於殼體(21)固定，另一接點裝在一滑 片上，該滑片和運動檢知端子(22)固定連接。在二接點之間 延伸的線圈的部段形成一個正弦形，其曲率在殼體(21)與檢 知端子（22)之間距離改變時亦改變。光纖的一端（24)用一 光源（26)照明。光纖的另一端(27)接到用於檢出該接收的 光強度的一檢出裝置(28)。當二個連續元件（1)的相對角位 置改變，則檢知端子（22)相對於相關的檢知器（19)的殼體 P1)位移。如此使殻體(21)中的光纖的正弦形的曲率改變， 且改變光纖中光的衰減度。這種衰減度的改變在光強度檢 出裝置(28)中檢出。 由光強度檢出裝置(28)所檢出的光強度被傳輸(例如呈 數位化形式）到一個處理單元（29)，該處理單元舉例而言，可 在一螢幕（31)顯示該構造的表面（13)的變形輪廓（32)，或再 提供數字結果，例如，沿表面（13)的長度範圍的不同點的彎曲 度的測量，或相關的應力値。 第2圖顯示本發明的裝置可利用簡單的螺紋夾（33)很 快地固定到該構造（12)上，例如把檢出器的元件(1)一個一個 固定上去。因此可在幾十秒中完成檢出器的安裝。 第3圖顯示這些元件（1)長度可互相大不相同。我們可 將很短的元件（1)放在那些預料會有重大變形之處，或放在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •線 -- 505780 A7 广 —__B7 _ 五、發明說明（S ) 鄰近之點之間的變形的變化很大之處，例如，在支持一根樑 (12)的柱子附近，或施到該樑（12)的負荷的附近。第3圖同 樣顯示該檢出器（10)只能延伸過該樑（12)或所要測量的其 他構造的一部分。舉例而言，我們可將檢出器（10)放在一個 會受到最大應力的區域。同樣地，也可利用外插法從與檢出 器關聯的區域的變形推論出其餘的樑（12)fc變形。 第5圖顯示，該檢出器（10)可同樣地放在一個凹形表面 (34)或在變形作用下容易變凹的表面。在此情形，宜利用圖 中未詳示的固定裝置（36)[它們與關節(2)相當]將元件固定 。如此可使該手段在該元件（1)的一些區域——特別是該底 (4)的一些區域[這些區域遠離其關節(2)]由於表面（34)的需 要根據凹度而分開。 不論用那種方式安裝，經常都要使關節的軸（3)大致平 行於該預料的變形所產生的曲線的軸。 在第6圖中所示實施例中，檢出器（1〇)已被放成頂住一 個隧道（42)的拱腳柱（41)(Pied-dr〇its)的內面以及頂住該隧 道的拱頂的內面(43)，各延著隧道內部橫截面輪廓。 在第7圖中所示實施例中，一個檢出器（10)被放在一地 面(44)以測量可能有的差別沉陷。檢出器（1〇)受重力而靠 在地上，換言之，係受本身重量作用，元件（1)可做成較重，以確 保各元件（1)與其所倚靠的地面(44)的部分之間有良好耦合 。在此方法的的實施例中，檢出器不需有固定裝置。 當然，本發明不限於上述實施例。 雖然用光學方式以檢出各元件之間的運動，由於其可靠 ^ ------------- — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) * · I I I I I I I ·11111111 I — III — — — — — — — — — — — — —— — — — 505780 A7 ----^---B7 五、發明說明（f ) 性大且對擾動有很大的不敏感性，因而較佳，但所有其他用 於檢出各元件之間的角度偏差的方式也可考慮。 關卽可用假關節（pseud〇-articuiati〇n)代替，例如呈可撓 彈性連結形式者。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·--------訂---------線丨·

Claims (1)

  1. 505780 Si 六、申請專利範圍 1. 一種彎曲及/或差別沉陷的檢出器，其特徵在： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 該檢出器包含： --有一列元件（1)，這些元件（1)利用關節(2)互相連接，且用 於安裝設成和要檢出差別彎曲及/或沉陷的構造（12)的一表 面（13)(34)的輪廓耦合;及 …用於檢出相鄰元件（1)之間的相對角度偏差的角度偏差檢 出裝置（19) 〇 2·如申請專利範圍第1項的檢出器，其中： 該用於檢出角度偏差的角度偏差檢出裝置（19)包含用 於檢出該二元件的各元件的二個點間的距離的裝置，該二點 位於一條線(23)上，該線延伸在距該關節(2)的軸(3) —段距離 處。 3·如申請專利範圍第2項的檢出器，其中： 該距離的檢出手段（19)包含至少一條光纖（24)(27)，呈 功能方式安裝在該二點之間。 4·如申請專利範圍第1或第2項的檢出器，其中： 各元件（1)包含一個固定底（4)及一由該底豎立起來的 側翼（7)，且該關節（2)將該元件（1)在其底（4)附近連接，且該 用於檢出角度偏差的角度偏差檢出裝置（19)接到該元件的 側翼⑺。 5·如申請專利範圍第1或第2項的檢出器，其中： 該檢出器包含固定裝置（11)以將各元件（1)固定在該構 造上，該固定裝置位在該元件（1)的各端之間的中間位置。 6·如申請專利範圍第5項的檢出器，其中： 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 505780 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 該固定裝置（11)係藉著將元件（1)沿切向緊貼住構造 (12)的表面（13)而裝設。 7·如申請專利範圍第5 項的檢出器，其中： 該固定裝置包含二個各形式的裝置，大致沿 該系列元件的方向分佈。 8·如申請專利範圍第1或第2項的檢出器，其中： 該檢出器包含該系統元件（1)的固定裝置（36)以將之固 定在相鄰元件（1)之間的關節(2)的區域中。 9·如申請專利範圍第1或第2項的檢出器，其中： 這些元件（1)至少有二種不同長度，該長度係延該系歹[] 元件的方向測量者。 10.如申請專利範圍第1或第2項的檢出器，其中： 這些元件（1)之中至少有一個包含可調節的支持裝置 (16)，以使其在構造（12)的表面的支持作用穩定。 11· 一種用於測量一種構造的差別彎曲及/或沉陷的方 法，其特徵在： 沿著該構造（12)的一表面（13)(34)的至少一部分放多個 連續的元件（1)，該元件之間用關節(2)連接，且檢出連續元件 之間的角度偏差。 12·如申請專利範圍第11項的方法，其中： 將該檢出器放在一凸起的表面(13)且爲此將該元件（1) 固定成使其中間區域大致和該表面（13)相切。 13.如申請專利範圍第12項的方法，其中： 利用二個固定裝置（14)將各元件（1)固定，該固定裝置大 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ，1T*" 線丨在 505780 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範園 致循著該元件（1)的系列的方向。 14. 如申請專利範圍第11項的方法，其中： 將該系列的元件（1)在關節(2)附近固定到該構造（12)上 〇 15. 如申請專利範圍第Π項或第12項的方法，其中： 利用快速旋緊裝置，如螺紋夾（33)將該系列元件（1)與該 表面（13)(34)(44)結合，或利用重力使該系列元件⑴倚靠在 該表面上而使該系列元件（1)與該表面（13)(34)(44)結合。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公愛)
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