一種桿式收斂計及其使用方法
【專利摘要】一種桿式收斂計及其使用方法，主要由輕質(zhì)金屬測桿、主測讀桿、固定錨頭與測點固定錨頭等的相互連接組成。輕質(zhì)金屬測桿和主測讀桿通過連接螺栓母無縫對接，主測讀桿主要由中空桿體、內(nèi)藏鋼測尺、彈簧、金屬壓桿、鎖緊裝置、螺旋測微器、測力彈簧、基準(zhǔn)窗組成。收斂計連接完成后，抽出內(nèi)藏在主測讀桿內(nèi)的測尺，抽測尺過程中壓緊內(nèi)藏彈簧，同時也張緊了收斂計，而后擰緊測尺鎖緊環(huán)，讀粗讀數(shù)；而后旋轉(zhuǎn)接在主測讀桿端部的螺旋測微器，同時壓緊測力彈簧，當(dāng)測力彈簧導(dǎo)桿的刻度線與測桿上設(shè)置的基準(zhǔn)窗上的刻度線重合時，表明張緊力已調(diào)準(zhǔn)，精確測讀尾數(shù)，由兩者相加即可獲得測量值。具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測量精度高且穩(wěn)定、適用性強(qiáng)的特點。
【專利說明】一種桿式收斂計及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種桿式收斂計及其使用方法，屬于測量儀器，尤其適用于地下工程中圍巖受力變形和穩(wěn)定性的監(jiān)測，可在采礦、建筑、水利、交通、軍工等部門的巷(隧)道與硐室中應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]收斂計由于攜帶方便，測讀精確，儀器結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，加上工程應(yīng)用的需求使得收斂計研究已有幾十年的歷史。目前，收斂計的測量主體，絕大多數(shù)仍是以傳統(tǒng)鋼尺為主，收斂計測讀時，測讀器部分通過定位銷與鋼尺沖孔的結(jié)合，使收斂計張緊，進(jìn)行首讀。其中沖孔鋼尺和定位銷配合不準(zhǔn)，收斂計自重使鋼尺產(chǎn)生撓度，溫度變化產(chǎn)生的熱脹冷縮等系列問題，增大了測量系統(tǒng)誤差。雖然部分誤差可進(jìn)行消除，但系統(tǒng)的精確測量始終得不到可靠保證。由于地下工程環(huán)境相對惡劣，鋼尺有易銹蝕、折斷、刻度模糊等問題，使儀器的使用耐久性降低，維護(hù)困難?，F(xiàn)有收斂計使用在巷(隧)道或硐室兩幫測量較為方便，但高低位測量中收斂計與高點連接非常困難，采用金屬桿式收斂計能有效的解決這一問題。針對避免因尺帶彈性變形引起的實際加載值下降，專利號為99115008.2公開了一種自鎖緊搖柄式收斂計，但其存在讀數(shù)困難，精度不高的缺陷；針對減少收斂計的微調(diào)量，提高收斂計的測量速度，專利號為92229266.3公開了一種伸縮式數(shù)顯收斂計，其在大斷面巷道中使用不理想，表現(xiàn)出適應(yīng)性不強(qiáng)問題；專利號為200520017066.8公開了一種集控制與測量于一體的張力及測微全數(shù)顯收斂計，盡管測量精度提高，但數(shù)顯收斂計不易被推廣和應(yīng)用，尤其是在煤礦巷道和地下深部巷道監(jiān)測中，電子收斂計要求防爆，受潮濕、電磁波以及地磁等工程環(huán)境影響，數(shù)顯讀數(shù)漂移，無法精度。以上幾種典型收斂計雖然在一定工程環(huán)境中取得了較好效果，但各自存在不同缺陷，不能有效的解決測量準(zhǔn)確、長時間使用和適用性強(qiáng)等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、造價低廉、既能滿足所需精度又便于在巷(隧)道或硐室中使用的桿式收斂計。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明的金屬桿式收斂計，包括萬向鉤、固定錨頭、金屬輕質(zhì)測桿、連接螺栓母、主測讀桿，所述的主測讀桿包括內(nèi)藏鋼測尺、測尺彈簧、金屬壓桿、測尺鎖緊環(huán)、螺旋測微器、基準(zhǔn)窗、測力彈簧、測力彈簧導(dǎo)桿、軸承、空心鋼桿體；所述測尺鎖緊環(huán)由螺紋鋼環(huán)和鋼卡扣構(gòu)成，通過擰緊鋼環(huán)卡住內(nèi)藏鋼測尺；所述螺旋測微器由刻度桿和刻度旋鈕構(gòu)成；主測讀桿包括依次連接的空心鋼桿體、螺旋測微器、刻度桿及測力彈簧導(dǎo)桿，其中測尺彈簧嵌套在內(nèi)藏鋼測尺上縮入空心鋼桿體內(nèi)，測尺鎖緊環(huán)通過螺紋旋緊在空心鋼桿體一端，測力彈簧嵌套在金屬壓桿測力彈簧導(dǎo)桿上，基準(zhǔn)窗與金屬壓桿連接并一同嵌套在測力彈簧導(dǎo)桿上，軸承固定于金屬壓桿的外側(cè)端；主測讀桿一端通過連接螺栓母與金屬輕質(zhì)測桿的一端相連接，無縫對接，金屬輕質(zhì)測桿另一端經(jīng)萬向鉤與預(yù)先安裝在測點一端上的固定錨頭連接，通過伸縮內(nèi)藏鋼測尺調(diào)整長度，將主測讀桿另一端的萬向鉤與測點另一端固定的固定錨頭連接；內(nèi)藏鋼測尺拉出的長度通過測尺鎖緊環(huán)鎖定；測力彈簧導(dǎo)桿上設(shè)有導(dǎo)桿刻度線，通過基準(zhǔn)窗調(diào)準(zhǔn)導(dǎo)桿刻度線與基準(zhǔn)窗刻度線相重合。
[0005]所述的金屬輕質(zhì)測桿采用自重小，剛度大的薄壁不銹鋼管制作，根據(jù)實際測量需求選用長度分別為:2m、l.5m、lm、0.5m ;所述內(nèi)藏鋼測尺的可伸縮長度為0.5m ;所述的固定錨頭由內(nèi)有螺紋的鋼套筒與鋼鉤環(huán)焊接而成，其內(nèi)螺母直徑根據(jù)實際測量需求分別為:M24、M22、M20、M18。
[0006]本發(fā)明金屬桿式收斂計的使用方法，在需預(yù)測斷面選定縱向或橫向測點位置，在測點縱向或橫向兩側(cè)安裝好固定錨頭，將金屬輕質(zhì)測桿一端上的萬向鉤與測點一側(cè)的固定錨頭的鉤環(huán)相連，金屬輕質(zhì)測桿的另一端通過連接螺栓母與主測讀桿連接；測量前將螺旋測微器旋松到零位點，先預(yù)估計出定縱向或橫向測點之間的大致距離，將內(nèi)藏鋼尺從收斂計中拉出，端平收斂計，擰緊測尺鎖緊環(huán)；一只手托住收斂計，另一只手旋進(jìn)螺旋測微器，通過基準(zhǔn)窗進(jìn)行調(diào)準(zhǔn)，當(dāng)測力彈簧導(dǎo)桿的導(dǎo)桿刻度線與基準(zhǔn)窗刻度線重合時，表明張緊力已調(diào)準(zhǔn)；測尺鎖緊環(huán)處的讀數(shù)為長度首數(shù)，螺旋測微器處的讀數(shù)為長度尾數(shù)，首數(shù)+尾數(shù)=兩點間距離，即可確定測量值；
[0007]如果分別在兩次不同時間，保持同一方法測量，則兩次不同時間測量的測點間距離變化即為該測點的變形(位移)值，此值除以兩次測量的時間差即為變形(位移)速度。
[0008]有益效果:本發(fā)明以輕質(zhì)金屬桿為主體的測量裝置，采用螺旋測微器和內(nèi)藏尺與中空鋼質(zhì)測桿的結(jié)合，有效解決了測量斷面高點與底部變形量測的連接問題；避免了傳統(tǒng)收斂計以鋼尺為主要測量工具因儀器重量所引起的撓度和校準(zhǔn)問題。收斂計連接完成后，抽出內(nèi)藏在主測讀桿內(nèi)的測尺，抽測尺過程中壓緊內(nèi)藏彈簧，同時也張緊了收斂計，而后擰緊鎖緊裝置，讀粗讀數(shù)。而后旋轉(zhuǎn)接在主測讀桿端部的螺旋測微器，同時壓緊測力彈簧，當(dāng)測力彈簧導(dǎo)桿的刻度線與測桿上設(shè)置的基準(zhǔn)窗上的刻度線重合時，表明張緊力已調(diào)準(zhǔn)，精確測讀尾數(shù)，由兩者相加即可獲得測量值。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測量精度高且穩(wěn)定、適用性強(qiáng)等特點。桿式結(jié)構(gòu)新穎；測量精密度提高；多節(jié)測桿根據(jù)測量距離拆解組合，觀測便捷；宜攜帶，適應(yīng)性強(qiáng)。在錨桿支護(hù)巷道使用該儀器更加便捷(固定錨頭可直接固定在作為測點的錨桿尾部)。與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0009]1.輕質(zhì)金屬測桿使儀器自重小，并在桿體長度內(nèi)均勻分布；多節(jié)桿體連接后桿體直，且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大；而且桿體全部是由中空鋼質(zhì)測桿組成，很好的減小了由于收斂計自重所引起的撓度，避免了以鋼尺為主要測量工具的傳統(tǒng)收斂計因儀器重量所引起的撓度下垂誤差問題，增加了該收斂計的精度，減小了系統(tǒng)誤差。
[0010]2.桿式結(jié)構(gòu)新穎，多節(jié)測桿自由組合，安裝時螺栓母無縫連接，操作簡單，該儀器有效解決了以往高低位測量中收斂計與高點連接困難的問題，工程適應(yīng)性強(qiáng)。
[0011]3.主測讀桿的設(shè)計集中體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)合理、操作簡捷、測讀精確的特點。傳統(tǒng)收斂計粗調(diào)的基本裝置為鋼卷尺，而本收斂計為管中內(nèi)藏鋼尺與金屬壓桿結(jié)合的測桿，該設(shè)計有效保護(hù)了內(nèi)藏測尺，限制了彈簧截面的變形，同時降低了桿體的撓度，保證了測量結(jié)果的精確度。主測讀桿一端連接螺旋測微器和測力彈簧，通過基準(zhǔn)窗實現(xiàn)了測量的高精度，解決了數(shù)顯儀器因環(huán)境影響而產(chǎn)生的讀數(shù)漂移不精確的問題，避免了測量環(huán)境帶來的不利影響。此外，收斂計連接后經(jīng)初次校準(zhǔn)后便可長期使用?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的金屬桿式收斂計結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的主測讀桿結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明在巷(隧)道中使用示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明的固定錨頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中:1_萬向鉤、2-固定錨頭、3-金屬輕質(zhì)測桿、4-連接螺栓母、5-內(nèi)藏鋼測尺、6-測尺彈簧、7-金屬壓桿、8-測尺鎖緊環(huán)、9-螺旋測微器、10-基準(zhǔn)窗、11-基準(zhǔn)窗刻度線、12-測力彈簧、13-測力彈簧導(dǎo)桿、14-導(dǎo)桿刻度線、15-軸承。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進(jìn)一步描述:
[0018]本發(fā)明的金屬桿式收斂計，主要由萬向鉤1、固定錨頭2、金屬輕質(zhì)測桿3、連接螺栓母4、主測讀桿構(gòu)成。所述的主測讀桿包括內(nèi)藏鋼測尺5、測尺彈簧6、金屬壓桿7、測尺鎖緊環(huán)8、螺旋測微器9、基準(zhǔn)窗10、測力彈簧12、測力彈簧導(dǎo)桿13、軸承15、空心鋼桿體16 ;所述的固定錨頭2由內(nèi)有螺紋的鋼套筒與鋼鉤環(huán)焊接而成，其內(nèi)螺母直徑根據(jù)實際測量需求分別為:M24、M22、M20、M18 ;所述的金屬輕質(zhì)測桿3采用自重小，剛度大的薄壁不銹鋼管制作，根據(jù)實際測量需求選用長度分別為:2m、1.5m、lm、0.5m。所述測尺鎖緊環(huán)8由螺紋鋼環(huán)和鋼卡扣構(gòu)成，通過擰緊鋼環(huán)卡住內(nèi)藏鋼測尺5 ;所述螺旋測微器9由刻度桿和刻度旋鈕構(gòu)成；主測讀桿包括依次連接的空心鋼桿體16、螺旋測微器9、刻度桿及測力彈簧導(dǎo)桿13，其中測尺彈簧6嵌套在內(nèi)藏鋼測尺5上縮入空心鋼桿體16內(nèi)，所述內(nèi)藏鋼測尺5的可伸縮長度為0.5m ;測尺鎖緊環(huán)8通過螺紋旋緊在空心鋼桿體16 —端，測力彈簧12嵌套在金屬壓桿7測力彈簧導(dǎo)桿13上，基準(zhǔn)窗10與金屬壓桿7連接并一同嵌套在測力彈簧導(dǎo)桿13上，軸承15固定于金屬壓桿7的外側(cè)端；主測讀桿一端通過連接螺栓母4與金屬輕質(zhì)測桿3的一端相連接，無縫對接，金屬輕質(zhì)測桿3另一端經(jīng)萬向鉤I與預(yù)先安裝在測點一端上的固定錨頭2連接，通過伸縮內(nèi)藏鋼測尺5調(diào)整長度，將主測讀桿另一端的萬向鉤I與測點另一端固定的固定錨頭2連接；內(nèi)藏鋼測尺5拉出的長度通過測尺鎖緊環(huán)8鎖定；測力彈簧導(dǎo)桿13上設(shè)有導(dǎo)桿刻度線14，通過基準(zhǔn)窗10調(diào)準(zhǔn)導(dǎo)桿刻度線14與基準(zhǔn)窗刻度線11相重合；主測讀桿與金屬輕質(zhì)測桿3連接部位設(shè)有軸承15，可方便收斂計轉(zhuǎn)動完成連接。金屬輕質(zhì)測桿3與主測讀桿通過連接螺栓母無縫對接，兩端金屬輕質(zhì)測桿帶有萬向鉤可與已固定在測點上固定錨頭連接。
[0019]本發(fā)明金屬桿式收斂計的使用方法，先預(yù)設(shè)量測斷面測點，在需預(yù)測斷面選定縱向或橫向測點位置，在測點縱向或橫向兩側(cè)安裝好固定錨頭2，將金屬輕質(zhì)測桿3 —端上的萬向鉤I與測點一側(cè)的固定錨頭2的鉤環(huán)相連，金屬輕質(zhì)測桿3的另一端通過連接螺栓母4與主測讀桿連接；測量前將螺旋測微器9旋松到零位點，先預(yù)估計出定縱向或橫向測點之間的大致距離，將內(nèi)藏鋼尺6從收斂計中拉出，端平收斂計，擰緊測尺鎖緊環(huán)8 ;一只手托住收斂計，另一只手旋進(jìn)螺旋測微器9，通過基準(zhǔn)窗10進(jìn)行調(diào)準(zhǔn)，當(dāng)測力彈簧導(dǎo)桿13的導(dǎo)桿刻度線14與基準(zhǔn)窗刻度線11重合時，表明張緊力已調(diào)準(zhǔn)；測尺鎖緊環(huán)8處的讀數(shù)為長度首數(shù)，螺旋測微器9處的讀數(shù)為長度尾數(shù)，首數(shù)+尾數(shù)=兩點間距離，即可確定測量值；
[0020]如果分別在兩次不同時間，保持同一方法測量，則兩次不同時間測量的測點間距離變化即為該測點的變形(位移)值，此值除以兩次測量的時間差即為變形(位移)速度。
[0021]使用過程中，測力彈簧12不能硬拉硬扭，以產(chǎn)生不應(yīng)有的永久變形。量測后，及時反向轉(zhuǎn)動測尺鎖緊環(huán)8，使收斂計松弛，從測點固定錨頭2摘下萬向鉤，取下收斂計，將測桿逐節(jié)旋下，將內(nèi)藏鋼尺5縮入主測讀桿內(nèi)，螺旋測微器9還原零點，將主測讀桿、輕質(zhì)金屬測桿收起以備下次使用。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬桿式收斂計，包括萬向鉤(I)、固定錨頭(2)、金屬輕質(zhì)測桿(3)、連接螺栓母(4)、主測讀桿，其特征在于:所述的主測讀桿包括內(nèi)藏鋼測尺(5)、測尺彈簧(6)、金屬壓桿(7)、測尺鎖緊環(huán)(8)、螺旋測微器(9)、基準(zhǔn)窗(10)、測力彈簧(12)、測力彈簧導(dǎo)桿(13)、軸承(15)、空心鋼桿體(16);所述測尺鎖緊環(huán)(8)由螺紋鋼環(huán)和鋼卡扣構(gòu)成，通過擰緊鋼環(huán)卡住內(nèi)藏鋼測尺(5);所述螺旋測微器(9)由刻度桿和刻度旋鈕構(gòu)成；主測讀桿包括依次連接的空心鋼桿體(16)、螺旋測微器(9)、刻度桿及測力彈簧導(dǎo)桿(13)，其中測尺彈簧(6)嵌套在內(nèi)藏鋼測尺(5)上縮入空心鋼桿體(16)內(nèi)，測尺鎖緊環(huán)(8)通過螺紋旋緊在空心鋼桿體(16)—端，測力彈簧(12)嵌套在金屬壓桿(7)測力彈簧導(dǎo)桿(13)上，基準(zhǔn)窗(10)與金屬壓桿(7)連接并一同嵌套在測力彈簧導(dǎo)桿(13)上，軸承(15)固定于金屬壓桿(7)的外側(cè)端；主測讀桿一端通過連接螺栓母(4)與金屬輕質(zhì)測桿(3)的一端相連接，無縫對接，金屬輕質(zhì)測桿(3)另一端經(jīng)萬向鉤(I)與預(yù)先安裝在測點一端上的固定錨頭(2)連接，通過伸縮內(nèi)藏鋼測尺(5)調(diào)整長度，將主測讀桿另一端的萬向鉤(I)與測點另一端固定的固定錨頭(2)連接；內(nèi)藏鋼測尺(5)拉出的長度通過測尺鎖緊環(huán)(8)鎖定；測力彈簧導(dǎo)桿(13)上設(shè)有導(dǎo)桿刻度線(14)，通過基準(zhǔn)窗(10)調(diào)準(zhǔn)導(dǎo)桿刻度線(14)與基準(zhǔn)窗刻度線(11)相重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬桿式收斂計，其特征在于:所述的金屬輕質(zhì)測桿采用自重小，剛度大的薄壁不銹鋼管制作，根據(jù)實際測量需求選用長度分別為:2m、1.5m、lm、0.5m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬桿式收斂計，其特征在于:所述內(nèi)藏鋼測尺(5)的可伸縮長度為0.5m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬桿式收斂計，其特征在于:所述的固定錨頭(2)由內(nèi)有螺紋的鋼套筒與鋼鉤環(huán)焊接而成，其內(nèi)螺母直徑根據(jù)實際測量需求分別為:M24、M22、M20、M18。
5.一種如權(quán)利要求1所述金屬桿式收斂計的使用方法，其特征在于:在需預(yù)測斷面選定縱向或橫向測點位置，在測點縱向或橫向兩側(cè)安裝好固定錨頭(2)，將金屬輕質(zhì)測桿(3)一端上的萬向鉤(I)與測點一側(cè)的固定錨頭(2)的鉤環(huán)相連，金屬輕質(zhì)測桿(3)的另一端通過連接螺栓母(4)與主測讀桿連接；測量前將螺旋測微器(9)旋松到零位點，先預(yù)估計出定縱向或橫向測點之間的大致距離，將內(nèi)藏鋼尺(6)從收斂計中拉出，端平收斂計，擰緊測尺鎖緊環(huán)(8);—只手托住收斂計，另一只手旋進(jìn)螺旋測微器(9)，通過基準(zhǔn)窗(10)進(jìn)行調(diào)準(zhǔn)，當(dāng)測力彈簧導(dǎo)桿(13)的導(dǎo)桿刻度線(14)與基準(zhǔn)窗刻度線(11)重合時，表明張緊力已調(diào)準(zhǔn)；測尺鎖緊環(huán)(8)處的讀數(shù)為長度首數(shù)，螺旋測微器(9)處的讀數(shù)為長度尾數(shù)，首數(shù)+尾數(shù)=兩點間距離，即可確定測量值； 如果分別在兩次不同時間，保持同一方法測量，則兩次不同時間測量的測點間距離變化即為該測點的變形(位移)值，此值除以兩次測量的時間差即為變形(位移)速度。
【文檔編號】G01B5/02GK103884263SQ201410111040
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】周鋼, 周廈, 王超, 鄒長磊 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)