移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)及垂直位移變形監(jiān)測的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)及垂直位移變形監(jiān)測的方法。為了提高測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)的可靠性和通用性，降低成本，所述水準(zhǔn)系統(tǒng)包括安置在穩(wěn)定點(diǎn)上用于盛裝液體的基準(zhǔn)靜力水準(zhǔn)管筒，安置在變形點(diǎn)上用于盛裝液體的多個測點(diǎn)靜力水準(zhǔn)管筒，以及用于測量靜力水準(zhǔn)管筒內(nèi)液體液面與該靜力水準(zhǔn)管筒頂端之間距離的測距裝置；相鄰兩個靜力水準(zhǔn)管筒的下部之間通過相應(yīng)的連通管串接連通。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、精度穩(wěn)定、量程調(diào)整簡便、半自動測讀、自動記錄、造價低廉、降低工作成本，效果良好。
【專利說明】移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)及垂直位移變形監(jiān)測的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于工程變形監(jiān)測的移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)及垂直位移變形 監(jiān)測的方法，適用于垂直位移變形監(jiān)測的具體情況。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)條件下，工程建筑物通常采用靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行垂直位移變形監(jiān)測。靜 力水準(zhǔn)系統(tǒng)由靜力水準(zhǔn)儀和連通管構(gòu)成，靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)分人工測讀和自動測讀2種形式， 人工測讀系統(tǒng)由于精度低，極少在工程變形監(jiān)測中應(yīng)用，自動測讀系統(tǒng)由自動測讀靜力水 準(zhǔn)儀并與采集裝置、通訊裝置并配套相應(yīng)采集和管理軟件組成，其中自動測讀靜力水準(zhǔn)儀 由靜力水準(zhǔn)測點(diǎn)裝置和配套的專用傳感器組織，目前使用的傳感器類型有電容式、電感式、 CCD、液體壓力、光纖和步進(jìn)馬達(dá)等型式，自動測讀靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)已在水利水電工程、交通工 程等工程項(xiàng)目中普遍使用。
[0003] 自動測讀靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)具有原理簡單、精度穩(wěn)定、自動測讀、自動記錄和自動進(jìn)行 監(jiān)測數(shù)據(jù)管理和分析等特點(diǎn)，但由于該系統(tǒng)每個測點(diǎn)必須配置靜力水準(zhǔn)儀，且必須與采集 裝置、通訊裝置和配套的采集和管理軟件才能正常工作，因此系統(tǒng)投入較大，同時系統(tǒng)對防 雷接地要求較高、加之通訊控制電纜距離較長，系統(tǒng)出現(xiàn)故障的幾率也大，目前只有在重要 工程的重點(diǎn)部位才能使用，限制了它的使用范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了提高靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)的可靠性、通用性和安裝的便捷性，降低成本，本發(fā)明旨在 提供一種移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低，便于推廣。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 一種移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，包括安置在穩(wěn)定點(diǎn)上用于盛裝液體的 基準(zhǔn)靜力水準(zhǔn)管筒，安置在變形點(diǎn)上用于盛裝液體的多個測點(diǎn)靜力水準(zhǔn)管筒，以及用于測 量靜力水準(zhǔn)管筒內(nèi)液體液面與該靜力水準(zhǔn)管筒頂端之間距離的測距裝置；相鄰兩個靜力水 準(zhǔn)管筒的下部之間通過相應(yīng)的連通管串接連通。
[0006] 以下為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案： 所述測距裝置包括控制測讀儀，以及通過電纜與控制測讀儀相連的測頭；所述測頭具 有測針。由此，所述的測頭可移動性，系統(tǒng)配置等于或大于1個。所述的控制測讀儀具有控 制測頭工作，并具有供電、記錄、顯示和數(shù)據(jù)傳輸功能。
[0007] 所述靜力水準(zhǔn)管筒由金屬材料制成或加裝導(dǎo)電裝置的非金屬材料制成。由此，所 述的靜力水準(zhǔn)管筒采用金屬材料加工，有良好的導(dǎo)電性，如采用其它材料加工，則加裝相應(yīng) 的導(dǎo)電裝置。
[0008] 所述的測頭采用步進(jìn)馬達(dá)和絲桿測針配合工作，在靜力水準(zhǔn)管筒中與水面接觸時 停止下行，通過馬達(dá)編碼計數(shù)器和測針上螺距測量下行距離。
[0009] 優(yōu)選地，位于穩(wěn)定點(diǎn)上的基點(diǎn)和位于變形點(diǎn)上的測點(diǎn)高程相對一致。
[0010] 進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種利用上述移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)垂直位移變形 監(jiān)測的方法，包括如下步驟： 1) 安裝基準(zhǔn)靜力水準(zhǔn)管筒和多個測點(diǎn)靜力水準(zhǔn)管筒，安裝時基點(diǎn)和測點(diǎn)高程相對一 致，并注入液體，使各連通管均充盈且靜力水準(zhǔn)管筒水位連通管上一定范圍，此時，基點(diǎn)靜 力水準(zhǔn)管筒和各測點(diǎn)靜力水準(zhǔn)管筒內(nèi)的液位高程一致的； 2) 、首次測量時(第0次)，測量基點(diǎn)靜力水準(zhǔn)管筒管頂至管中水位之間距離L基^，并依 次測量測點(diǎn)靜力水準(zhǔn)管筒管頂至管中水位之間距離Lip……、Ln(l ;各測點(diǎn)管頂與 基點(diǎn)管頂?shù)穆劤滩罘謩e為：H1Q= L1Q_ L基Q、H2Q= L2Q_ L基。、......、HnQ= LnQ_ L基； 3) 、進(jìn)入變形監(jiān)測周期測量即第1、2、……、i次時，每次均重復(fù)與首次相同的測量過程， 由于測點(diǎn)高程已發(fā)生變形，各測點(diǎn)管頂與基點(diǎn)管頂?shù)母叱滩罘謩e為：H1 e Lli- L基i、H2 e ΙΑ-[基^……、Ηη?=Ι^- 1^基1 ;系統(tǒng)中各測點(diǎn)垂直位移變形值存在下列關(guān)系式，即： AHlfHli-HlfiXli- 1^基1)-仏1(|_ L 基 0) L 基 0) Δ HnfHni-Hn。：仏叫-L 基）-(Ln。- L 基 0) 以上各式中：i為測次，η為測點(diǎn)編號。
[0011]由此，所述移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)采用可調(diào)節(jié)多安裝方式靜力水準(zhǔn)管筒，方便 調(diào)整系統(tǒng)量程。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)的工 作原理清晰、結(jié)構(gòu)簡單、精度穩(wěn)定、方便調(diào)整量程、半自動測讀、自動記錄、造價低廉，可以在 投入較少、自動化程度要求相對不高的如城市地下交通工程、高層建筑、風(fēng)電場基礎(chǔ)、碼頭 等和其它變形量較大建筑物的工程變形監(jiān)測中應(yīng)用。
[0013]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)首次觀測工作原理圖（首次觀測）； 圖2是移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)周期觀測工作原理圖(周期觀測)。
[0015] 其中： 1-靜力水準(zhǔn)管筒；2-連通管；3-測頭；4-測針；5-通訊控制電纜；6-控制測讀儀。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 依據(jù)圖1和圖2說明移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)【具體實(shí)施方式】。
[0017] 靜力水準(zhǔn)管筒1由鋼管加工，管底密封并具有基座結(jié)構(gòu)，底部具有與連通管2的連 接結(jié)構(gòu)，頂部具有與測頭配合結(jié)構(gòu)并具有保護(hù)蓋。
[0018] 連通管2選用有防腐性能較好的軟管。
[0019] 所述測頭由測針、編碼器、控制模塊、通訊模塊和外殼組成，其中測針上部是螺紋 并與步進(jìn)馬達(dá)連接，工作時由控制測讀儀6控制測針下行，當(dāng)測針下行到水面時，測針與水 面通過金屬管筒并與測頭形成閉合電路，測針停止，馬達(dá)編碼計數(shù)器計數(shù)并乘以螺紋螺距 即得下行距離，并在控制測讀儀6記錄模塊中記錄。
[0020] 通訊控制電纜5選用通用多芯電纜解決方案，并采用通用接頭，分別與測頭3和控 制測讀儀6連接。
[0021] 控制測讀儀6由電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)、通訊控制系統(tǒng)和通訊接口組成。
[0022] 系統(tǒng)安裝調(diào)試完成后，全可以進(jìn)行測量工作，首次測量和周期測量程序都是一樣 的，采用控制測讀儀并采用通訊控制電纜與測頭連接，在控制測讀儀上控制測頭上的測針， 當(dāng)測針下行到水面時，測針與水面通過金屬管筒并與測頭形成閉合電路，測針停止，此時在 控制測讀儀記錄測針下行距離，即可測量靜力水準(zhǔn)管筒的管頂與管中水位差，通過周期性 觀測并采用相關(guān)公式計算，可計算所得各測點(diǎn)相對基點(diǎn)各周期觀測的垂直位移變形量，達(dá) 到垂直位移變形監(jiān)測的目的。
[0023] 本發(fā)明的工作原理：如圖1所示，一個移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)由1個基點(diǎn)和η個 測點(diǎn)組成，基點(diǎn)和測點(diǎn)均按設(shè)計位置安置上部具有保護(hù)蓋下部具有基座的靜力水準(zhǔn)管筒1， 按設(shè)計要求，基點(diǎn)安置在穩(wěn)定點(diǎn)(基準(zhǔn)點(diǎn))，而測點(diǎn)則安裝在變形點(diǎn)，基點(diǎn)和測點(diǎn)的靜力水準(zhǔn) 管筒1采用連通管2將其串聯(lián)，安裝時要求基點(diǎn)和測點(diǎn)高程相對一致，并注入蒸餾水，使連 通管2均充盈且靜力水準(zhǔn)管筒1水位連通管上一定范圍，此時，基點(diǎn)和各測點(diǎn)靜力水準(zhǔn)管筒 1水位高程是一致的。
[0024] 首次測量時(第0次)，將具有測針4的測頭3插入靜力水準(zhǔn)管筒1，并將測頭4通 過通訊控制電纜5與控制測讀儀6連接，并開啟控制測讀器6測量鍵，測頭3的測針4啟動 并下行至水面停止，此時即可測量基點(diǎn)靜力水準(zhǔn)管筒1管頂至管中水位之間距離L基0 (測 針固定值+行程值)，并依次測量測點(diǎn)靜力水準(zhǔn)管筒1管頂至管中水位之間距離Lip L2。、 L3。、……、Ln。。這里，各測點(diǎn)管頂與基點(diǎn)管頂?shù)母叱滩罘謩e為：H1Q= L1Q- L基Q、H2Q= L2。- L q λ ****** λ Hhq_ Liiq L ο
[0025] 進(jìn)入變形監(jiān)測周期測量即第1、2、……、i次時，以第i次為例，重復(fù)與首次相同的 測量過程，由于測點(diǎn)高程已發(fā)生變形，變形示意圖如圖2,此時各測點(diǎn)管頂與基點(diǎn)管頂?shù)母?程差分別為：HI i= Llf- L 基丨、H2 i= L2i_ L 基丨、......、HneLr^- L 基 it)
[0026] 由于基點(diǎn)是固定不動點(diǎn)，因此，系統(tǒng)中各測點(diǎn)垂直位移變形值存在下列關(guān)系式， 即： AHlfHli-HlfiXli- 1^基1)-仏1(|_ L 基 0) L 基 0) Δ HnfHni-Hn。：仏叫-L 基）-(Ln。- L 基 0) 式中：i為測次，η為測點(diǎn)編號。
[0027] 上述實(shí)施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實(shí)施例僅用于更清楚地說明本發(fā)明，而不 用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式 的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，包括安置在穩(wěn)定點(diǎn)上用于盛裝液體的 基準(zhǔn)靜力水準(zhǔn)管筒，安置在變形點(diǎn)上用于盛裝液體的多個測點(diǎn)靜力水準(zhǔn)管筒，以及用于測 量靜力水準(zhǔn)管筒內(nèi)液體液面與該靜力水準(zhǔn)管筒頂端之間距離的測距裝置；相鄰兩個靜力水 準(zhǔn)管筒的下部之間通過相應(yīng)的連通管（2)串接連通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述測距裝置包括 控制測讀儀（6)，以及通過電纜（5)與控制測讀儀（6)相連的測頭（3);所述測頭（3)具有測 針⑷。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述靜力水準(zhǔn)管筒 由金屬材料制成或加裝導(dǎo)電裝置的非金屬材料制成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，位于穩(wěn)定點(diǎn)上的基 點(diǎn)和位于變形點(diǎn)上的測點(diǎn)高程相對一致。
5. -種利用權(quán)利要求1-4之一所述移動測讀式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)垂直位移變形監(jiān)測的方 法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 安裝基準(zhǔn)靜力水準(zhǔn)管筒和多個測點(diǎn)靜力水準(zhǔn)管筒，安裝時基點(diǎn)和測點(diǎn)高程相對一 致，并注入液體，使各連通管（2)均充盈且靜力水準(zhǔn)管筒（1)水位連通管上一定范圍，此時， 基點(diǎn)靜力水準(zhǔn)管筒和各測點(diǎn)靜力水準(zhǔn)管筒內(nèi)的液位高程一致的； 2) 首次測量時(第0次)，測量基點(diǎn)靜力水準(zhǔn)管筒管頂至管中水位之間距離L基^，并依 次測量測點(diǎn)靜力水準(zhǔn)管筒管頂至管中水位之間距離Lip……、Ln(l ;各測點(diǎn)管頂與 基點(diǎn)管頂?shù)穆劤滩罘謩e為：H1Q= L1Q_ L基Q、H2Q= L2Q_ L基。、......、HnQ= LnQ_ L基； 3) 進(jìn)入變形監(jiān)測周期測量即第1、2、……、i次時，每次均重復(fù)與首次相同的測量過程， 由于測點(diǎn)高程已發(fā)生變形，各測點(diǎn)管頂與基點(diǎn)管頂?shù)母叱滩罘謩e為：H1 e Lli- L基i、H2 e ΙΑ-[基^……、Ηη?=Ι^- 1^基1 ;系統(tǒng)中各測點(diǎn)垂直位移變形值存在下列關(guān)系式，即： AHlfHli-HlfiXli- 1^基1)-仏1(|_ L 基 0) L 基 0) Δ HnfHni-Hn。：仏叫-L 基）-(Ln。- L 基 0) 以上各式中：i為測次，η為測點(diǎn)編號。
【文檔編號】G01C5/04GK104089603SQ201410335048
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】邱山鳴 申請人:中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院有限公司