專利名稱：利用液壓和溫度測(cè)量豎直位移的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測(cè)及監(jiān)測(cè)橋梁撓度、地面沉降、樓宇下沉和移動(dòng)的位移檢測(cè)和監(jiān)測(cè)的 測(cè)量方法及裝置，尤其是利用水平液面作為參考平面的自動(dòng)豎直位移測(cè)量方法及裝置。
背景技術(shù)：
檢測(cè)橋梁撓度、地面沉降、樓宇下沉在現(xiàn)代路橋、建筑中起著重要的作用?，F(xiàn)有技術(shù)中， 用于檢測(cè)及監(jiān)測(cè)橋梁撓度、地面沉降的方法和裝置較多。但是，大都沒(méi)有考慮環(huán)境溫度對(duì)測(cè) 量系統(tǒng)的影響，因而存在測(cè)量精度不高的問(wèn)題。例如CN101055218 (專利申請(qǐng)?zhí)枮?200710103777.0)公開(kāi)了一種"橋梁撓度和位移的監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法"，它是利用攝像頭視 頻采集設(shè)備實(shí)時(shí)采集的直圓管或直圓桿與等效直線圓桿或等效直線圓管的圖像數(shù)據(jù)，并經(jīng)過(guò) 計(jì)算機(jī)處理后計(jì)算出橋梁待檢測(cè)位置的垂向和/或縱向位移，其存在的不足在于對(duì)于大型和特 大型橋梁不適用，精度受光線、溫度等因素干擾。CN1651855 (專利號(hào)為200510020375.5)公 開(kāi)的"二維、大量程激光撓度/位移測(cè)量方法及裝置"，它通過(guò)控制可控阻尼鉸鏈結(jié)構(gòu)使反映 被測(cè)結(jié)構(gòu)位置的激光光束水平射到光斑接收測(cè)量裝置上形成光斑，經(jīng)攝像設(shè)備對(duì)光斑和標(biāo)記 成像，再計(jì)算激光光斑的重心位置和發(fā)光二極管像的相對(duì)距離，獲得目前光斑的坐標(biāo)，把坐 標(biāo)減去初始值，即獲得目前光斑的位移值，得出被測(cè)結(jié)構(gòu)的二位位移，該裝置的激光光束只 能水平射到光斑接收測(cè)量裝置上，因此激光發(fā)射器和光斑接收測(cè)量裝置必須處于同一水平線 上；對(duì)于存在傾角的場(chǎng)地?zé)o法使用，安裝和使用的范圍有限，即使是在水平面上安裝，要求 激光光束完全水平射到光斑接收測(cè)量裝置的調(diào)試和操作也很困難；其次，該裝置在進(jìn)行基準(zhǔn) 調(diào)試時(shí)必須很嚴(yán)格地調(diào)整攝像設(shè)備和屏幕的位置，使處于屏幕四個(gè)角的標(biāo)記剛好進(jìn)行攝像范 圍，操作和調(diào)整的要求高，再次該裝置只能放于固定地點(diǎn)且激光發(fā)射器必須向下安裝作監(jiān)測(cè) 之用，不能任意更換擺放位置，無(wú)法完成對(duì)不同要求的被測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)。
由此可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)關(guān)于撓度/位移測(cè)量的方法和裝置，雖然利用圖像信息系統(tǒng)能夠?qū)?梁撓度和地面沉降等進(jìn)行位移測(cè)量，但均沒(méi)有考慮溫度因素對(duì)測(cè)量精度的影響，由于溫差變 化而產(chǎn)生的測(cè)量誤差無(wú)法避免，同時(shí)對(duì)于光線干擾較強(qiáng)時(shí)也不能正常使用。因此，現(xiàn)有測(cè)量 方法和裝置存在使用范圍受限，沒(méi)有克服由于溫差對(duì)測(cè)量精度的影響，制約其在檢測(cè)及監(jiān)測(cè) 橋梁撓度、地面沉降和樓宇下沉等方面的真正推廣和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量精 度的影響，不受光線干擾影響的利用液壓和溫度測(cè)量豎直位移的方法及裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的利用液壓和溫度測(cè)量豎直位移的方法，其特征在于，在n
個(gè)相同的盛液管內(nèi)底部分別設(shè)有壓力傳感器和溫度傳感器，所述壓力傳感器和溫度傳感器通
過(guò)電路與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連；所述n個(gè)盛液管底部通過(guò)軟管連通，其中一個(gè)盛液管豎向設(shè)于基
準(zhǔn)點(diǎn)，其余盛液管分別豎向設(shè)于多個(gè)待測(cè)點(diǎn)；
根據(jù)各待測(cè)點(diǎn)豎直位移變化情況，其盛液管液體深度隨之增加或減少； 各壓力傳感器將測(cè)得的當(dāng)前壓力Fo、 Ft、 F2、…Fn輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； 各溫度傳感器將測(cè)得的當(dāng)前溫度T()、 T。 T2、…Tn輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)液體溫度T和該溫度下的液體密度P ,并利用公式F= P gL，計(jì)算各盛
液管的液體深度L。、 L" L2、…L,、，以及各待測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行比較的豎直高差A(yù)Ln，并進(jìn)行
分析比較即可測(cè)得待測(cè)點(diǎn)的豎直位移變化情況；
其中，n為正整數(shù)，F(xiàn)為壓力，P為當(dāng)前溫度下液體的密度，g為重力常數(shù)9.8, L為液體深度。
進(jìn)一歩，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量計(jì)算的待測(cè)點(diǎn)的豎直位移和振動(dòng)情況，畫(huà)出分析圖表 或位移的長(zhǎng)期走勢(shì)圖。
本發(fā)明利用液壓和溫度測(cè)量豎直位移的裝置，包括多個(gè)盛液管，各盛液管底部通過(guò)軟管 依次連通；盛液管內(nèi)底部分別設(shè)有壓力傳感器和溫度傳感器，所述壓力傳感器和溫度傳感器 通過(guò)電路與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連。進(jìn)一步，還設(shè)有由盛液容器、控制開(kāi)關(guān)和出液管構(gòu)成的液體自 動(dòng)補(bǔ)充裝置。
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果-
1、 本發(fā)明方法考慮環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量精度的影響，通過(guò)壓力傳感器測(cè)量液壓柱的變化，并 通過(guò)不同溫度下的液體密度進(jìn)行換算，具有測(cè)量精度高的特點(diǎn)；同時(shí)不受光線干擾影響。
2、 本發(fā)明裝置采用普通的直通管作盛液管，由軟管連通；壓力和溫度傳感器采用成熟的 普通元件，不需要使用成本較高的光學(xué)設(shè)備和復(fù)雜儀器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、調(diào)試方便， 可靠性好的特點(diǎn)；而且成本較低。
3、 本發(fā)明裝置自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便，便于觀察。
4、 可同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)位移的變化情況，而且可以靈活增、減測(cè)量點(diǎn)。
45、 根據(jù)測(cè)量的需要，通過(guò)選擇不同長(zhǎng)度的豎向盛液直管改變測(cè)量范圍；同時(shí)，可根據(jù)量 程改變A/D轉(zhuǎn)換器以保證測(cè)量精度不變。
6、 采用超低功耗設(shè)計(jì)并具備液體自動(dòng)補(bǔ)充器和通信功能，可長(zhǎng)期無(wú)人值守工作，并能及 時(shí)將測(cè)量信號(hào)傳送到監(jiān)測(cè)站；溫度自動(dòng)補(bǔ)償和零點(diǎn)自穩(wěn)定得以實(shí)現(xiàn)，從而大大提高測(cè)量精度； 具有測(cè)量精度高，使用范圍廣，可用于短期、長(zhǎng)期、遠(yuǎn)距離檢測(cè)及監(jiān)測(cè)橋梁、地面、樓宇等 豎直位移檢測(cè)和監(jiān)測(cè)。


圖1是本發(fā)明利用液壓和溫度測(cè)量豎直位移裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是圖1中任一盛液管部件的放大圖。 圖3是本發(fā)明一種具體使用方式的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
一種利用液壓和溫度測(cè)量豎直位移的方法，是在多個(gè)相同的盛液管內(nèi)底部分別設(shè)有壓力 傳感器和溫度傳感器，所述壓力傳感器和溫度傳感器通過(guò)電路(附控制處理器)與計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)相連；所述多個(gè)盛液管底部通過(guò)軟管連通，其中一個(gè)盛液管豎向設(shè)于基準(zhǔn)點(diǎn)，其余的盛液 管分別豎向設(shè)于各待測(cè)點(diǎn)；
根據(jù)各待測(cè)點(diǎn)豎直位移變化情況，其盛液管液體深度隨之增加或減少； 各壓力傳感器將測(cè)得的當(dāng)前壓力F()、 F,、 F2、…F。輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； 各溫度傳感器將測(cè)得的當(dāng)前溫度To、 T,、 T2、…Tn輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)液體溫度T和該溫度下的液體密度P，利用公式F=PgL，計(jì)算各盛液 管的液體深度Lo、 L,、 L2、…L。，以及各待測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行比較的豎直高差A(yù)Ln，并進(jìn)行分 析比較即可測(cè)得待測(cè)點(diǎn)的豎直位移變化情況；
其中，P為當(dāng)前溫度下液體的密度，g為重力常數(shù)9.8。
本發(fā)明方法根據(jù)預(yù)先設(shè)定的測(cè)量周期進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果由計(jì)算機(jī)計(jì)算并顯示； 計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的壓力信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理后，根據(jù)當(dāng)前溫度的高低，結(jié)合液體在各溫度點(diǎn)的密 度進(jìn)行傳感器距離液面位置的運(yùn)算，并與系統(tǒng)開(kāi)始時(shí)的初始液位值進(jìn)行比較，計(jì)算出各待測(cè) 點(diǎn)相對(duì)于固定點(diǎn)的豎直位移大小，并加以存儲(chǔ)，必要時(shí)將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)方的監(jiān)測(cè)站；根
據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，可以測(cè)量出待測(cè)點(diǎn)的豎直位移大小和振動(dòng)情況，方便地得出分析圖表，畫(huà)出位移的長(zhǎng)期走勢(shì)。
參見(jiàn)圖1和圖2，實(shí)現(xiàn)利用液壓和溫度測(cè)量豎直位移方法的裝置，包括多個(gè)(如三個(gè)至數(shù)
十個(gè)，根據(jù)需要確定)盛液管1，各盛液管1底部通過(guò)軟管6依次連通；盛液管1內(nèi)底部分別
設(shè)有壓力傳感器2和溫度傳感器3，所述壓力傳感器2和溫度傳感器3通過(guò)電路4與計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)5相連；所述盛液管l為直通管，可設(shè)上蓋，直通管的上部設(shè)有與大氣相通的氣孔。
另外，還設(shè)有由盛液容器7、控制開(kāi)關(guān)8和出液管9構(gòu)成的液體自動(dòng)補(bǔ)充裝置，控制開(kāi)關(guān) 8與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連。當(dāng)任一盛液管內(nèi)液面低于設(shè)定值時(shí)，液體自動(dòng)補(bǔ)充裝置的控制開(kāi)關(guān)8 開(kāi)啟，向任一盛液管1內(nèi)補(bǔ)充適當(dāng)液體。本發(fā)明采用液體自動(dòng)補(bǔ)充裝置，當(dāng)液體蒸發(fā)到一定 程度后，位置較高的點(diǎn)獲得的壓力會(huì)較低，可以設(shè)定一個(gè)最小閾值，當(dāng)液面較低時(shí)，自動(dòng)進(jìn) 行液體的補(bǔ)充。
參見(jiàn)圖3，使用本裝置測(cè)量橋梁或地面豎直位移的一種具體實(shí)施例將任一個(gè)盛液管l
固定于不動(dòng)的A點(diǎn)作為參考點(diǎn)(基準(zhǔn)點(diǎn))，其余的各盛液管l豎向固定于待測(cè)點(diǎn)，由于各盛液 管l底部相互連通，其液面必然處于同一水平面，因此該液面可以作為一個(gè)測(cè)量參考面。各 待測(cè)點(diǎn)由于發(fā)生豎向位移變形至B、 C和D點(diǎn)后，相應(yīng)位置的盛液管1內(nèi)液體深度增加或減 少，各壓力傳感器將測(cè)得的當(dāng)前壓力Fw F,、 F2、…F。輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；各溫度傳感器將測(cè) 得的當(dāng)前溫度To、 T,、 T2、…Tn輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)液體溫度T和該溫度下的 液體密度P，利用公式F=PgL，計(jì)算各盛液管的液體深度L。、 L,、 L2、 Ln，并將各待測(cè) 點(diǎn)與參考點(diǎn)(基準(zhǔn)點(diǎn))進(jìn)行比較，得到豎直高差A(yù)L,、 AL2、 AL3和ALn，并進(jìn)行分析比較 即可測(cè)得待測(cè)點(diǎn)的豎直位移變化情況；從而得到待測(cè)點(diǎn)與參考點(diǎn)的豎直位移，并加以存儲(chǔ)。 必要時(shí)將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)方的監(jiān)測(cè)站；根據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，可以測(cè)量出待測(cè)點(diǎn)的豎直位移大 小和振動(dòng)情況，方便地得出分析圖表，畫(huà)出位移的長(zhǎng)期走勢(shì)。
本發(fā)明通過(guò)壓力傳感器測(cè)得的壓力來(lái)獲知當(dāng)前傳感器與液面的距離的方法為獲知當(dāng)前 的壓力F和液體溫度T，通過(guò)當(dāng)前溫度下的密度/ ，根據(jù)F^PgL計(jì)算得到液體深度L。
由于每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的水平位置不同，而液面處于同一水平位置，因此，壓力傳感器距離液 面的深度不同，將每個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)得的L賦給該點(diǎn)的L。，即可利用上述方法得到每點(diǎn)相對(duì)于固 定參考點(diǎn)的豎直位移。
壓力傳感器和溫度傳感器獲得的信號(hào)可以通過(guò)可編程儀表放大器和高精度的A/D轉(zhuǎn)換器， 并且通過(guò)單片機(jī)和接口電路與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，可以方便地調(diào)整信號(hào)采集和測(cè)量頻率、量程 和精度，因此使用調(diào)試方便，不僅能夠測(cè)量各點(diǎn)間的靜態(tài)豎直位移，當(dāng)釆集和測(cè)量頻率較高 時(shí)，還能測(cè)量各點(diǎn)間的動(dòng)態(tài)豎直位移和豎向振動(dòng)。
權(quán)利要求
1、利用液壓和溫度測(cè)量豎直位移的方法，其特征在于，在n個(gè)相同的盛液管(1)內(nèi)底部分別設(shè)有壓力傳感器(2)和溫度傳感器(3)，所述壓力傳感器(2)和溫度傳感器(3)通過(guò)電路(4)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(5)相連；所述n個(gè)盛液管(1)的底部通過(guò)軟管(6)依次連通；將其中任一盛液管(1)豎向設(shè)于基準(zhǔn)點(diǎn)，其余盛液管(1)分別豎向設(shè)于多個(gè)待測(cè)點(diǎn)；根據(jù)各待測(cè)點(diǎn)豎直位移變化情況，其盛液管(1)液體深度隨之增加或減少；各壓力傳感器(2)將測(cè)得的當(dāng)前壓力F0、F1、F2、…Fn輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(5)；各溫度傳感器(3)將測(cè)得的當(dāng)前溫度T0、T1、T2、…Tn輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(5)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(5)根據(jù)液體溫度T確定該溫度下的液體密度ρ，并利用公式F＝ρgL計(jì)算各盛液管(1)的液體深度L0、L1、L2、…Ln，以及各待測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的豎直高差△Ln，并進(jìn)行分析比較即可測(cè)得各待測(cè)點(diǎn)的豎直位移變化情況；其中，n為正整數(shù)，F(xiàn)為壓力，ρ為當(dāng)前溫度下液體的密度，g為重力常數(shù)9.8，L為液體深度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述利用液壓和溫度測(cè)量豎直位移的方法，其特征在于，所述計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)(5)根據(jù)測(cè)量計(jì)算的待測(cè)點(diǎn)的豎直位移和振動(dòng)情況，畫(huà)出分析圖表或位移的長(zhǎng)期走勢(shì)圖。
3、 實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于，包括多個(gè)盛液管(1)，各盛液管(1) 底部通過(guò)軟管(6)依次連通；盛液管(1)內(nèi)底部分別設(shè)有壓力傳感器(2)和溫度傳感器(3)，所述壓力傳感器(2)和溫度傳感器(3)通過(guò)電路(4)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(5)相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，還設(shè)有由盛液容器(7)、控制開(kāi)關(guān)(8) 和出液管(9)構(gòu)成的液體自動(dòng)補(bǔ)充裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用液壓和溫度測(cè)量豎直位移的方法及裝置，是在n個(gè)相同的盛液管內(nèi)底部分別設(shè)有壓力傳感器和溫度傳感器，所述壓力傳感器和溫度傳感器通過(guò)電路與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連；所述n個(gè)盛液管下部或底通過(guò)軟管連通，其中一個(gè)盛液管豎向設(shè)于基準(zhǔn)點(diǎn)，其余盛液管分別豎向設(shè)于多個(gè)待測(cè)點(diǎn)；計(jì)算機(jī)將各待測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)液面高差ΔLn進(jìn)行比較，并分析即可測(cè)得待測(cè)點(diǎn)的豎直位移變化情況。本發(fā)明方法考慮環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量精度的影響，通過(guò)壓力傳感器測(cè)量液壓柱的變化，并通過(guò)不同溫度下的液體密度進(jìn)行換算，具有測(cè)量精度高的特點(diǎn)；同時(shí)不受光線干擾影響。本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、調(diào)試方便，可靠性好的特點(diǎn)；而且成本較低。
文檔編號(hào)G01B13/02GK101446486SQ200810233389
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者周建庭, 藍(lán)章禮 申請(qǐng)人:重慶交通大學(xué)