專利名稱：一種提高結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)控的高精度監(jiān)測方法，屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控和傳感器應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
橋梁、房屋、道路、地面、船體、飛機機身等結(jié)構(gòu)在受到負載及外力作用時，會產(chǎn)生一定的沉降形變。通過對于結(jié)構(gòu)各處的沉降的精確測量，可以對結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)及安全性能進行監(jiān)控。現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)沉降測量方法一般采用一個液體連通管連通各處監(jiān)測點的液體壓力傳感器，液體連通管的一端連接著一個液面保持器，通過測量液體壓力傳感器的壓強值計算出傳感器與液面保持器的基準液面的高度差，從而實現(xiàn)測量目的。該方法有以下缺點·液體壓力傳感器的量程必須覆蓋全部監(jiān)測點的壓強變換范圍，必須選擇大量程的壓力傳感器，測量精度相對較低，同時需要對每次測量的結(jié)果進行繁瑣的偏置校準。

發(fā)明內(nèi)容
一種提高結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測精度的方法，其特征在于，依次含有以下步驟步驟(I )，構(gòu)造一個結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測系統(tǒng)所述結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測系統(tǒng)含有被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(I)、液體連通管(2)、液面保持器(3)、測量液體(4)、支撐桿件(5)、液壓平衡管(6)以及液體壓力傳感器(7)，其中被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(I)，是包括橋梁、房屋、道路、底面、船體、飛機機身在內(nèi)的多種結(jié)構(gòu)中的任何一種，被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(I)上設(shè)有多個監(jiān)測點(9)，在所述被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(I)的每個監(jiān)測點
(9)的位置通過支撐桿件(5)固定支撐一個所述液體壓力傳感器(7)和一個所述液壓平衡管(6)，液體連通管(2 )，分以下三類第一類所述液體連通管(21 )，有一根，一端和所述液面保持器(3)的底部相連通，第二類所述液體連通管(22)，有多根，一端通過液體連通管轉(zhuǎn)接頭(8)和第一類液體連通管(21)連通，另一端和述所述液體壓力傳感器(7)的第二接口(72)相連通，第三類所述液體連通管(23)，有多根，一端和所述液壓平衡管(6)的底部相連通，另一端和所述液體壓力傳感器(7)的第一接口(71)相連通，測量液體(4)，是具有固定密度和非揮發(fā)特性的液體，所述測量液體(4)通過所述液體連通管(2 )在液面保持器(3 )、液體壓力傳感器(7 )和液壓平衡管(6 )之間流通，液體壓力傳感器(7)，包括第一接口(71)、第二接口(72)和傳感片(73)，所述第一接口(71)或第二接口(72)向所述傳感片(73)兩邊輸送測量液體(4)，以便所述傳感片(73)測量其兩邊測量液體(4)的壓強差，液壓平衡管(6)，是一個上端開口的柱狀容器，內(nèi)部容納所述測量液體(4)，將測量液體(4)通過第三類液體連通管(23)輸送到所述液體壓力傳感器(7)的第一接口(71)，
液面保持器(3 )，是一個直徑大于所述液壓平衡管(6 )和液體連通管(2 )的直徑的柱狀容器，上端有一個通氣孔，所述液面保持器(3)內(nèi)部容納所述測量液體(4)，將測量液體(4)通過第一類液體連通管(21)和第二類液體連通管(22)輸送到所述液體壓力傳感器
(7)的第二接口(72)，所述液面保持器(3)固定在被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(I)之外的位置，不隨被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(I)的沉降而沉降，步驟(2)，依次按以下步驟監(jiān)測所述被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(I)的各個監(jiān)測點(9)的沉降高度H 步驟(2. I)被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(I)的偏置校正，在靜止狀態(tài)下，所述被監(jiān)測結(jié)構(gòu)⑴的各個監(jiān)測點(9)的沉降為零，依次向所述液面保持器(3)和各個液壓平衡管(6)中注入所述測量液體(4)，使各個液壓平衡管(6)內(nèi)的液面高度和液面保持器(3)內(nèi)的液面高度相等，此時液體壓力傳感器(7)的傳感片(73)兩 邊的壓強差為零，在沉降情況下，按以下公式計算所述被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(I)的各個監(jiān)測點(9)的沉降高度H:H=S/(Pg)米，其中S為所述液體壓力傳感器(7)的傳感片(73)兩邊的壓強差，單位為帕斯卡，P為所述測量液體(4)的密度，單位為千克/米3，g為重力加速度常量，單位為米/秒2。同現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明采用一個固定的液面保持器作為基準液面，同時通過在液體壓力傳感器一端加入液壓平衡管抵消了傳感片兩邊固有的壓強差偏置，從而結(jié)構(gòu)監(jiān)測可以采用量程小精度高的液體壓力傳感器，提高結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測的精度，檢測過程只需進行一次初始化偏置校準。本發(fā)明可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)沉降的多點同時高精度監(jiān)測，并可以長期、穩(wěn)定的工作，有利于實現(xiàn)結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測的自動化和網(wǎng)絡(luò)化。


圖I是本發(fā)明提出的提高結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測精度的方法的示意圖；圖2是結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測方法進行初始偏置校準的示意圖；圖3是利用本發(fā)明對結(jié)構(gòu)沉降正常監(jiān)測時的液面變化示意圖。附圖標志I、被監(jiān)測結(jié)構(gòu)，2、液體連通管，3、液面保持器，4、測量液體，5、支撐桿件，6、液壓平衡管，7、液體壓力傳感器，71、第一接口，72、第二接口，73、傳感片，8、液體連通管轉(zhuǎn)接頭，9、監(jiān)測點。
具體實施例方式提高結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測精度的方法所使用的裝置，包括液體連通管、測量液體、液面保持器、液體壓力傳感器、液壓平衡管，被監(jiān)測結(jié)構(gòu)選定若干監(jiān)測位置作為監(jiān)測點，每個監(jiān)測點固定一個液體壓力傳感器和一個液壓平衡管，隨著被監(jiān)測結(jié)構(gòu)一同沉降，所有監(jiān)測點的液體壓力傳感器的第二接口通過液體連通管連通到液面保持器的底部，第一接口通過液體連通管連接到監(jiān)測點各自的液壓平衡管的底部。
所述液體壓力傳感器包括傳感片、第一接口和第二接口，液體壓力傳感器的傳感片分割開第一接口和第二接口所通入的測量液體。所述液面保持器是一個橫截面積大于液體連通管橫截面積的柱形容器，液面保持器固定在被監(jiān)測結(jié)構(gòu)之外的位置，不隨被監(jiān)測結(jié)構(gòu)一同沉降，液面保持器內(nèi)部通過一個小孔與外部大氣連通，液面保持器內(nèi)部容納一定高度的測量液體。所述液壓平衡管是一個上端開口的柱形容器，液壓平衡管內(nèi)部容納一定高度的測量液體，對被監(jiān)測結(jié)構(gòu)進行初始化偏置校準時，所有監(jiān)測點的液壓平衡管的液面高度被設(shè)定為與液面保持器中的液面一致。所述測量液體是具有固定密度和非揮發(fā)特性的液體，測量液體通過液體連通管在液面保持器、液體壓力傳感器和液壓平衡管之間流通。 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述如圖I所示，本發(fā)明的提高結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測精度的方法，包括液體連通管2，液面保持器3，測量液體4，支撐桿件5，液壓平衡管6，液體壓力傳感器7。被監(jiān)測結(jié)構(gòu)I的每個監(jiān)測點9通過支撐桿件5固定支撐一個液壓平衡管6和一個液體壓力傳感器7，液壓平衡管6和液體壓力傳感器7隨著被監(jiān)測結(jié)構(gòu)I 一起沉降，液壓平衡管6通過液體連通管23和液體壓力傳感器7的第一端口 71相連通，液面保持器3固定在被監(jiān)測結(jié)構(gòu)I之外的位置，不隨被監(jiān)測結(jié)構(gòu)I 一起沉降，液面保持器3通過液體連通管21、液體連通管22和所有液體壓力傳感器7的第二接口 72相連通，液面保持器3的直徑大于液壓平衡管6和液體連通管2的直徑，使得液體保持器3的液面不隨被監(jiān)測結(jié)構(gòu)I的沉降而變化。對于被監(jiān)測結(jié)構(gòu)各個監(jiān)測點的沉降測量執(zhí)行過程如下步驟(I )，如圖2所示，對于被監(jiān)測結(jié)構(gòu)I進行初始化偏置校準，校準過程在被監(jiān)測結(jié)構(gòu)I的安靜狀態(tài)下進行，此時被監(jiān)測結(jié)構(gòu)I各個監(jiān)測點9都具有零沉降。校準的方法是先將液面保持器3內(nèi)注入一定高度的測量液體4，然后將各個監(jiān)測點9的液壓平衡管6內(nèi)注入測量液體4，使所有液壓平衡管內(nèi)6的液面高度與液面保持器3的液面處于同一水平面上，此時液體壓力傳感器7的傳感片73兩邊的測量液體的壓強相等，壓強差為零。步驟(2)，如圖3所示，被監(jiān)測結(jié)構(gòu)I處在正常監(jiān)測狀態(tài)，各個監(jiān)測點9各自具有一定的沉降，使得液壓平衡管6的液面隨著被監(jiān)測結(jié)構(gòu)I 一起下降，而液面保持器3的液面沒有變化，這樣液體壓力傳感器7的傳感片73兩邊的測量液體4具有壓強差S帕斯卡。測量液體的密度為P千克/米3，重力加速常量為g米/秒2，則被監(jiān)測結(jié)構(gòu)I的監(jiān)測點9的沉降高度H=S/ (P g)米。
權(quán)利要求
1.一種提高結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測精度的方法，其特征在于，依次含有以下步驟 步驟(I )，構(gòu)造一 個結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測系統(tǒng) 所述結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測系統(tǒng)含有被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(I)、液體連通管(2)、液面保持器(3)、測量液體(4)、支撐桿件(5)、液壓平衡管(6)以及液體壓力傳感器(7)，其中 被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(1)，是包括橋梁、房屋、道路、底面、船體、飛機機身在內(nèi)的多種結(jié)構(gòu)中的任何一種，被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(I)上設(shè)有多個監(jiān)測點(9)，在所述被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(I)的每個監(jiān)測點(9)的位置通過支撐桿件(5 )固定支撐一個所述液體壓力傳感器(7 )和一個所述液壓平衡管(6 )，液體連通管(2)，分以下三類 第一類所述液體連通管(21)，有一根，一端和所述液面保持器(3)的底部相連通， 第二類所述液體連通管(22)，有多根，一端通過液體連通管轉(zhuǎn)接頭(8)和第一類液體連通管(21)連通，另一端和述所述液體壓力傳感器(7)的第二接口(72)相連通， 第三類所述液體連通管(23)，有多根，一端和所述液壓平衡管(6)的底部相連通，另一端和所述液體壓力傳感器(7)的第一接口(71)相連通， 測量液體(4)，是具有固定密度和非揮發(fā)特性的液體，所述測量液體(4)通過所述液體連通管(2)在液面保持器(3)、液體壓力傳感器(7)和液壓平衡管(6)之間流通， 液體壓力傳感器(7)，包括第一接口(71 )、第二接口(72)和傳感片(73)，所述第一接口(71)或第二接口(72)向所述傳感片(73)兩邊輸送測量液體(4)，以便所述傳感片(73)測量其兩邊測量液體(4)的壓強差， 液壓平衡管(6)，是一個上端開口的柱狀容器，內(nèi)部容納所述測量液體(4)，將測量液體(4 )通過第三類液體連通管(23 )輸送到所述液體壓力傳感器(7 )的第一接口( 71)， 液面保持器(3 )，是一個直徑大于所述液壓平衡管(6 )和液體連通管(2 )的直徑的柱狀容器，上端有一個通氣孔，所述液面保持器(3)內(nèi)部容納所述測量液體(4)，將測量液體(4)通過第一類液體連通管(21)和第二類液體連通管(22)輸送到所述液體壓力傳感器(7)的第二接口(72)，所述液面保持器(3)固定在被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(I)之外的位置，不隨被監(jiān)測結(jié)構(gòu)Cl)的沉降而沉降， 步驟(2)，依次按以下步驟監(jiān)測所述被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(I)的各個監(jiān)測點(9)的沉降高度H: 步驟(2. I)被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(I)的偏置校正， 在靜止狀態(tài)下，所述被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(I)的各個監(jiān)測點(9)的沉降為零，依次向所述液面保持器(3)和各個液壓平衡管(6)中注入所述測量液體(4)，使各個液壓平衡管(6)內(nèi)的液面高度和液面保持器(3)內(nèi)的液面高度相等，此時液體壓力傳感器(7)的傳感片(73)兩邊的壓強差為零， 在沉降情況下，按以下公式計算所述被監(jiān)測結(jié)構(gòu)(I)的各個監(jiān)測點(9)的沉降高度H : H=S/(P g)米， 其中S為所述液體壓力傳感器(7)的傳感片(73)兩邊的壓強差，單位為帕斯卡，P為所述測量液體(4)的密度，單位為千克/米3，g為重力加速度常量，單位為米/秒2。
全文摘要
一種提高結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測精度的方法，屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控和傳感器應(yīng)用領(lǐng)域，其特征在于采用一個固定的且不隨結(jié)構(gòu)沉降而沉降的液面保持器作為基準液面，同時通過在液體壓力傳感器的一端加入一個液壓平衡管以抵消液體壓力傳感器的初始壓強偏差，減小了所使用的液體壓力傳感器的量程，提高了液體壓力傳感器的測量靈敏度，從而提高了結(jié)構(gòu)沉降的監(jiān)測精度，同時簡化了測量過程的校準程序，該方法只需一次靜態(tài)的初始化校準，克服了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測的低精度、校準過程繁瑣的缺點。
文檔編號G01C5/04GK102927966SQ20121042771
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者李讓坤, 王鵬軍, 劉偉, 羅洪, 徐淑正, 楊華中 申請人:清華大學(xué)