本發(fā)明涉及一種測試裝置及測量方法，尤其涉及一種用于對測斜儀的綜合誤差技術(shù)指標(biāo)測試的裝置及方法，屬于測試測量領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著近年來國內(nèi)邊坡、基坑工程項目的大量增加，測斜儀得到廣泛使用。測斜儀是一種高精度的傾斜角度測量儀，用于獲得深部位移信息，專門用于巖土地基位移測量的儀器，適用于各種巖土地基橫向和縱向位移的測量。測斜儀以加速度計為核心敏感元件的，一般是由測頭、控制電纜和讀數(shù)儀等部件構(gòu)成，國內(nèi)外主流測斜儀的分辨力一般為0.02mm，相當(dāng)于測頭傾角分辨力為8″。工作原理是當(dāng)測頭從測孔底部按控制電纜步距拉升至測孔頂部，可得到每個測量間距的水平位移，累加后，即可獲得測孔頂部相對于底部的水平位移。測斜儀的測量方法通常按照角度測量儀器進行測試，國內(nèi)外測斜儀廠家一般給出角度測量精度指標(biāo)。但是由測斜儀工作原理，它的工作過程和角度測量儀器是不同的，需要考慮測斜儀在巖土工程測量中的工況：即測頭放置在測斜管中，由控制電纜提升，導(dǎo)輪沿著測斜管滑動。這種工況下“傳感器誤差”，“控制電纜提升”、“導(dǎo)輪滾動”等各種因素都對測斜儀測量精度造成影響，也是用戶最關(guān)心的指標(biāo)，即“測斜儀綜合誤差(total error)”，以“誤差值/測孔深度”形式給出，該指標(biāo)一般由大量的工程實測數(shù)據(jù)分析得來，目前未見實驗室測試手段。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種能夠完成測斜儀綜合誤差測試的實驗室裝置及測量方法，充分考慮測斜儀作為位移和角度復(fù)合測量的特點，是一種可對測斜儀的綜合誤差技術(shù)指標(biāo)進行測試的裝置。測量原理如下：將測斜儀測頭放入導(dǎo)槽內(nèi)，通過電機驅(qū)動將測頭沿導(dǎo)槽提升一段距離，通過球柵尺實現(xiàn)對測頭滑動距離的精確測量，利用電子自準直儀發(fā)出的光經(jīng)過五棱鏡折轉(zhuǎn)到固定在測斜儀測頭的反射鏡上，反射光經(jīng)過五棱鏡再折轉(zhuǎn)至電子自準直儀上，得到測斜儀測頭的精確角度偏移，通過自準直儀得到實際的精確相對位移，測斜儀測量的位移與該值比較，得出綜合誤差。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種測斜儀綜合誤差測試裝置，包括：測斜儀工況模擬裝置1、測頭滑動距離測量裝置2和傾角測量裝置3，

所述測斜儀工況模擬裝置1，用于容納測斜儀測頭5，供其上下滑動模擬工作狀態(tài)；

所述測頭滑動距離測量裝置2，用于測量測斜儀測頭5的滑動距離；

傾角測量裝置3，用于測量測斜儀測頭5的精確角度偏移。

所述測斜儀綜合誤差測試裝置還包括平臺4，所述測斜儀工況模擬裝置1固定在平臺4上，且傾角可調(diào)，使測斜儀工況模擬裝置1能夠調(diào)節(jié)測斜儀測頭5的工作傾角，來模擬實際工況中測斜管的傾斜。

所述測斜儀工況模擬裝置1包括測試架11和提升裝置12；所述測試架11的主體由帶導(dǎo)槽111的槽體112構(gòu)成，所述導(dǎo)槽111為測斜儀測頭5的導(dǎo)輪51提供滾動軌道；所述提升裝置12包括驅(qū)動裝置和連接裝置，所述驅(qū)動裝置通過連接裝置帶動測斜儀測頭5沿導(dǎo)槽111滑動。

所述測試架11還設(shè)有底板13和斜拉板筋14；所述槽體112底端與底板13固定連接，頂端通過斜拉板筋114與底板13其它部位固定連接，形成三角支撐；所述底板13通過推拉螺栓15與所述平臺4活動連接；

所述驅(qū)動裝置包括步進電機121、聯(lián)軸器122、角接觸球軸承123、軸承套124和繞線軸125，并依次連接；所述連接裝置包括鋼絲(126)和滑輪(127)，所述鋼絲(126)一端與繞線軸125連接，另一端通過滑輪127與測斜儀測頭5連接；所述步進電機121帶動繞線軸125轉(zhuǎn)動，從而拉動鋼絲126并帶動測斜儀測頭5提升。

所述測頭滑動距離測量裝置2為球柵數(shù)顯，包括球柵尺21和讀數(shù)頭22，所述球柵尺21固定在測斜儀工況模擬裝置1上，所述讀數(shù)頭22固定在測斜儀測頭5上。

所述傾角測量裝置3包括準直儀31、五棱鏡32和反射鏡33，

所述準直儀31是測量光源，發(fā)出的入射光經(jīng)五棱鏡32和反射鏡33反射回準直儀31，通過測量反射光在準直儀31CCD上的坐標(biāo)，從而給出測斜儀測頭(5)的精確角度偏移；

所述五棱鏡32安裝在所述槽體112底部，用于將入射光方向折轉(zhuǎn)90°，使入射光沿測斜儀測頭軸向向上；同樣將反射光方向折轉(zhuǎn)90°，使其進入準直儀31；

所述反射鏡33安裝在測斜儀測頭5上，用于反射沿測斜儀測頭軸向向上的入射光；

所述準直儀31、五棱鏡32和反射鏡33都分別設(shè)有調(diào)節(jié)裝置，用于初始校正。

一種測斜儀綜合誤差測量方法，包括以下步驟：

步驟1，將測斜儀測頭放置在帶有導(dǎo)槽的測斜儀工況模擬裝置中，調(diào)整測斜儀測頭的工作傾角處于位置A；

步驟2，控制測斜儀側(cè)條沿導(dǎo)槽向上提升，通過測頭滑動距離測量裝置和傾角測量裝置測量并得到位置A下的基準累計位移值ΔA_total；所述測斜儀測頭向上提升過程中，采用分段提升和測量，并對所述測斜儀測頭進行正反兩次測量；每次測斜儀測頭提升的距離由槽體長度、測頭總長度和測量段N確定，相當(dāng)于為實際工況提供了N個測量點，每個測試段用來表征實際工況中向上提升L＝500mm的距離。

其中，L為測頭導(dǎo)輪間距基準，一般為500mm；θ_Ai為A位置下傾角測量裝置給出的每個測量段的傾角，并且為正反兩次測量的平均值；N為測量段數(shù)；

步驟3，通過測斜儀測頭測量并得到位置A下的初測累計位移值Δ′A_total；

其中，L_A1i為A位置測斜儀正方向測量的位移讀數(shù)；L_A2i為A位置測斜儀反方向測量的位移讀數(shù)；

步驟4，調(diào)整測斜儀測頭的工作傾角處于位置B；

步驟5，控制測斜儀測頭沿導(dǎo)槽向上提升，通過測頭滑動距離測量裝置和傾角測量裝置測量并得到位置B下的基準累計位移值ΔB_total；

其中，θ_Bi為B位置下傾角測量裝置給出的每個測量段的傾角，并且為正反兩次測量的平均值；

步驟6，通過測斜儀測頭測量并得到位置B下的累計位移值Δ′B_total；

其中L_B1i為B位置測斜儀正方向測量的位移值；L_B2i為B位置測斜儀反方向測量的位移值；

步驟7，根據(jù)步驟2、3、5、6得到的測量結(jié)果，計算得到測斜儀的綜合誤差E，則測孔(N×L)深度下的綜合誤差：

E＝(Δ′_total-Δ_total) (5)

其中，Δ'_total＝Δ'B_total-Δ'A_total，Δ_total＝ΔB_total-ΔA_total。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)提供了一種高精度的測斜儀綜合誤差測試儀器和測試方法，填補了技術(shù)空白，使在實驗室或生產(chǎn)過程中測量測斜儀綜合誤差成為可能。

(2)本發(fā)明采用光學(xué)準直儀以及球柵數(shù)顯分別對測斜儀測頭在導(dǎo)槽內(nèi)的傾角變化和測頭滑動距離進行測量并獲得基準數(shù)據(jù)，測頭滑動距離精度控制在十微米級，每測量段位置定位精確，傾角測量分辨力和重復(fù)性精度可達角秒級，具有操作方便、精度高等特點。

(3)本發(fā)明測斜儀工況模擬裝置與平臺采用活動連接，可以靈活調(diào)整測斜儀測頭和槽體的工作傾角，能夠很好的模擬測斜儀實際工況。

(4)本發(fā)明采用步進電機對測斜儀測頭進行提升控制，控制精度高，操作省時省力。

附圖說明

圖1是測斜儀綜合誤差測試裝置整體示意圖；

圖2是測斜儀綜合誤差測試裝置正面示意圖；

圖3是測斜儀綜合誤差測試裝置背面示意圖；

圖4是槽體、導(dǎo)槽和測頭連接關(guān)系示意圖；

圖5是電機及其安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是五棱鏡及其安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7反射鏡及其安裝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號說明：

1—測斜儀工況模擬裝置；11—測試架；12—提升裝置；13—底板；14—斜拉板筋；15—推拉螺栓；111—導(dǎo)槽；112—槽體；121—步進電機；122—聯(lián)軸器；123—角接觸球軸承；124—軸承套；125—繞線軸；126—鋼絲；127—滑輪；

2—測頭滑動距離測量裝置；21—球柵尺；22—讀數(shù)頭；23—讀數(shù)頭固定裝置；

3—傾角測量裝置；31—準直儀；32—五棱鏡；33—反射鏡；34—五棱鏡調(diào)節(jié)裝置；35—五棱鏡固定裝置；36—反射鏡固定裝置；37—反射鏡調(diào)節(jié)裝置；

4—平臺；

5—測斜儀測頭；51—導(dǎo)輪。

具體實施方式

下面通過具體實施例和附圖，對本發(fā)明專利做進一步說明。

參見圖1及圖2，是本發(fā)明的測斜儀綜合誤差測試裝置的實施例，包括平臺4、光學(xué)電子準直儀31、光學(xué)五棱鏡32、測試架11、待測測斜儀測頭5、滑輪127、球柵尺21、球柵讀數(shù)頭22、反射鏡33，測試架11的主體部分為帶有導(dǎo)槽111的槽體112。

平臺4為綜合誤差測試裝置提供穩(wěn)固基礎(chǔ)，使用水平儀將平臺4調(diào)至水平。光學(xué)電子準直儀31放置于平臺4上。光學(xué)五棱鏡32固定在槽體112底部，用于將光學(xué)電子準直儀31的水平入射光改變90°方向為垂直入射光。測試架11固定在平臺4上，待測測斜儀測頭5放置于導(dǎo)槽111中，球柵尺21固定在導(dǎo)槽111的槽體上，球柵讀數(shù)頭22固定在測斜儀測頭5上，隨待測斜儀測頭5上一起滑動。測斜儀測頭5上的控制電纜繞于滑輪127上。

參見圖3，是本發(fā)明的測斜儀綜合誤差測試裝置的背面示意圖，包括電機121、斜拉筋板14、底板13和推拉螺栓15。測試架11通過底板13和推拉螺栓15固定在平臺4上，調(diào)節(jié)推拉螺栓15可改變測試架11的傾角，相當(dāng)于模擬實際測孔產(chǎn)生了位移。

參見圖4，是槽體、導(dǎo)槽和測頭連接關(guān)系示意圖，包括測斜儀測頭5、槽體112、測斜儀測頭5的導(dǎo)輪51、導(dǎo)槽111。測斜儀測頭5通過導(dǎo)輪51放入槽體112的導(dǎo)槽111中。

參見圖5，是本發(fā)明的電機及其安裝結(jié)構(gòu)示意圖，包括電機121、聯(lián)軸器122、角接觸球軸承123、軸承套124。電機121通過聯(lián)軸器122、角接觸球軸承123、軸承套124固定在綜合誤差測試架上。

參見圖6，是五棱鏡及其安裝結(jié)構(gòu)示意圖，包括槽體112、五棱鏡32、五棱鏡固定裝置35。五棱鏡32通過固定裝置35，固定在槽體112底部，通過調(diào)節(jié)五棱鏡調(diào)節(jié)裝置34可以調(diào)節(jié)五棱鏡32的位置。

參見圖7，是反射鏡及其安裝結(jié)構(gòu)示意圖，包括槽體112、讀數(shù)頭固定裝置23、球柵尺21、球柵讀數(shù)頭22、反射鏡33、反射鏡固定裝置36。球柵尺21固定在槽體112上。球柵讀數(shù)頭22通過讀數(shù)頭固定裝置23固定在測斜儀測頭5上。反射鏡33通過反射鏡固定裝置36也固定在測斜儀測頭5上。

測試時，準直儀31將一個十字線圖像以平行光束(準直光)的形式經(jīng)五棱鏡32投射到反射鏡33上，該反射鏡33將其光束反射回去，經(jīng)五棱鏡32反射回準直儀31，形成自準直圖像。如果反射鏡33與光軸垂直，則光束將反射回其自身。如果測頭帶動反射鏡33傾斜一個角度θ，則其反射光將以角度2θ反射回來。準直儀為平行光，其測角結(jié)果不受距離的影響。測斜儀測頭5的每個測量段的傾角可分別由其自身和準直儀31讀取。

應(yīng)用該綜合誤差測量裝置，采用如下步驟進行測量：

步驟1，將測斜儀測頭5放置在帶有導(dǎo)槽111的測斜儀工況模擬裝置1中，調(diào)整測斜儀測 頭5的工作傾角處于位置A，并對測量裝置的各個部件進行初始校準。具體的：

a)對采用水平儀對平臺4進行調(diào)平；

b)將控制電纜繞于滑輪127上。取一段細鋼絲126，鋼絲126的一端固定在控制電纜上，另一端驅(qū)動裝置的繞線軸125上；

c)對測頭滑動距離測量裝置2進行初始校準，包括將球柵讀數(shù)頭22固定在測斜儀測頭5上，使測斜儀測頭5提升的距離可通過球柵數(shù)顯裝置直接讀數(shù)；

d)對傾角測量裝置3進行初始校準，包括調(diào)節(jié)光學(xué)電子準直儀31的俯仰角，使得準直儀入射光進入五棱鏡32，調(diào)節(jié)五棱鏡調(diào)節(jié)裝置34，使得準直儀入射光進入反射鏡33，調(diào)節(jié)反射鏡調(diào)節(jié)裝置37，使得反射光返回至準直儀，并處于坐標(biāo)原點。

步驟2，控制測斜儀測頭5沿導(dǎo)槽111向上提升，測斜儀測頭5提升距離由槽體112長度，測頭總長度和測量段N確定，并通過測頭滑動距離測量裝置2和傾角測量裝置3測量并得到位置A下的基準累計位移值ΔA_total。

其中，L為測頭導(dǎo)輪間距基準，，一般為500mm；θ_Ai為A位置下傾角測量裝置給出的每個測量段的傾角，并且為正反兩次測量的平均值；N為測量段數(shù)；

步驟3，通過測斜儀測頭5測量并得到位置A下的累計位移值Δ′A_total；

其中，L_A1i為A位置下測斜儀正方向測量的位移讀數(shù)；L_A2i為A位置下測斜儀反方向測量的位移讀數(shù)；

步驟4，再次調(diào)節(jié)反射鏡調(diào)節(jié)裝置37，使得反射光返回至準直儀，并處于坐標(biāo)原點，然后調(diào)整推拉螺栓15使測斜儀測頭5的工作傾角處于位置B；

步驟5，重復(fù)步驟3，并通過測頭滑動距離測量裝置2和傾角測量裝置3測量并得到位置B下的基準累計位移值ΔB_total；

其中，θ_Bi為B位置下傾角測量裝置給出的每個測量段的傾角，并且為正反兩次測量的平均值；

步驟6，通過測斜儀測頭5測量并得到位置B下的累計位移值Δ′B_total；

其中L_B1i為B位置測斜儀正方向測量的位移值；L_B2i為B位置測斜儀反方向測量的位移值；

步驟7，根據(jù)步驟2、3、5、6得到的測量結(jié)果，計算得到測斜儀的綜合誤差E，則測孔(N×L)深度下的綜合誤差：

E＝(Δ′_total-Δ_total) (5)

其中，Δ'_total＝Δ'B_total-Δ'A_total，Δ_total＝ΔB_total-ΔA_total。

以上實施例僅用于說明本發(fā)明專利的技術(shù)方案而非對其進行限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對本發(fā)明專利的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明專利的精神和范圍，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求所述為準。