專利名稱：利用液壓和溫度測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)明涉及用于檢測及監(jiān)測橋梁撓度、地面沉降、樓宇下沉和移動的位移檢測和監(jiān)測的 測量方法及裝置，尤其是利用水平液面作為參考平面的自動豎直位移測量方法及裝置。
背景技術(shù)：
檢測橋梁撓度、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， 用于檢測及監(jiān)測橋梁撓度、地面沉降的方法和裝置較多。但是，大都沒有考慮環(huán)境溫度對測 量系統(tǒng)的影響，因而存在測量精度不高的問題。例如CN101055218 (專利申請?zhí)枮?200710103777.0)公開了一種"橋梁撓度和位移的監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法"，它是利用攝像頭視 頻采集設(shè)備實時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 計算機(jī)處理后計算出橋梁待檢測位置的垂向和/或縱向位移，其存在的不足在于對于大型和特 大型橋梁不適用，精度受光線、溫度等因素干擾。CN1651855 (專利號為200510020375.5)公 開的"二維、大量程激光撓度/位移測量方法及裝置"，它通過控制可控阻尼鉸鏈結(jié)構(gòu)使反映 被測結(jié)構(gòu)位置的激光光束水平射到光斑接收測量裝置上形成光斑，經(jīng)攝像設(shè)備對光斑和標(biāo)記 成像，再計算激光光斑的重心位置和發(fā)光二極管像的相對距離，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量裝置上，因此激光發(fā)射器和光斑接收測量裝置必須處于同一水平線 上；對于存在傾角的場地?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且激光發(fā)射器必須向下安裝作監(jiān)測 之用，不能任意更換擺放位置，無法完成對不同要求的被測點的檢測。
由此可見，現(xiàn)有技術(shù)關(guān)于撓度/位移測量的方法和裝置，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)行位移測量，但均沒有考慮溫度因素對測量精度的影響，由于溫差變 化而產(chǎn)生的測量誤差無法避免，同時對于光線干擾較強(qiáng)時也不能正常使用。因此，現(xiàn)有測量 方法和裝置存在使用范圍受限，沒有克服由于溫差對測量精度的影響，制約其在檢測及監(jiān)測 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)境溫度對測量精 度的影響，不受光線干擾影響的利用液壓和溫度測量豎直位移的方法及裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的利用液壓和溫度測量豎直位移的方法，其特征在于，在n
個相同的盛液管內(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
過電路與計算機(jī)系統(tǒng)相連；所述n個盛液管底部通過軟管連通，其中一個盛液管豎向設(shè)于基
準(zhǔn)點，其余盛液管分別豎向設(shè)于多個待測點；
根據(jù)各待測點豎直位移變化情況，其盛液管液體深度隨之增加或減少； 各壓力傳感器將測得的當(dāng)前壓力Fo、 Ft、 F2、…Fn輸入計算機(jī)系統(tǒng)； 各溫度傳感器將測得的當(dāng)前溫度T()、 T。 T2、…Tn輸入計算機(jī)系統(tǒng) 計算機(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，計算各盛
液管的液體深度L。、 L" L2、…L,、，以及各待測點與基準(zhǔn)點進(jìn)行比較的豎直高差A(yù)Ln，并進(jìn)行
分析比較即可測得待測點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，所述計算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)測量計算的待測點的豎直位移和振動情況，畫出分析圖表 或位移的長期走勢圖。
本發(fā)明利用液壓和溫度測量豎直位移的裝置，包括多個盛液管，各盛液管底部通過軟管 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 通過電路與計算機(jī)系統(tǒng)相連。進(jìn)一步，還設(shè)有由盛液容器、控制開關(guān)和出液管構(gòu)成的液體自 動補(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)境溫度對測量精度的影響，通過壓力傳感器測量液壓柱的變化，并 通過不同溫度下的液體密度進(jìn)行換算，具有測量精度高的特點；同時不受光線干擾影響。
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)簡單，安裝、調(diào)試方便， 可靠性好的特點；而且成本較低。
3、 本發(fā)明裝置自動化程度高，操作簡便，便于觀察。
4、 可同時測量多點位移的變化情況，而且可以靈活增、減測量點。
45、 根據(jù)測量的需要，通過選擇不同長度的豎向盛液直管改變測量范圍；同時，可根據(jù)量 程改變A/D轉(zhuǎn)換器以保證測量精度不變。
6、 采用超低功耗設(shè)計并具備液體自動補(bǔ)充器和通信功能，可長期無人值守工作，并能及 時將測量信號傳送到監(jiān)測站；溫度自動補(bǔ)償和零點自穩(wěn)定得以實現(xiàn)，從而大大提高測量精度； 具有測量精度高，使用范圍廣，可用于短期、長期、遠(yuǎn)距離檢測及監(jiān)測橋梁、地面、樓宇等 豎直位移檢測和監(jiān)測。


圖1是本發(fā)明利用液壓和溫度測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。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
一種利用液壓和溫度測量豎直位移的方法，是在多個相同的盛液管內(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電路(附控制處理器)與計算機(jī)系 統(tǒng)相連；所述多個盛液管底部通過軟管連通，其中一個盛液管豎向設(shè)于基準(zhǔn)點，其余的盛液 管分別豎向設(shè)于各待測點；
根據(jù)各待測點豎直位移變化情況，其盛液管液體深度隨之增加或減少； 各壓力傳感器將測得的當(dāng)前壓力F()、 F,、 F2、…F。輸入計算機(jī)系統(tǒng)； 各溫度傳感器將測得的當(dāng)前溫度To、 T,、 T2、…Tn輸入計算機(jī)系統(tǒng)； 計算機(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，計算各盛液 管的液體深度Lo、 L,、 L2、…L。，以及各待測點與基準(zhǔn)點進(jìn)行比較的豎直高差A(yù)Ln，并進(jìn)行分 析比較即可測得待測點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)定的測量周期進(jìn)行自動測量，并將測量結(jié)果由計算機(jī)計算并顯示； 計算機(jī)對采集到的壓力信號進(jìn)行預(yù)處理后，根據(jù)當(dāng)前溫度的高低，結(jié)合液體在各溫度點的密 度進(jìn)行傳感器距離液面位置的運算，并與系統(tǒng)開始時的初始液位值進(jìn)行比較，計算出各待測 點相對于固定點的豎直位移大小，并加以存儲，必要時將測量數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)方的監(jiān)測站；根
據(jù)存儲的數(shù)據(jù)，可以測量出待測點的豎直位移大小和振動情況，方便地得出分析圖表，畫出位移的長期走勢。
參見圖1和圖2，實現(xiàn)利用液壓和溫度測量豎直位移方法的裝置，包括多個(如三個至數(shù)
十個，根據(jù)需要確定)盛液管1，各盛液管1底部通過軟管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通過電路4與計算機(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、控制開關(guān)8和出液管9構(gòu)成的液體自動補(bǔ)充裝置，控制開關(guān) 8與計算機(jī)系統(tǒng)相連。當(dāng)任一盛液管內(nèi)液面低于設(shè)定值時，液體自動補(bǔ)充裝置的控制開關(guān)8 開啟，向任一盛液管1內(nèi)補(bǔ)充適當(dāng)液體。本發(fā)明采用液體自動補(bǔ)充裝置，當(dāng)液體蒸發(fā)到一定 程度后，位置較高的點獲得的壓力會較低，可以設(shè)定一個最小閾值，當(dāng)液面較低時，自動進(jìn) 行液體的補(bǔ)充。
參見圖3，使用本裝置測量橋梁或地面豎直位移的一種具體實施例將任一個盛液管l
固定于不動的A點作為參考點(基準(zhǔn)點)，其余的各盛液管l豎向固定于待測點，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測量參考面。各 待測點由于發(fā)生豎向位移變形至B、 C和D點后，相應(yīng)位置的盛液管1內(nèi)液體深度增加或減 少，各壓力傳感器將測得的當(dāng)前壓力Fw F,、 F2、…F。輸入計算機(jī)系統(tǒng)；各溫度傳感器將測 得的當(dāng)前溫度To、 T,、 T2、…Tn輸入計算機(jī)系統(tǒng)；計算機(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，計算各盛液管的液體深度L。、 L,、 L2、 Ln，并將各待測 點與參考點(基準(zhǔn)點)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 即可測得待測點的豎直位移變化情況；從而得到待測點與參考點的豎直位移，并加以存儲。 必要時將測量數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)方的監(jiān)測站；根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)，可以測量出待測點的豎直位移大 小和振動情況，方便地得出分析圖表，畫出位移的長期走勢。
本發(fā)明通過壓力傳感器測得的壓力來獲知當(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，通過當(dāng)前溫度下的密度/ ，根據(jù)F^PgL計算得到液體深度L。
由于每個測量點的水平位置不同，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，將每個測量點測得的L賦給該點的L。，即可利用上述方法得到每點相對于固 定參考點的豎直位移。
壓力傳感器和溫度傳感器獲得的信號可以通過可編程儀表放大器和高精度的A/D轉(zhuǎn)換器， 并且通過單片機(jī)和接口電路與計算機(jī)系統(tǒng)相連，可以方便地調(diào)整信號采集和測量頻率、量程 和精度，因此使用調(diào)試方便，不僅能夠測量各點間的靜態(tài)豎直位移，當(dāng)釆集和測量頻率較高 時，還能測量各點間的動態(tài)豎直位移和豎向振動。
權(quán)利要求
1、利用液壓和溫度測量豎直位移的方法，其特征在于，在n個相同的盛液管(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)通過電路(4)與計算機(jī)系統(tǒng)(5)相連；所述n個盛液管(1)的底部通過軟管(6)依次連通；將其中任一盛液管(1)豎向設(shè)于基準(zhǔn)點，其余盛液管(1)分別豎向設(shè)于多個待測點；根據(jù)各待測點豎直位移變化情況，其盛液管(1)液體深度隨之增加或減少；各壓力傳感器(2)將測得的當(dāng)前壓力F0、F1、F2、…Fn輸入計算機(jī)系統(tǒng)(5)；各溫度傳感器(3)將測得的當(dāng)前溫度T0、T1、T2、…Tn輸入計算機(jī)系統(tǒng)(5)；計算機(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計算各盛液管(1)的液體深度L0、L1、L2、…Ln，以及各待測點與基準(zhǔn)點的豎直高差△Ln，并進(jìn)行分析比較即可測得各待測點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量豎直位移的方法，其特征在于，所述計算機(jī) 系統(tǒng)(5)根據(jù)測量計算的待測點的豎直位移和振動情況，畫出分析圖表或位移的長期走勢圖。
3、 實現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于，包括多個盛液管(1)，各盛液管(1) 底部通過軟管(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)通過電路(4)與計算機(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)、控制開關(guān)(8) 和出液管(9)構(gòu)成的液體自動補(bǔ)充裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用液壓和溫度測量豎直位移的方法及裝置，是在n個相同的盛液管內(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電路與計算機(jī)系統(tǒng)相連；所述n個盛液管下部或底通過軟管連通，其中一個盛液管豎向設(shè)于基準(zhǔn)點，其余盛液管分別豎向設(shè)于多個待測點；計算機(jī)將各待測點與基準(zhǔn)點液面高差ΔLn進(jìn)行比較，并分析即可測得待測點的豎直位移變化情況。本發(fā)明方法考慮環(huán)境溫度對測量精度的影響，通過壓力傳感器測量液壓柱的變化，并通過不同溫度下的液體密度進(jìn)行換算，具有測量精度高的特點；同時不受光線干擾影響。本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝、調(diào)試方便，可靠性好的特點；而且成本較低。
文檔編號G01B13/02GK101446486SQ200810233389
公開日2009年6月3日 申請日期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 申請人:重慶交通大學(xué)