專利名稱：一種撓度自動(dòng)測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及撓度測量研究領(lǐng)域，特別涉及一種撓度自動(dòng)測量裝置。
背景技術(shù)：
目前，橋梁荷載試驗(yàn)中有一項(xiàng)重要內(nèi)容就是結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形(撓度)測量，該指標(biāo)反映結(jié)構(gòu)的剛度特性。目前撓度測試主要分為以下幾類:1、水準(zhǔn)儀或全站儀。其原理是在結(jié)構(gòu)體上預(yù)先布置若干固定測點(diǎn)，將其中一點(diǎn)置于某不動(dòng)點(diǎn)或相對(duì)不動(dòng)點(diǎn)上，然后根據(jù)水準(zhǔn)測量原理，在每次加載后用水準(zhǔn)儀讀取各處塔尺的標(biāo)高，前后相減后即得到該處的撓度。優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行多點(diǎn)測量，無需安裝基座或支架，設(shè)備攜帶量少。缺點(diǎn)是測量精度低，一般能精確到0.1mm ;且測量可視度與精度受環(huán)境影響大；人工讀數(shù)和人工扶尺容易造成人為誤差；多點(diǎn)測量時(shí)，轉(zhuǎn)站點(diǎn)多，工作量大，耗時(shí)巨大造成經(jīng)濟(jì)成本增加。2、接觸式位移計(jì)。如百分表、千分表、拉線位移計(jì)、滑線變阻式位移計(jì)等。位移計(jì)測量精度高，可以達(dá)到0.0f0.0Olmm0儀器體積小，攜帶方便。但測量時(shí)必須提供固定參考點(diǎn)或者支架，在某些跨河跨江橋或者高架橋梁上幾乎無法適用。3、非接觸式激光位移計(jì)。這是一種光電裝置，利用投影原理非接觸測量物體尺寸。精度可達(dá)0.01mm，且操作方便。這種測量方式主要缺點(diǎn)在于設(shè)備價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜。且對(duì)于跨河跨江橋或高架橋梁，由于無法找到合適的固定參考點(diǎn)而無法適用。4、連通液位計(jì)。其測量原理是根據(jù)連通管水位總保持在同一平面上，根據(jù)變形前后水位的變化推求結(jié)構(gòu)撓度。這個(gè)技術(shù)具有不受多方位變形及橋梁現(xiàn)場的高程、高濕和濃霧等的影響，能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)撓度檢測，適用范圍廣，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。但是目前使用過程中，采用該方法的裝置同樣存在一定的缺點(diǎn)，例如專利號(hào)為01209421.8的專利，該專利采用在直管上安裝標(biāo)尺進(jìn)行人工讀數(shù)，因此這種儀器精度不超1_。而對(duì)于采用光電傳感器進(jìn)行讀數(shù)的，如專利號(hào)為200320127308.X、200420013598.X的專利，由于水面張力的影響以及無任何放大功能，其精度和穩(wěn)定性同樣令人懷疑。另外專利號(hào)為201120026894.3、200810237453.0,200810237454.5,200910273439.0,200920005141.7 的這些專利，均是利用微壓傳感器或者壓力變送器來測量水柱壓力，因?yàn)樗鶋毫ψ兓瘶O其微小，且連通器在多個(gè)管分壓后，水壓力更小，因此很難達(dá)到理想精度要求。還有利用浮力或浮子進(jìn)行液面位移的轉(zhuǎn)換，通過彈性元件或光電傳感器感應(yīng)浮力變化或者浮子位移如201110204309.9，201120258359.0，這種方式存在二次轉(zhuǎn)換的問題，還有浮子的摩擦和垂直等問題，因此其精度和線性也是無法滿足現(xiàn)有應(yīng)用的要求。由此可見，由于沒有將液面位移或壓力或浮力進(jìn)行放大，直接測量這些量，即使采用很精密的光柵傳感器、光電傳感器或者微壓傳感器，其精度都很難滿足橋梁撓度測量的要求
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種撓度自動(dòng)測量裝置，該裝置封裝性好，可抗風(fēng)、抗雨，且攜帶方便，操作簡單，可廣泛用于建筑、工程、護(hù)坡、基坑等土木工程的施工過程豎向位移測量，更可以適用于結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)檢測中的結(jié)構(gòu)短期撓度測量，也可以作為既成結(jié)構(gòu)的長期撓度測量的基本工具。本實(shí)用新型的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種撓度自動(dòng)測量裝置，包括外框、豎管、軟管和力傳感器，豎管位于外框內(nèi)正中央，與力傳感器下端固結(jié)，力傳感器上端通過萬向頭與外框連接，外框上部設(shè)置一用于固定萬向頭的承力桿；萬向頭與力傳感器鉸接；豎管底部一側(cè)設(shè)一進(jìn)水孔，進(jìn)水孔與軟管相連，軟管水平放置在外框底部框架上，軟管另一端和外部進(jìn)水管相連，在其相連處設(shè)置有一用于控制軟管導(dǎo)通的閥門。優(yōu)選的，所述萬向頭為凹球槽與球體進(jìn)行鉸接的結(jié)構(gòu)?？梢允沽鞲衅骱拓Q管在小角度范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)平。為了使測管和力傳感器重力線與地面垂直，在外框上方正中可設(shè)置一水準(zhǔn)泡，以保證本裝置預(yù)先垂直于地面。更進(jìn)一步的，所述水準(zhǔn)泡的位置通過設(shè)置于外框四周的調(diào)平螺絲來進(jìn)行調(diào)節(jié)。在測量前，通過外框四周的調(diào)節(jié)螺絲使水準(zhǔn)泡位于中央而使外框重心線與地面垂直，而豎管的垂直則通過萬向頭自動(dòng)予以調(diào)整，測量過程中一般無須再次人工調(diào)平。優(yōu)選的，所述軟管通過三通接頭與外部進(jìn)水管連接，另一接頭接一豎直的、用于在測量前觀察初始水位的透明管。當(dāng)初始水位與豎管初始線基本處于同一水平面時(shí)，可以通過開關(guān)導(dǎo)通軟管和外部進(jìn)水管進(jìn)行測量。優(yōu)選的，所述豎管和力傳感器直接通過螺紋連接在一起。優(yōu)選的，所述力傳感器采用S型應(yīng)變式稱重傳感器。優(yōu)選的，所述力傳感器通過應(yīng)變儀與計(jì)算機(jī)連接。計(jì)算機(jī)可以控制應(yīng)變儀采集、記錄、顯示力傳感器所得到的數(shù)據(jù)，避免了人工讀數(shù)、記錄造成的錯(cuò)誤，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。更進(jìn)一步的，所述力傳感器和應(yīng)變儀之間、應(yīng)變儀和計(jì)算機(jī)之間、或者力傳感器和計(jì)算機(jī)之間均通過無線傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。采用無線傳輸模塊可以減小測量儀的尺寸，同時(shí)在現(xiàn)場使用時(shí)，也不必進(jìn)行布線，節(jié)省了勞動(dòng)量。上述裝置采用下面的撓度自動(dòng)測量方法，將豎管和力傳感器懸吊起來，同時(shí)將豎管與連通器連接，然后通過力傳感器直接測取豎管內(nèi)液體的重量變化，根據(jù)重量變化與結(jié)構(gòu)撓度值的關(guān)系得到撓度值；測量過程中，豎管的重力線應(yīng)與力傳感器的軸線重合。該方法依據(jù)的原理是:因?yàn)檫B通器所連接的各管中液面高度應(yīng)處處相等，結(jié)構(gòu)變形后，各管中液面高度隨之變化，各管中液體的重量相應(yīng)發(fā)生微小變化，將該微小的重量變化直接由力傳感器感受，力傳感器的讀數(shù)就可以線性反應(yīng)出結(jié)構(gòu)的撓度值。本實(shí)用新型方法創(chuàng)新點(diǎn)是直接采用力傳感器測量豎管內(nèi)液體的重力變化，以及采用水平放置的軟管與豎管連接?，F(xiàn)有技術(shù)中已知豎管內(nèi)液體的重力變化直接跟液體的體積變化成線性關(guān)系，在管徑不變的前提下，液體的體積變化跟液面高度變化成線性關(guān)系；當(dāng)結(jié)構(gòu)體撓度發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)致預(yù)先處于同一液面高度的各豎管液面高度將發(fā)生變化，液面高度變化跟撓度成線性關(guān)系，從而轉(zhuǎn)換為液體體積或者液體重量發(fā)生變化，液體重量的變化由力傳感器感應(yīng)得到。這樣就可以通過力的測量獲取撓度數(shù)值。本實(shí)用新型中豎管內(nèi)液體的重力變化與結(jié)構(gòu)撓度值之間的關(guān)系具體如下:Δ f = P gS ( Δ h)；其中Af為撓度變化，P為水密度，g是重力加速度，S為豎管截面面積，Ah為豎
管液面高度變化。本實(shí)用新型數(shù)據(jù)精度與體積變化相關(guān)，下面以管徑50、70、100mm的豎管闡明該精度，但不局限于采用此尺寸。表I不同管徑的豎管在相同變化液面高度下的變化質(zhì)量
權(quán)利要求1.一種撓度自動(dòng)測量裝置，其特征在于，包括外框、豎管、軟管和力傳感器，豎管位于外框內(nèi)正中央，與力傳感器下端固結(jié)，力傳感器上端通過萬向頭與外框連接，外框上部設(shè)置一用于固定萬向頭的承力桿；萬向頭與力傳感器鉸接；豎管底部一側(cè)設(shè)一進(jìn)水孔，進(jìn)水孔與軟管相連，軟管水平放置在外框底部框架上，軟管另一端和外部進(jìn)水管相連，在其相連處設(shè)置有一用于控制軟管導(dǎo)通的閥門。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓度自動(dòng)測量裝置，其特征在于，所述萬向頭為凹球槽與球體進(jìn)行鉸接的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓度自動(dòng)測量裝置，其特征在于，在外框上方正中可設(shè)置一水準(zhǔn)泡，水準(zhǔn)泡的位置通過設(shè)置于外框四周的調(diào)平螺絲來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的撓度自動(dòng)測量裝置，其特征在于，所述軟管通過三通接頭與外部進(jìn)水管連接，另一接頭接一豎直的、用于在測量前觀察初始水位的透明管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓度自動(dòng)測量裝置，其特征在于，所述豎管和力傳感器直接通過螺紋連接在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓度自動(dòng)測量裝置，其特征在于，所述力傳感器采用S型應(yīng)變式稱重傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓度自動(dòng)測量裝置，其特征在于，所述力傳感器通過應(yīng)變儀與計(jì)算機(jī)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的撓度自動(dòng)測量裝置，其特征在于，所述力傳感器和應(yīng)變儀之間、應(yīng)變儀和計(jì)算機(jī)之間、或者力傳感器和計(jì)算機(jī)之間均通過無線傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種撓度自動(dòng)測量裝置，該裝置包括外框、豎管、軟管和力傳感器，豎管位于外框內(nèi)正中央，與力傳感器下端固結(jié)，力傳感器上端通過萬向頭與外框連接，外框上部設(shè)置一用于固定萬向頭的承力桿；萬向頭與力傳感器鉸接；豎管底部一側(cè)設(shè)一進(jìn)水孔，進(jìn)水孔與軟管相連，軟管水平放置在外框底部框架上，軟管另一端和外部進(jìn)水管相連，在其相連處設(shè)置有一用于控制軟管導(dǎo)通的閥門。該方法是通過測取豎管內(nèi)液體的重量變化，根據(jù)此重量變化與結(jié)構(gòu)撓度值的關(guān)系得到撓度值。本實(shí)用新型整合了連通管和應(yīng)變測量技術(shù)，測量精度高，可廣泛用于建筑、工程、護(hù)坡、基坑等施工過程中豎向位移測量，可以適用于結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)檢測中的結(jié)構(gòu)短期撓度測量。
文檔編號(hào)G01C5/04GK202994404SQ201220713120
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者周希平 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)