角位移式水下沉降儀的製作方法
2023-06-29 01:32:26
專利名稱：角位移式水下沉降儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於土木工程質量監測儀器，特別涉及用於水下軟土地基沉降量長期監測的沉降儀。
背景技術：
在港口建設中，通常使用振弦式沉降儀監測軟土地基的沉降量。對振弦式沉降儀的運用目前仍停留在人工記錄鋼弦的振動頻率並經人工後期計算得出所測土層沉降量。振弦式沉降儀用於監測沉降量時存在故障率高、信號經線纜傳輸時易受電磁幹擾而影響測量結果、監測精度低、穩定性差、成本高、數據採集不直觀等問題
發明內容
本發明的目的在於提供一種角位移式水下沉降儀，既可用於長期測量水下軟土地基的沉降量，亦可測量陸上軟土地基的沉降量。角位移式水下沉降儀應用面寬，監測精度及靈敏度高，傳輸信號抗幹擾性強、穩定性高，可將沉降量數值實時直觀的顯示出來，且安裝簡便、使用成本低廉。本發明的技術方案是一種角位移式水下沉降儀，其特徵在於有一個活塞式位移傳動裝置，活塞式位移傳動裝置有下部套管和上部套管，活塞式位移傳動裝置下方連接延長杆，延長杆下端是錨固點，活塞式位移傳動裝置上方連接有測量盒，測量盒內有沉降量電測裝置和A/D轉換裝置，測量盒上端連接鋼管，鋼管頂端連接沉降板；活塞式位移傳動裝置內有傳動帶子，傳動帶子上端連接沉降量電測裝置，沉降量電測裝置連接A/D轉換裝置，A/D轉換裝置通過線纜連接上方遠距離的監測儀器。傳動帶子的下端固定在下部套管的底部。在上部套管的下埠有轉向滑輪，傳動帶子的下端繞過轉向滑輪固定在下部套管的頂部。沉降量電測裝置有角位移傳感器，角位移傳感器通過連接軸連接在圓柱形繞線輪軸上，傳動帶子上端固定在圓柱形繞線輪上，傳動帶子上部繞在圓柱形繞線輪上，在圓柱形繞線輪內部有渦圈彈簧。本發明特點優點本角位移式水下沉降儀結構簡單，將線位移轉換成角位移提高測量精度和準確性。角位移式水下沉降儀應用面寬，既可用於長期測量水下軟土地基的沉降量，亦可測量陸上軟土地基的沉降量。監測精度及靈敏度高，傳輸信號抗幹擾性強、穩定性高，可將沉降量數值實時直觀的顯示出來，且安裝簡便、使用成本低廉。
圖I是角位移式水下沉降儀結構一
圖2是角位移式水下沉降儀結構二圖3是沉降量電測裝置主視4是沉降量電測裝置左視中1監測儀器、2信號線纜、3海平面、4沉降板、5鋼管、6A/D轉換、7沉降量電測裝置、8傳動帶子、9活塞式位移傳動裝置的上部套管、10活塞式位移傳動裝置的下部套管、11延長杆、12錨固點、13不發生沉降巖層地下、14轉向滑輪、15角位移傳感器、16圓柱形繞線輪、17渦圈彈簧、18連接軸、19測量盒。
具體實施例方式如圖1、2所示一種角位移式水下沉降儀，有一個活塞式位移傳動裝置，活塞式位 移傳動裝置有下部套管和上部套管，活塞式位移傳動裝置下方連接延長杆，延長杆下端是錨固點，活塞式位移傳動裝置上方連接有測量盒，測量盒內有沉降量電測裝置和A/D轉換裝置，測量盒上端連接鋼管，鋼管頂端連接沉降板；活塞式位移傳動裝置內有傳動帶子，傳動帶子上端連接沉降量電測裝置，沉降量電測裝置連接A/D轉換裝置，A/D轉換裝置通過線纜連接上方遠距離的監測儀器。如圖I所示在上部套管的下埠有轉向滑輪，傳動帶子的下端繞過轉向滑輪固定在下部套管的頂部。如圖2所示傳動帶子的下端固定在下部套管的底部。如圖3、4所示沉降量電測裝置有角位移傳感器，角位移傳感器通過連接軸連接在圓柱形繞線輪軸上，傳動帶子上端固定在圓柱形繞線輪上，傳動帶子上部繞在圓柱形繞線輪上，在圓柱形繞線輪內部有渦圈彈簧。本角位移式水下沉降儀，其結構進一步說明「沉降儀下部延長杆」固定於地下不發生沉降巖層的錨固點，其上端依次連接沉降儀的「活塞式位移傳動裝置」、「沉降量電測裝置」、「沉降板」，並通過「沉降量電測裝置」中引出的信號線纜連接至「監測儀器」，從而可以直觀實時準確的讀取當前沉降板所在土層自沉降儀埋設時至此刻這段時間內所發生的沉降量。各裝置特徵如下一、「沉降儀下部延長杆」「沉降儀下部延長杆」下端固定於地下不發生沉降巖層的錨固點。延長杆上端與「活塞式位移傳動裝置」下部套管下端固定。延長杆材質為堅固不易變形材料如金屬等。以使得下部套管不發生沉降，從而作為沉降量測量的基準點。二、「活塞式位移傳動裝置」包括以下兩個機構I、活塞機構如圖I及圖2，活塞由上部套管和下部套管組成，兩套管銜接處有防活塞脫出機構及橫向限位機構。上部套管與「沉降量電測裝置」所在金屬盒及「沉降板」固定連接為一體，從而保障活塞兩套管在某時間段內縱向相對移動行程即等於該時間段內所測土層的沉降量。活塞內部空間填滿粘稠且可流動的防水填充材料，以保障活塞運動時沉降儀的防水性能可靠。上下套管均為堅固不易變形材料如金屬等。2、活塞內的位移傳遞機構如圖I、圖3、圖4所示，活塞套管內有傳遞位移的傳動「帶子」。「帶子」的上端即b端固定在「沉降量電測裝置」中「圓柱形繞線輪」的側面。「帶子」作用是將活塞兩套管在某時間段內縱向相對移動行程實時等量轉化為該時間段內「帶子」的b端圍繞「沉降量電測裝置」中「圓柱形繞線輪」的軸心所轉動的線位移量，即等於該時間段內所測土層的沉降量。傳動「帶子」特性在於易彎曲、不易伸縮、不易斷裂，如鋼絲繩、細長薄鐵片、鏈條、皮質傳送帶等材料皆可。在活塞內傳動「帶子」的兩種安裝結構及傳動「帶子」的工作原理如下結構(I):活塞內結構如圖I、圖3、圖4所示，上部套管的下面頂端裝有一個轉向滑輪。轉向滑輪轉動軸固定在上部套管底端，滑輪用於使傳動「帶子」轉向。「帶子」上端b與「沉降量電測裝置」中「圓柱形繞線輪」側面相連接，「帶子」在「圓柱形繞線輪」側面上並排纏繞多圈，纏繞圈數可根據量程需要修改。「帶子」另一端a經過「轉向滑輪」後與下部套管頂端固定。當沉降板在某時間段內隨所測土層下沉，則活塞壓縮。「帶子」在「圓柱形繞線輪」上的纏繞圈數減少，「帶子」的b端圍繞「圓柱形繞線輪」的軸心所轉動的線位移量等於此時間段內活塞的壓縮量，也等於此時間段內沉降板的沉降量，即實現了位移傳遞的功能。 反之當沉降板在某時間段內隨所測土層上升，則活塞伸長，「帶子」在「圓柱形繞線輪」上的纏繞圈數增多，「帶子」的b端圍繞「圓柱形繞線輪」的軸心所反向轉動的線位移量等於此時間段內活塞的伸長量，也等於此時間段內沉降板的上升量。結構(2):活塞內結構如圖2、圖3、圖4所示，「帶子」上端b與「沉降量電測裝置」中「圓柱形繞線輪」側面相連接，「帶子」在「圓柱形繞線輪」側面上並排纏繞多圈，纏繞圈數可根據量程需要修改。「帶子」另一端a直接與下部套管底端固定。當沉降板在某時間段內隨所測土層下沉，則活塞壓縮。「帶子」在「圓柱形繞線輪」上的纏繞圈數增多，「帶子」的b端圍繞「圓柱形繞線輪」的軸心所轉動的線位移量等於此時間段內活塞的壓縮量，也等於此時間段內沉降板的沉降量。反之當沉降板在某時間段內隨所測土層上升，則活塞伸長，「帶子」在「圓柱形繞線輪」上的纏繞圈數減少，「帶子」的b端圍繞「圓柱形繞線輪」的軸心所反向轉動的線位移量等於此時間段內活塞的伸長量，也等於此時間段內沉降板的上升量。三、「沉降量電測裝置」固定於「活塞式位移傳動裝置」上方堅固的防水密封金屬盒內，並引出信號線纜連接至「監測儀器」，線纜與沉降儀外殼連接處有防水接線端子密封。線纜內有信號線和供電線，使得測量時「監測儀器」內電源可為「沉降量電測裝置」供電。「沉降量電測裝置」內部包括以下兩個機構I、位移傳動機構如圖3、圖4，「帶子」b端與「沉降量電測裝置」中「圓柱形繞線輪」偵愐相連接。「帶子」在「圓柱形繞線輪」側面上並排纏繞多圈(纏繞圈數可根據量程需要修改)。「圓柱形繞線輪」內有渦圈彈簧以使得「帶子」始終處於繃緊狀態。「圓柱形繞線輪」側面有細螺紋，帶子臥於螺紋凹槽內，使得帶子在從「圓柱形繞線輪」上放出或回收時始終並排纏繞。當帶子a端拉力減小時，使得帶子並排回纏於「圓柱形繞線輪」側面上。「圓柱形繞線輪」的軸心與「角位移傳感器」的旋轉軸相互固定且同軸。因此當「圓柱形繞線輪」旋轉時的角位移量與「角位移傳感器」旋轉軸轉動的角位移量相等且同步增減。當沉降板在某時間段內隨所測土層下沉(或上升)，「帶子」的b端在「圓柱形繞線輪」側面圍繞其軸心所轉動的線位移量即此時間段內所測土層的沉降量(或上升量)為L，「圓柱形繞線輪」的周長為C，此時間段內「圓柱形繞線輪」隨「帶子」轉動的旋轉角度即「角
PA Q
位移傳感器」所測的此時間段內角位移增量為」Θ (單位為弧度)。I)1IJL
2π2、位移量轉化為數字電信號機構當沉降板在某時間段內隨所測土層下沉(或上升)時，「角位移傳感器」可測得此時間段內角位移增量^ Θ。「角位移傳感器」的類型可以用電阻式旋轉編碼器、絕對型光電式旋轉編碼器、絕對型電磁式旋轉編碼器。 方法(I):「角位移傳感器」使用電阻式旋轉編碼器，編碼器輸出的模擬信號量值經 A/D轉換器(模數轉換器)轉化成量值為R的數位訊號。量值R與編碼器測得的角度Θ成線性關係，因此在某時間段內R的增量ZR與編碼器測得的角位移增量Z Θ之間的關係為」Θ = k」R，k為固定轉換常數可根據編碼器及A/D轉換器的特性參數求得，因此k為已
知常量。
「 nl T Ck^R則L^
2π電阻式旋轉編碼器輸出的模擬信號經A/D轉換器轉變為數位訊號，此數位訊號通過信號線纜將量值R從沉降儀傳入「監測儀器」。從而保障了在長線傳輸中信號不會由於衰減而影響測量精準度，且測量精度不易受外界電磁信號幹擾。方式(2)及方式(3):「角位移傳感器」使用絕對型光電式旋轉編碼器或絕對型電磁式旋轉編碼器，編碼器均可直接輸出量值為R的數位訊號，量值R與編碼器測得的角度θ成線性關係，因此兩者在某時間段內的增量關係為Θ =k」R，k為固定轉換常數，由編碼器生產廠家提供，為已知常量。
「 nrl T CkZlR則L =-
2π該數位訊號通過信號線纜將量值R從沉降儀傳入「監測儀器」。從而保障了在長線傳輸中信號不會由於衰減而影響測量精準度。四、「沉降板」沉降板固定於被測土層，沉降板下方通過一根堅固鋼管連接到「沉降量電測裝置」，從而將沉降板所在土層的沉降量傳遞到「活塞式位移傳動裝置」。五、「監測儀器」包括以下兩個機構I、信號的處理及運算電路「監測儀器」從線纜接收到由沉降儀輸出的實時數位訊號，該數位訊號經「監測儀器」內的信號處理電路後輸出量值R至單片機。沉降量監測起始時間點所測的數位訊號的量值R』已記錄在監測儀器的內部存儲器中，R』通常採用沉降儀剛埋設好時所測數值，也可自行選擇所需的起始時間點的測量值。「監測儀器」內通過單片機程序運算使得單片機輸出的數位訊號量值即為自沉降量監測起始時間點至此次監測時間點之間這段時間內的被測
/ L Y />_ /(M
土層沉降量L。單片機所運行的換算公式即為L = ^~-
In2、顯示電路「信號的處理及運算電路」內的單片機輸出的數位訊號量值即沉降量L。此數位訊號通過顯示屏驅動電路處理後，使得沉降量L實時顯示在「監測儀器」的顯示屏上。本發明成果的使用方法是如圖I、圖2所示，將「沉降儀下部延長杆」固定於地下不發生沉降巖層的錨固點，其上端依次連接有沉降儀的「活塞式位移傳動裝置」、「沉降量電測裝置」、「沉降板」，沉降板固定於被測土層。沉降儀通過「沉降量電測裝置」中引出的信號線纜連接至「監測儀器」，從而可以直接實時準確的讀取當前沉降板所在土層的沉降量。被測土層沉降量通過沉降儀內的「活塞式位移傳動裝置」轉化為沉降儀內部「角位移傳感器」所測得的角位移量。此角位移量與被測土層沉降量成線性關係。該角位移量轉化為數位訊號傳送給監測儀器。監測儀器可通過此角位移量運算處理後得出被測土層的沉降量，並可通過監測儀器上的顯示屏實時直觀顯示被測土層的沉降量。沉降儀的輸出信號為數位訊號，該信號為沉降儀內「角位移傳感器」所檢測到的的角位移量轉化而來。此數位訊號經線纜傳至監測儀器，因此測量精度不易受到線纜長度及外界電磁幹擾的影響。沉降 儀的大量程及高靈敏度，量程可達5米以上、靈敏度可達O. 05毫米。
權利要求
1.一種角位移式水下沉降儀，其特徵在於有一個活塞式位移傳動裝置，活塞式位移傳動裝置有下部套管和上部套管，活塞式位移傳動裝置下方連接延長杆，延長杆下端是錨固點，活塞式位移傳動裝置上方連接有測量盒，測量盒內有沉降量電測裝置和A/D轉換裝置，測量盒上端連接鋼管，鋼管頂端連接沉降板；活塞式位移傳動裝連接置內有傳動帶子，傳動帶子上端連接沉降量電測裝置，沉降量電測裝置連接A/D轉換裝置，A/D轉換裝置通過線纜連接上方遠距離的監測儀器。
2.根據權利要求書I所述的角位移式水下沉降儀，其特徵在於傳動帶子的下端固定在下部套管的底部。
3.根據權利要求書I所述的角位移式水下沉降儀，其特徵在於在上部套管的下端ロ有轉向滑輪，傳動帶子的下端繞過轉向滑輪固定在下部套管的頂部。
4.根據權利要求書I所述的角位移式水下沉降儀，其特徵在於沉降量電測裝置有角位移傳感器，角位移傳感器通過連接軸連接在圓柱形繞線輪軸上，傳動帶子上端固定在圓柱形繞線輪上，傳動帶子上部繞在圓柱形繞線輪上，在圓柱形繞線輪內部有渦圈彈簧。
全文摘要
一種角位移式水下沉降儀，有一個活塞式位移傳動裝置，活塞式位移傳動裝置有下部套管和上部套管，活塞式位移傳動裝置下方連接延長杆，延長杆下端是錨固點，活塞式位移傳動裝置上方連接有測量盒，測量盒內有沉降量電測裝置和A/D轉換裝置，測量盒上端連接鋼管，鋼管頂端連接沉降板；活塞式位移傳動裝置內有傳動帶子，傳動帶子上端連接沉降量電測裝置，沉降量電測裝置連接A/D轉換裝置，A/D轉換裝置通過纜線連接上方遠距離的監測儀器。本沉降儀結構簡單，將線位移轉換成角位移提高測量精度和準確性。角位移式水下沉降儀應用面寬，監測精度及靈敏度高，傳輸信號抗幹擾性強、穩定性高，沉降量數值實時直觀的顯示出來，安裝簡便、成本低廉。
文檔編號G01C5/00GK102853812SQ20121023993
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月12日 優先權日2012年7月12日
發明者黃泰 申請人:中交天津港灣工程研究院有限公司, 中交第一航務工程局有限公司, 天津港灣工程質量檢測中心有限公司