一種測量建築物垂直位移的裝置及方法
2023-05-28 08:29:31 1
專利名稱：一種測量建築物垂直位移的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種測量裝置及測量方法，特別涉及一種用於測量建築物垂直位移的
裝置及方法。
背景技術：
由於目前國內所涉及到的建築物垂直位移的測量裝置比較少，而且測量精度不夠 高，不能實現對建築物垂直位移的準確測量，給需要採集建築物垂直位移的工作人員帶來 很大的不便。
發明內容
本發明的目的是提供一種應用地球重力面作基準面的連通管技術，能夠準確地測 量出建築物垂直位移的裝置和方法，可解決目前測量建築物垂直位移不準確和測量精度不 高的問題。 為達到以上目的，本發明是採取如下技術方案予以實現的 —種測量建築物垂直位移的裝置，一種測量建築物垂直位移的裝置，包括一個光 學透鏡，該光學透鏡一側的焦點設置有光源，光學透鏡另一側設置有與外圍單片機系統連 接的光接收受器件，其特徵在於，在光學透鏡與光接收受器件之間的光路上設置有一個豎 直玻璃管，該玻璃管下部與一個置於建築物垂直位移基點的大液體容器連通，該大液體容 器中裝有透光液體，其液面高度與玻璃管下部透光液體液面的高度一致；玻璃管的上部裝 有與下部透光液體不相溶的透光率低的液體，兩種互不相溶的液體之間在玻璃管中形成水 平的液位分界面。 上述方案中，所述外圍單片機系統包括完成程控驅動、信號處理和識別、數據採集 及與計算機的通訊的基本單元模塊。 所述光源為雷射器或光電二極體；所述光接收器件為CCD感光器或PSD光電器件。 所述透光液體為含有防凍液的蒸餾水；上部透光率低的液體，其透光率為0_20%。
—種用前述裝置來測量建築物垂直位移的方法，其特徵在於，包括下述步驟
(a)相對不動點高度的測量 首先打開光源使其發出的光透過光學透鏡轉化為平行光，照射到裝有兩種液體的 豎直玻璃管上；接著，照射到玻璃管下部的光經透光液體被投射到光接收器件上，照射到玻 璃管上部的光被透光率低的液體阻擋，從而使玻璃管上下部的液位分界面在光接收器件上 形成水平投影線，該水平投影線的高度hl即為玻璃管下部透光液面的高度；也即與玻璃管 下部連通的大容器液位高度，為相對不動點高度；
(b)相對動點高度的測量 當建築物產生垂直位移時，置於建築物垂直位移基點上的大液體容器也隨之產生 垂直位移，從而使與其連通的玻璃管下部透光液體的液面也產生位移，光接收器件採集到 的水平投影線高度隨之變化為h2，稱為相對動點高度，
(c)將步驟(b)得到的相對動點高度h2與步驟(a)得到的相對不動點高度hi比 較，兩者的差值即為建築物發生的垂直位移。 與現有技術相比，本發明測量裝置選擇應用地球重力面作基準面的靜力水準連通 管技術方案，根據連通管內的液體介質在重力作用下保持液面高程一致的連通管原理，採 用兩種互不相溶的液體之間所形成的液位分界面，當光源發出的光透過光學透鏡轉化為平 行光後，照射到裝有兩種液體的測量玻璃管上。下半部分光可以透射過去，進而被CCD器件 或PSD光電器件接收；上半部分的光不能透射過去，CCD器件或PSD光電器件採集到的高度 為下半部分液體液面高度(即相對不動點高度)，當建築物產生垂直位移時，測量玻璃管的 下半部分液體的液面也會產生位移(升高或者降低)，此時CCD器件或PSD光電器件採集 到的液位分界面位置也發生了變化，將此時採集到的液位分界面位置與相對不動點高度比 較，就可精確獲得建築物垂直位移的數值。 此外，本發明測量管上部採用與下部透光液體不相溶的透光率低的液體，不但可
以清晰地得到下部液體液面的位置，而且上部液體還起到擋渣的作用。防止在測量過程中
有不透光的雜質附著到玻璃管壁、落入下部液體中，使透射過玻璃管的光的垂直方向範圍
受影響，導致CCD器件或PSD光電器件採集到的數據不準確，從而影響測量的精度。 本發明裝置可廣泛用於測量大壩、橋梁、碼頭、高邊坡、地裂縫、斷層、軟弱夾層等
的垂直變形。
圖1為本發明用於建築物垂直位移監測裝置的結構原理示意圖。
圖中，1、光源；2、光學透鏡；3、透光液體；4、上下層不相溶液體水平液位分界面；
5、透光率低的液體；6、液位分界面的水平投影線；7、 CCD感光器或PSD光電器件；8、豎直玻璃管。
具體實施例方式
以下結合附圖和實施例對本發明做進一步的詳細描述。 如圖1所示， 一種測量建築物垂直位移的裝置，由光源1 (雷射器或光電二極體)、 光學透鏡2、玻璃管8、 CCD感光器或PSD光電器件7等組成。光源1和CCD感光器7或PSD 光電器件都固定在儀器底板上。光源1置於透鏡的焦點處，透過透鏡2的平行光視場足夠 大，以能充分覆蓋整個測量範圍和CCD感光器或PSD光電器件7。玻璃管8上部裝有透光率 低的液體5 ;下部與大液體容器(圖中未畫出)連通，大液體容器放置在相對垂直方向無位 移的平面上(建築物垂直位移基點)，其中裝有透光液體(從經濟角度考慮，本發明採用含 有防凍液的蒸餾水)，其液面高度與玻璃管8下部液面高度保持一致。由於玻璃管8連通大 液體容器，因此其下部溶液也為透光液體，透光液體3與上部透光率低的液體5(從各個角 度考慮，本發明採用透光率在0-20%的重油或飽和酚的一種)不相溶。兩種互不相溶的液 體在玻璃管8中形成一道水平的液位分界面4。 用圖1所裝置來測量建築物垂直位移的方法，在建築物產生垂直位移前，當光源1 發出的光透過光學透鏡2轉化為平行光後(光源1置於透鏡的焦點處)，照射到裝有兩種 液體的玻璃管8上。下部液體透光，上部液體隔光，水平液位分界面4投影到CCD感光器或
4PSD光電器件7上的水平投影線6即為下部液體的液面高度hl。 當建築物產生垂直位移前，置於建築物垂直位移基點上的大液體容器也隨之產生 垂直位移，從而使與其連通的玻璃管8下部透光率低的液體3的液面也產生位移，此時CCD 感光器或PSD光電器件測到的高度值為h2，稱為相對動點高度，將h2與之前不動點高度hl 相比較，得出的差值即為建築物垂直方向產生的位移。 上部液體採用與下部液體不相溶且透光率低的液體5，不但可以使CCD感光器或 PSD光電器件7清晰地得到透光液體3液面的高度，而且透光率低的液體5還起到擋渣的作 用。防止在測量過程中有雜質粘貼到玻璃管壁、落入透光液體3中，使透射過玻璃管的光的 垂直方向範圍受影響，導致CCD感光器或PSD光電器件7採集到的數據不準確，從而影響測 量的精度。 本發明所說的大液體容器可與多個圖1裝置的玻璃管8多點連通，建立多個測點。
CCD感光器或PSD光電器件7可與外圍單片機系統(包括完成程控驅動、信號處理 和識別、數據採集及與計算機的通訊等模塊)連接。當平行光照向CCD感光器或PSD光電 器件時，玻璃管8內水平液位分界面4在CCD感光器或PSD光電器件上產生一個水平投影 線6，CCD感光器或PSD光電器件的像元將光強轉換成電荷量存儲。CCD感光器或PSD光電 器件驅動器產生相應邏輯時序將電荷信息移出，輸出信號經過整形處理後，算出水平液位 分界面4的準確位置，據此得到測點液面的位移值，結果經通信接口發送到監測計算機或 其他外接設備。程控驅動、信號處理和識別、數據採集及與計算機的通訊等功能都是由外圍 單片機系統來實現。
權利要求
一種測量建築物垂直位移的裝置，包括一個光學透鏡，該光學透鏡一側的焦點設置有光源，光學透鏡另一側設置有與外圍單片機系統連接的光接收受器件，其特徵在於，在光學透鏡與光接收受器件之間的光路上設置有一個豎直玻璃管，該玻璃管下部與一個置於建築物垂直位移基點的大液體容器連通，該大液體容器中裝有透光液體，其液面高度與玻璃管下部透光液體液面的高度一致；玻璃管的上部裝有與下部透光液體不相溶的透光率低的液體，兩種互不相溶的液體之間在玻璃管中形成水平的液位分界面。
2. 如權利要求1所述的測量建築物垂直位移的裝置，其特徵在於，所述下部透光液體 為含有防凍液的蒸餾水；上部透光率低的液體，其透光率為0-20%。
3. 如權利要求1所述的測量建築物垂直位移的裝置，其特徵在於，所述外圍單片機系 統包括完成程控驅動、信號處理和識別、數據採集及與計算機的通訊的基本單元模塊。
4. 如權利要求1所述的測量建築物垂直位移的裝置，其特徵在於，所述光源為雷射器 或光電二極體；所述光接收器件為CCD感光器或PSD光電器件。
5. —種測量建築物垂直位移的方法，是基於權利要求1測量建築物垂直位移的裝置來 實現的，其特徵在於，包括下述步驟(a) 、相對不動點高度的測量首先打開光源使其發出的光透過光學透鏡轉化為平行光，照射到裝有兩種液體的豎直 玻璃管上；接著，照射到玻璃管下部的光經透光液體被投射到光接收器件上，照射到玻璃管 上部的光被透光率低的液體阻擋，從而使玻璃管上下部的液位分界面在光接收器件上形成 水平投影線，該水平投影線的高度hl即為玻璃管下部透光液面的高度；也即與玻璃管下部 連通的大容器液位高度，為相對不動點高度；(b) 、相對動點高度的測量當建築物產生垂直位移時，置於建築物垂直位移基點上的大液體容器也隨之產生垂直 位移，從而使與其連通的玻璃管下部透光液體的液面也產生位移，光接收器件採集到的水 平投影線高度隨之變化為h2，稱為相對動點高度，(c) 、將步驟(b)得到的相對動點高度h2與步驟(a)得到的相對不動點高度hl比較， 兩者的差值即為建築物發生的垂直位移。
全文摘要
本發明公開了一種測量建築物垂直位移的裝置及方法，該裝置應用連通管原理多點連通，通過對連通容器中的液面分界面位置進行測量，將設備安裝處的微小高程變化轉換為液面分界面的垂直方向的位置變化，由CCD傳感器或PSD光電器件直接檢測液面分界面的垂直位置變化。採用單片機實現CCD器件或PSD光電器件的程控驅動、信號處理和識別、數據採集、與計算機通訊等功能。該儀器將傳感器和外圍電路集成，並設計專用模具製造，儀器的整體性和密封性能好，便於安裝。該儀器可用於觀測大壩、橋梁、碼頭、高邊坡、地裂縫、斷層、軟弱夾層等的垂直變形。
文檔編號G01C5/04GK101788286SQ20101012933
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月22日 優先權日2010年3月22日
發明者樂開端, 張銘, 閆昕 申請人:西安交通大學;西安華騰光電有限責任公司