差動振弦式傾斜儀的製作方法

2023-05-11 18:11:16 4

專利名稱：差動振弦式傾斜儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種監測建築物的水平與垂直表面的傾斜變化的傳感器，尤其是能長期精確監測混凝土大壩等水工建築物、巖體、工業、民用建築物、道路、橋梁及隧道等的傾斜變化的差動振弦式傾斜儀。亦可測量以儀器標距為基準標長的角位移變化量。
背景技術：
目前，公知的建築物傾斜監測是採用電阻式的傾斜儀。它是利用儀器內部的彈性鋼絲作為傳感元件的儀器，鋼絲受到拉力作用產生彈性變形，其變形與電阻變化成線性變形的關係，故只要測定儀器內部的鋼絲電阻變化通過換算即可得出被測建築物的水平或垂直表面的傾斜角度的變化。該儀器在外界溫度變化較小時，電阻值變化與溫度變化存在線性關係，而外界溫度變化較大時則會影響儀器的精度，便不能準確地監測出建築物傾斜變化，且測量範圍普遍較小。
實用新型的目的為了克服電阻式傾斜儀隨外界溫度變化導致測值的誤差大且測量範圍小的缺點，本實用新型提供一種差動振弦式傾斜儀，該儀器的傳感元件(鋼弦亦稱振弦)經過熱處理之後其蠕變極小，零點穩定，受外界溫度影響小，因此倍受工程界青睞。
技術方案和有益效果本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是在密封的殼體中，應變梁、彈性擺、兩根振弦、兩組信號激振與拾取裝置，其特徵是彈性擺通過應變梁鉸連於殼體上，彈性擺兩側各固定一根振弦，弦的一端固定在殼體上，一端固定在彈性擺上，應變梁兩側各固定一組信號激振與拾取裝置。
工作原理是當與被測結構物剛性固連的儀器殼體發生傾斜時，由於重力的作用，鉸連於殼體上的彈性擺(由應變梁和重錘組成)仍有指向地心的趨勢，並重新建立穩定平衡位置。使傾斜儀的應變梁彈性體產生微小位移變化，固連於傾斜儀內部的敏感元件(振弦)也產生等量的微小位移變化，當傾斜儀應變梁平面對鉛垂線傾斜角度時，應變梁產生彎曲變形，其中1根振弦A產生拉應變，另1根振弦B則產生與振弦A應變量相等的壓應變(差動原理)，從而改變了振弦的內部應力，在安裝于振弦一側中心處的激發與拾取裝置的磁場力作用下，振弦產生固有振動，磁場中的振弦作切割磁力線的振蕩，在信號拾取裝置中產生感應電動勢，此感應電動勢為交變電動勢，其交變頻率即為振弦的振動頻率，採用振弦式頻率讀數儀分別測量兩隻激發與拾取裝置感應的振弦A、B的自振頻率，則可測出該傾斜儀與初始點的相對傾角。而振弦的固有頻率值與振弦的內部應力的關係為振弦的固有頻率的平方與其內應力成正比，由此實現了傾斜變化到振弦頻率輸出的傳感原理。
本傾斜儀運用差動原理使傳感器的靈敏度提高一倍，溫度影響大大降低，可固定在被測建築物進行連續、自動、遙控測量所在位置傾斜角的變化。可以安裝在庫水位以下的上遊壩斷面或者觀測人員難以到達的高邊坡上。既可用於測量被測建築物傾斜角度的變化，亦可測量以儀器標距為基準標長的角位移變化量。是當今最為理想的固定式傾斜儀。


以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。
圖一為本實用新型工作原理圖圖一中1是信號激發和拾取裝置，2是振弦，3是重錘，4是殼體，5是信號激發和拾取裝置，6是振弦，7是應變梁，8是信號輸出引線。
圖二是差動振弦式傾斜儀的工程安全監測實施例的結構示意圖，9是測斜管，10是導輪，11是屏蔽電纜，12是差動振弦式傾斜儀，13是支撐軸。
具體實施方式
圖一所示，應變梁(7)與殼體(4)鉸連，重錘(3)與應變梁(7)固聯，振弦(2、6)一端與殼體固聯，另一端與重錘(3)固聯，信號激發和拾取裝置(1、5)固聯於殼體。圖二所示，差動振弦式傾斜儀(12)與支撐軸(13)固聯，支撐軸(13)上設置有導輪(10)，差動振弦式傾斜儀(12)通過導輪(10)在測斜管(9)內滑動。當與被測結構物剛性固連的差動振弦式傾斜儀殼體發生傾斜時，由於重力的作用，鉸連於殼體(4)上的彈性擺仍有指向地心的趨勢，並重新建立穩定(平衡)位置。預張緊的振弦A和振弦B的內應力即發生差動變化。經電氣轉換，輸出與角位移成線性關係的頻率信號並由頻率讀數儀讀出。傳感器安裝埋設好(以測值最初穩定為準)，分別測量兩組振弦的頻率模數FA0及FB0(F＝Hz2×10-3)，進入觀測期再分別測量兩組振弦的實時讀數FAi、FBi。根據計算公式和計算給出的K、B值即可求出工作原理圖出現傾角變化量Δθ；並由差值的正負號判別傾角的變化方向。X向Y向同。
計算公式Δθ＝K[(FAi-FBi)-(FA0-FB0)]+B式中Δθ-被測結構物的傾角變化量(°)；K-傾斜儀的解析度(°/F)；FAi-傾斜儀振弦A的頻率模數實時測量值(F)；FBi-傾斜儀振弦B的頻率模數實時測量值(F)；FA0-傾斜儀振弦A的頻率模數「0」點測量(基準)值(F)；FB0-傾斜儀振弦B的頻率模數「0」點測量(基準)值(F)；B-擬合計算修正值(°)。
角度變化方向由公式計算所得結果的正負號決定。
注F＝Hz2×10-權利要求1.一種差動振弦式傾斜儀，在密封的殼體中，應變梁、彈性擺、兩根振弦、兩組信號激振與拾取裝置，其特徵是彈性擺通過應變梁鉸連於殼體上，彈性擺兩側各固定一根鋼弦，弦的一端固定在殼體上，一端固定在彈性擺上，應變梁兩側各固定一組信號激振與拾取裝置。
2.根據權利要求1所述的傾斜儀，其特徵在於差動原理在振弦式傾斜儀上的運用。
專利摘要本實用新型涉及一種監測建築物的水平與垂直表面的傾斜變化的傳感器，尤其是能長期精確監測建築物的傾斜變化的差動振弦式傾斜儀。亦可測量以儀器標距為基準標長的角位移變化量。它是在密封的殼體中，由應變梁、彈性擺、兩根振弦、兩組信號激發和拾取裝置、信號輸出引線等組成。由應變梁和重錘組成一個彈性擺，彈性擺的兩側各固定一根振弦，應變梁兩邊各固定一組信號激振與拾取裝置，當傾斜儀應變梁平面對鉛垂線傾斜一定角度時，應變梁產生彎曲變形，1根振弦A產生拉應變，1根振弦B則產生與振弦A應變量相等的壓應變，採用振弦式頻率讀數儀分別測量出兩隻線圈感應的振弦A、B的自振頻率，則可換算出該傾斜儀與初始點的相對傾角。而振弦的固有頻率值與振弦的內部應力的關係為振弦的固有頻率的平方與其內應力成正比，由此實現了傾斜變化到振弦頻率輸出的傳感原理。
文檔編號G01C9/00GK2684149SQ0325990
公開日2005年3月9日 申請日期2003年7月25日 優先權日2003年7月25日
發明者楊志餘, 童西良 申請人:金壇市土木工程儀器廠