初始大高差结构的竖向位移监测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了初始大高差结构的竖向位移监测装置和方法，装置包括：测点储液罐，其内灌装有液体；一对测试端储液罐，其上部相同高度处分别对应设置有贯通外部的通孔，一对测试端储液罐底部通过第一连通管连通为一体式结构，所述第一连通管上设置有第一阀门，其中一测试端储液罐底部还与所述测点储液罐通过第二连通管连通，一对测试端储液罐上表面均具有相同的开口；差压传感器，其负极端和正极端分别通过管道密封连通一对测试端储液罐的开口。本发明专利技术的装置以及利用装置进行测量的方法成功消除了初始高差对亚毫米级竖向位移自动化监测的影响，也有效避免了温度和大气压对监测结果的影响。

Vertical displacement monitoring device and method for initial large difference height structure

The invention discloses a vertical displacement monitoring device and method of an initial large height difference structure, which comprises a measuring point liquid storage tank filled with liquid, a pair of liquid storage tanks at the testing end with corresponding through-holes at the same height above, and a pair of liquid storage tanks at the testing end connected by a first connecting pipe. The first connecting pipe is provided with a first valve, in which the bottom of the liquid storage tank at one testing end is also connected with the measuring point through a second connecting pipe, and the upper surface of the liquid storage tank at one testing end has the same opening; the negative and positive extremes of the differential pressure sensor are respectively connected with a pair of testing ends through a pipeline seal. The opening of the liquid storage tank. The device of the invention and the method of measuring by the device successfully eliminate the influence of the initial elevation difference on the automatic monitoring of submillimeter vertical displacement, and effectively avoid the influence of temperature and atmospheric pressure on the monitoring results.

【技术实现步骤摘要】
初始大高差结构的竖向位移监测装置和方法
本专利技术涉及土木工程
更具体地说，本专利技术涉及初始大高差结构的竖向位移监测装置和方法。
技术介绍
由于压力传感器的量程是有限的，一般仍可满足结构竖向位移的相对变化的测量。但工程实践过程中，存在一些结构，其各构造部分的初始高差达到几米、数十米甚至百米以上，但竖向位移相对变化值很小，有的仅为毫米级甚至亚毫米级的情况，即初始大高差结构的小变形监测问题，此类问题包括诸如拱桥主拱结构的竖向变形问题、房建结构屋顶主梁竖向变形问题及桥墩沉降监测问题等。此种情况下的测量既要求测量仪器量程足够大以适应结构各部位的初始较大高度差，又要求仪器精度足够高以实现对其竖向微小变形值的高精度测量，多数情况下还要求实现在线、远程及自动化监测。目前的既有技术及相关设备，如精密水准仪、全站仪、光电挠度仪及GPS等均难以达到此要求：(1)百(千)分表等位移计法，水准仪、全站仪等光学仪器测量法，均属于短期、人工测量，存在耗费时间和人力、实时性不强、测点附近需要固定点等缺点。(2)倾角仪法、激光图像法、GPS、惯性测量法、光电液位连通管法、压力变送器法、张力线法等均可实现自动测量，但均存在不足，如倾角仪法要求的轴线与桥轴线平行安装不易实现；图像法受大气能见度影响较严重，在雨、雾、霾等能见度差的天气难以正常工作；GPS在竖向位移方向精度较低，且易受构件遮挡，目前仅适用于大跨径结构的竖向位移监测；惯性测量法对低频位移存在失真现象且不能测量竖向静态位移；光电液位连通管法属于开放式连通管，液面震荡、液体蒸发、管道摩阻力、具有时变特性的大气场等降低了其测试精度和长期稳定性，且很难考虑温度变化的影响、设备成本较高，其难以满足具有初始大高差特性结构的小变形测试所需的超大量程和高精度，且对施工安装垂直度要求很高即环境适应性较弱；张力线法的精度较低，测试过程需进行复杂的运算，同时构造复杂、成本较高，且难以布设与满足有效监测该类结构竖向位移。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供初始大高差结构的竖向位移监测装置和方法，成功消除了初始高差对亚毫米级竖向位移自动化监测的影响，也有效避免了温度和大气压对监测结果的影响。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种初始大高差结构的竖向位移监测装置，包括：测点储液罐，其内灌装有液体；一对测试端储液罐，其上部相同高度处分别对应设置有贯通外部的通孔，一对测试端储液罐底部通过第一连通管连通为一体式结构，所述第一连通管上设置有第一阀门，其中一测试端储液罐底部还与所述测点储液罐通过第二连通管连通，一对测试端储液罐上表面均具有相同的开口；差压传感器，其负极端和正极端分别通过连接管道密封连通一对测试端储液罐的开口。优选的是，所述第二连通管上也设置有第二阀门。优选的是，所述通孔处均设置有密封通孔的控制螺栓。优选的是，所述差压传感器为液体差压传感器或气体差压传感器。优选的是，所述差压传感器电连接数字显示器。优选的是，所述差压传感器电连接数据传输模块，所述数据传输模块有线连接或者无线连接数据接收与存储处理设备。优选的是，所述通孔为从测试端储液罐内壁向外壁逐渐向外扩展延伸的弧形开口，所述测试端储液罐外壁还设置有封闭机构，其包括：密封件，其包括连接板和密封块，所述连接板上端铰接于通孔正上方的测试端储液罐外壁上，所述密封块固定于所述连接板一侧面上且下端与连接板的下端平齐，所述密封块形状与所述通孔的形状相匹配且所述密封块的顶面向外延伸形成延伸块；U型管，其一侧为低开口并固定于测试端储液罐的外壁上且低开口上端与通孔下端面平齐，U型管另一侧为高开口并位于通孔上方，所述高开口下方靠近通孔一侧的壁上具有贯通的孔洞且孔洞内固定有销轴；顶推件，其包括转动杆和铰接杆，所述转动杆套设于销轴上使其一端位于高开口内、另一端位于高开口外，所述铰接杆一端铰接于转动杆位于外侧的另一端上、另一端铰接于连接板上；浮力杆，其位于高开口内且上端铰接于转动杆上，下端固定有浮力球并竖直向下靠近U型管底部。本专利技术还提供一种初始大高差结构的竖向位移监测方法，包括如下步骤：步骤一：第一阀门和第二阀门均打开，同时通孔也打开，提升测点储液罐的高度使得测点储液罐内的液体流进一对测试端储液罐内，直至液体从一对测试端储液罐的通孔内流出，将测点储液罐和一对测试端储液罐置于相同的高度，然后封闭通孔；步骤二：将测点储液罐或一对测试端储液罐固定于测点上，相应的一对测试端储液罐或测点储液罐位于竖向位移不变的基准点上，并关闭第一阀门；步骤三：监测并进行数据采集。优选的是，步骤三进行数据采集前先进行系统标定，具体为：将测点上的储液罐竖向位移变化置为一定值，然后观察此时差压传感器对应的压差变化值，求得两者的比例，作为标准比例；然后进行步骤三数据的采集，将采集到的实际压差变化值乘以标准比例即为测点竖向位移变化值。本专利技术至少包括以下有益效果：1、本专利技术的装置和方法既适用于短期的该类结构竖向位移测量，又适用于该类结构的竖向位移长期自动化监测，适用于桥梁、隧道及高层建筑等结构的竖向位移(挠度、沉降和平整度等)自动化监测。2、本专利技术采用的对称封闭式压力测量不受温度变化导致的封闭气体气压变化和液体密度变化的影响，对测试现场的大风、雨、雾、霾等气候条件和河面、山谷等地形条件均具有良好的适用性。3、本专利技术采用的差压传感测量方法，消除了结构的初始大高差特性对亚毫米级竖向位移(如挠度、沉降和平整度等)的准确、自动化、远程实时监测。4、本方法和装置的使用不受气候条件、地形和结构形式等的限制，无论测试现场是否有大风、雨、雾、霾等；无论结构下方是否为河面或山谷，此方法和装置都能监测，解决了无法在河上固定测量仪器的问题；无论是上承式、中承式或下承式拱结构还是高墩、房建结构，此方法和装置均能实现结构的任一截面位置的竖向位移监测，解决了具有初始大高差特性结构的竖向位移自动化监测难题。5、本测试方法和装置可推广应用于所有具有初始高差特性结构的竖向位移、平整度等监测中。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本专利技术装置的结构示意图；图2为本专利技术差压-位移转换原理的示意图；图3为本专利技术消除环境温度影响的示意图；图4为本专利技术封闭机构初始状态结构示意图；图5为本专利技术封闭机构封闭状态结构示意图。附图标记说明：1、测点储液罐，2、测试端储液罐，3、第一连通管，4、第一阀门，5、第二连通管，6、第二阀门，7、控制螺栓，8、差压传感器，9、数字显示器，10、数据传输模块，11、数据接收与存储处理设备，21、通孔，22、连接板，23、密封块，24、U型管，25、转动杆，26、铰接杆，27、浮力杆，28、浮力球。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本专利技术的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.初始大高差结构的竖向位移监测装置，其特征在于，包括：测点储液罐，其内灌装有液体；一对测试端储液罐，其上部相同高度处分别对应设置有贯通外部的通孔，一对测试端储液罐底部通过第一连通管连通为一体式结构，所述第一连通管上设置有第一阀门，其中一测试端储液罐底部还与所述测点储液罐通过第二连通管连通，一对测试端储液罐上表面均具有相同的开口；差压传感器，其负极端和正极端分别通过连接管道密封连通一对测试端储液罐的开口。

【技术特征摘要】
1.初始大高差结构的竖向位移监测装置，其特征在于，包括：测点储液罐，其内灌装有液体；一对测试端储液罐，其上部相同高度处分别对应设置有贯通外部的通孔，一对测试端储液罐底部通过第一连通管连通为一体式结构，所述第一连通管上设置有第一阀门，其中一测试端储液罐底部还与所述测点储液罐通过第二连通管连通，一对测试端储液罐上表面均具有相同的开口；差压传感器，其负极端和正极端分别通过连接管道密封连通一对测试端储液罐的开口。2.如权利要求1所述的初始大高差结构的竖向位移监测装置，其特征在于，所述第二连通管上也设置有第二阀门。3.如权利要求1所述的初始大高差结构的竖向位移监测装置，其特征在于，所述通孔处均设置有密封通孔的控制螺栓。4.如权利要求1所述的初始大高差结构的竖向位移监测装置，其特征在于，所述差压传感器为液体差压传感器或气体差压传感器。5.如权利要求1所述的初始大高差结构的竖向位移监测装置，其特征在于，所述差压传感器电连接数字显示器。6.如权利要求1所述的初始大高差结构的竖向位移监测装置，其特征在于，所述差压传感器电连接数据传输模块，所述数据传输模块有线连接或者无线连接数据接收与存储处理设备。7.如权利要求1所述的初始大高差结构的竖向位移监测装置，其特征在于，所述通孔为从测试端储液罐内壁向外壁逐渐向外扩展延伸的弧形开口，所述测试端储液罐外壁还设置有封闭机构，其包括：密封件，其包括连接板和密封块，所述连接板上端铰接于通孔正上方的测试端储液罐外壁上，所述密封块固定于所述连接板一...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱世峰，朱慈祥，周志祥，马小云，赵顺清，陈泽，胡先朋，邱业亮，陈亮，吴楚钢，
申请(专利权)人：武汉二航路桥特种工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42