一种静力水准仪在线校准系统及其校准方法技术方案

本发明专利技术公开了一种静力水准仪在线校准系统及其校准方法，用于对工作水准仪测量校准；包括标准位移发生装置、基准水准仪、水箱、分水器和数据采集器；将标准位移发生装置安装在测量现场，将基准水准仪固定在标准位移发生装置上，将水箱、工作水准仪和基准水准仪通过分水器连接；依次竖直方向缓慢调节标准位移发生装置的高度，待系统稳定后通过数据采集器测量工作水准仪、基准水准仪以及标准位移发生装置的读数；根据多组测量数据进行计算，给出待校准的工作水准仪的校准系数。本方法校准原理简洁，整体操作简单，能够实现对无法拆离的现场工作水准仪进行在线校准，也可进行离线水准仪室内校准，配合标准位移发生装置的调节，测量精度很高。

An On-line Calibration System for Static Level and Its Calibration Method

【技术实现步骤摘要】
一种静力水准仪在线校准系统及其校准方法
本专利技术涉及校准测量
，更具体的说是涉及一种静力水准仪在线校准系统及其校准方法，也适用于静力水准仪离线室内校准。
技术介绍
静力水准是一种精密液位测量系统，该系统设计用于测量两个或多个测点的相对沉降。精力水准系统是根据连通器的使用原理，系统液面在无压静力情况下公用系统液面始终保持水平的静力特性，每个测点沉降变化导致系统内各个测点液位高程的变化，这种液面高度变化通过测量仪表来感知。一般的这种液面高程的变化通过振弦式力传感器或者LVDT等其它工作原理的设备来测量。静力水准测量系统广泛应用于核电、大坝、桥梁、隧道等大型工程和民用建筑中。根据国家计量法要求以及重大项目结构安全评估的需要，为检验静力水准仪的测量精度，需要定期对水准仪进行校准。根据工程使用要求，水准测量系统有临时使用，如桥梁验收荷载试验；也有永久性使用，如核电站核岛安全壳公共筏基的不均匀沉降全寿期监测；其使用时多固定于坝体、桥墩上或其支撑架上，永久使用的则多预埋在混凝土中。这些水准仪尤其是永久固定的水准仪，一方面由于埋入混凝土内无法取出进行室内校准，另一方面由于测量的持续性要求，设备校准不容许离线进行。因而至今水准仪的现场使用属于一种盲从状态，现场校准领域完全空白，水准仪的现场校准因核电安全监管的需要呼之欲出，开展一种静力水准仪的在线校准装置顺势而生。目前国内核电使用的静力水准仪的基本结构如图1所示，组建的静力水准系统如图2所示。静力水准仪的下部为进水口，上部为排气口，最上部为液面高度变化测量的力传感器，中间为浮桶，外边安装有液位刻度管，通过它可以观察盒内的水位。两点或多点组建的测量系统就是两台水准仪独立串联、或者多台水准仪并联一体的测量系统，图2所示的是两点串联的测量系统。下部进水口通过分水器实现液流互通，同样，上端排气口互联并与环境贯通，从而形成一种公共联通的静力液面。振弦式静力水准仪的工作原理为：当一个物体放置在液体的表面时，物体所受的浮力与物体排开的液体质量有关。维持固体不动，液体水面变化时物体所受的浮力将发生变化，如图1所示，当液面上升时，浮桶的浮力将增大，浮力的大小与液面的变化成正比，符合以下公式：F＝V×ρ其中：F-浮桶的浮力；V-物体排开的液体的体积；ρ-液体的密度。振弦式静力水准仪测量系统就是根据这一原理设计的一种高精密测试系统，该系统将多个水准盒连接成用于测量多点相对沉降的系统。可以精确测出小至0.01mm的垂直变化。水准仪长期使用后其性能是否退化，测量精度有无降低，当前测量数据是否可靠，能否继续用于结构安全性能的评估，需要对这些水准仪及系统进行现场校准。但是，现有技术还没有涉及静力水准仪现场校准，目前基本还是停留在实验室校准，校准方法涵盖如下两种：一、核心测量单元单独校准方式：针对测量单元传感器单独标定，比如振弦式水准仪测量核心单元，采用的是振弦式力传感器，实验室通过施加标准砝码来校准，水准仪的工作系数则是通过储水罐的特征参数换算而成。这种方法不能对测量系统整体性能给出校验，测试精度也低。二、系统整体实验室校准：通过设计标准的位移发生器来校准水准仪。这种方法尚未实现现场在线校验。上述两种方法都是在实验室内进行的。鉴于核电工程的重要性，使得目前在线检验的方式：通过分水器建立一支工作盒与参考盒的独立串联系统，通过向参考盒罐体内加水或者减水，用直尺或者高度尺测量液面的变化，再与传感器读数对比。这种方式只是一种定性的方式，操作过程太过繁琐，读数误差太大，测量精度很低，不能达到校准的目的。因此，如何提供一种能够对静力水准仪实现在线校准、且测量精度高的测量系统及其测量方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种静力水准仪在线校准系统及其校准方法，能够通过精确控制基准水准仪的竖直位移量，并通过采集的数据对待测量的工作水准仪进行在线校准，使用方便、操作简单、且测量精度高。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种静力水准仪在线校准系统，用于对一个或同时对多个工作水准仪的传感器系数进行测量校准；包括标准位移发生装置、基准水准仪、水箱、分水器和数据采集器；所述标准位移发生装置安装在测量现场，且所述标准位移发生装置本身能够在竖直方向上运动；所述基准水准仪固定在所述标准位移发生装置的顶部；所述水箱与所述工作水准仪和所述基准水准仪在同一水平面内布置；所述分水器分别通过连通管连接所述水箱、所述工作水准仪和所述基准水准仪；所述数据采集器分别与所述工作水准仪、所述标准位移发生装置和所述基准水准仪的信号输出端电性连接。通过上述技术方案，本专利技术将基准水准仪与现场待测量的工作水准仪通过分水器连通，通过标准位移发生装置对基准水准仪的竖直方向的高度进行调节，进而通过数据采集器对标准位移发生装置的位移量、工作水准仪和基准水准仪的数据测量并进行分析计算，率定工作水准仪的传感器的系数。整体操作简单，能够实现对工作水准仪的在线校准，且由于借助于标准标准位移发生装置的调节，测量精度高。优选的，在上述一种静力水准仪在线校准系统中，所述基准水准仪的结构包括壳体、浮桶、接触杆、传感器和液位刻度管；所述壳体下部一侧开设有进水口，所述壳体上部一侧开设有排气口，所述进水口与所述连通管连接；所述浮桶悬挂在所述壳体内；所述接触杆的底端与所述浮桶顶端连接；所述传感器与所述接触杆的顶端连接，所述传感器的信号输出端与所述数据采集器电性连接；所述液位刻度管位于所述壳体外侧且上下两端分别连通所述壳体的底端和顶端。通过选用与工作水准仪结构相同的基准水准仪，便于动态测量的统一性。优选的，在上述一种静力水准仪在线校准系统中，所述静力水准仪可以是振弦式静力水准仪(浮筒悬挂在接触杆上，浮筒位置始终保持不动)，也可以是其它形式的静力水准仪(浮筒悬浮于液面之上，位置随液面升降而变化)。优选的，在上述一种静力水准仪在线校准系统中，所述标准位移发生装置包括调平支脚、固定轴、升降台、升降组件和位移传感器；所述调平支脚的数量为多个，所述调平支脚的底端支撑在工作平台上，所述调平支脚的竖直方向上开设有通孔；所述固定轴的底端与所述调平支脚固定连接，且所述固定轴位于多个所述调平支脚的中央，所述固定轴为中空结构；所述升降台包括升降盘和套筒；所述套筒固定在所述升降盘的底面，所述基准水准仪固定在所述升降盘上，所述套筒滑动连接在所述固定轴内；所述升降组件设置于所述固定轴内，且用于控制所述套筒沿所述固定轴在竖直方向运动；所述位移传感器的底端固定在所述通孔内，所述位移传感器的顶端探头与所述升降盘的底面贴合，所述位移传感器的信号输出端与所述数据采集器电性连接。本专利技术的标准位移发生装置采用升降组件对升降盘进行竖直方向上的高度调节，在调节过程中，位移传感器的探头始终与升降盘的底面接触，能够对升降高度进行测量，同时，由于调平支脚和位移传感器设置有多个，不仅能够提高标准位移发生装置高度调节的稳定性，同时能够提高位移数据测量的精确度，操作简单、使用便捷、且测量精度高。优选的，在上述一种静力水准仪在线校准系统中，所述升降组件包括第一法兰盘、丝杆、从动锥齿轮、第二法兰盘、主动锥齿轮和驱动部；所述第一法兰盘固定在所述固定轴的底端；所述丝杆与所述固定轴同轴设置，且与所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静力水准仪在线校准系统，用于对一个或同时对多个工作水准仪(1)的传感器系数进行测量校准；其特征在于，包括标准位移发生装置(2)、基准水准仪(3)、水箱(4)、分水器(5)和数据采集器(6)；所述标准位移发生装置(2)安装在测量现场，且所述标准位移发生装置(2)本身能够在竖直方向上运动；所述基准水准仪(3)固定在所述标准位移发生装置(2)的顶部；所述水箱(4)与所述工作水准仪(1)和所述基准水准仪(3)在同一水平面内布置；所述分水器(5)分别通过连通管(8)连接所述水箱(4)、所述工作水准仪(1)和所述基准水准仪(3)；所述数据采集器(6)分别与所述工作水准仪(1)、所述标准位移发生装置(2)和所述基准水准仪(3)的信号输出端电性连接。

【技术特征摘要】
1.一种静力水准仪在线校准系统，用于对一个或同时对多个工作水准仪(1)的传感器系数进行测量校准；其特征在于，包括标准位移发生装置(2)、基准水准仪(3)、水箱(4)、分水器(5)和数据采集器(6)；所述标准位移发生装置(2)安装在测量现场，且所述标准位移发生装置(2)本身能够在竖直方向上运动；所述基准水准仪(3)固定在所述标准位移发生装置(2)的顶部；所述水箱(4)与所述工作水准仪(1)和所述基准水准仪(3)在同一水平面内布置；所述分水器(5)分别通过连通管(8)连接所述水箱(4)、所述工作水准仪(1)和所述基准水准仪(3)；所述数据采集器(6)分别与所述工作水准仪(1)、所述标准位移发生装置(2)和所述基准水准仪(3)的信号输出端电性连接。2.根据权利要求1所述的一种静力水准仪在线校准系统，其特征在于，所述基准水准仪(3)包括壳体(31)、浮桶(32)、接触杆(33)、传感器(34)和液位刻度管(35)；所述壳体(31)下部一侧开设有进水口(311)，所述壳体(31)上部一侧开设有排气口(312)，所述进水口(311)与所述连通管(8)连接；所述浮桶(32)悬挂在所述壳体(31)内；所述接触杆(33)的底端与所述浮桶(32)顶端连接；所述传感器(34)与所述接触杆(33)的顶端连接，所述传感器(34)的信号输出端与所述数据采集器(6)电性连接；所述液位刻度管(35)位于所述壳体(31)外侧且上下两端分别连通所述壳体(31)的底端和顶端。3.根据权利要求1所述的一种静力水准仪在线校准系统，其特征在于，所述标准位移发生装置(2)包括调平支脚(22)、固定轴(23)、升降台(24)、升降组件(25)和位移传感器(26)；所述调平支脚(22)的数量为多个，所述调平支脚(22)的底端支撑在工作平台上，所述调平支脚(22)的竖直方向上开设有通孔；所述固定轴(23)的底端与所述调平支脚(22)固定连接，且所述固定轴(23)位于多个所述调平支脚(22)的中央，所述固定轴(23)为中空结构；所述升降台(24)包括升降盘(241)和套筒(242)；所述套筒(242)固定在所述升降盘(241)的底面，所述基准水准仪(3)固定在所述升降盘(241)上，所述套筒(242)滑动连接在所述固定轴(23)内；所述升降组件(25)设置于所述固定轴(23)内，且用于控制所述套筒(242)沿所述固定轴(23)在竖直方向运动；所述位移传感器(26)的底端固定在所述通孔内，所述位移传感器(26)的顶端探头与所述升降盘(241)的底面贴合，所述位移传感器(26)的信号输出端与所述数据采集器(6)电性连接。4.根据权利要求1所述的一种静力水准仪在线校准系统，其特征在于，所述升降组件(25)包括第一法兰盘(251)、丝杆(252)、从动锥齿轮(253)、第二法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张忠，
申请(专利权)人：中冶建筑研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11