一种基于差动原理的地层抬动检测装置制造方法及图纸

一种基于差动原理的坝基灌浆地层抬动检测装置，由螺管差动微位移传感器、安全底座和地层抬动检测系统显示与报警三部分组成，把螺管差动微位移传感器分解成圆筒线圈主体和衔铁二个独立部件。安全底座由半嵌入灌浆场地的水泥底坐、用三根长螺杆装配成一体的的上位金属定位块、下位金属定位块和安装衔铁的定位螺孔组成。抬动位移信号的处理、显示、报警是由抬动记录仪主机完成的，包括有给差动微位移传感器原边线圈提供正弦波作为高稳幅激励源、用于传感器输出信号处理的相敏检波器、V/A转换电路、抬动数据显示和报警电路。本发明专利技术能够适应灌浆工程恶劣环境，结实耐用，提高了检测的稳定性和连续性，显著降低了抬动检测的失效率，具有很高分辨率。

A kind of uplift detection device based on differential principle

【技术实现步骤摘要】
一种基于差动原理的地层抬动检测装置
本专利技术属于水利水电工程与地基与基础处理工程领域，特别是专为灌浆工程中检测受灌地层产生微位移（抬动）的一种检测装置。
技术介绍
灌浆工程中，受灌地层的抬动位移都是各种规范中规定必须要检测的一个重要参数，并要求每一个灌浆段的地层抬动累计位移量不能超过2000μm。目前灌浆现场使用较多的是机械千分表，光栅或容栅结构的电子千分表。机械式千分表读数困难且几乎都为间断的读数，光栅容栅电子千分表由于都是栅式结构，在灌浆现场很容易损坏，不适合在环境恶劣的灌浆工地现场使用。规范要求抬动位移的分辨率是1/1000mm，即1μm，现在灌浆施工中，即使检测表头或位移传感器的技术指标能满足要求，但传感器一般都采用一体式弹性结构，现场环境因素如钻机和水泵工作时的机械振动、钻进过程中起下钻具、敲击岩芯、以及搬运设备，施工车辆的运动，都会使抬动微位移传感器产生异动，出现虚假计数。实际灌浆施工中，由于这些外部原因所导致的抬动检测失效率高，使抬动检测形同虚设。改变常规机械式表头和抬动微位移传感器一体式弹性检测原理及结构，研制一套性能可靠稳定、抗震动能力强的配套安装及检测装置，是灌浆工程地层抬动检测必须首要解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一套能够适应灌浆工程恶劣环境，结实耐用，且又具有高分辨率，使用方便的地层抬动检测装置，取代现有的机械千分表、栅式结构的地层抬动检测系统。本专利技术通过以下方案实现:1)螺管差动微位移传感器采用差动变压器的原理，研制一套专用灌浆工程地层抬动微位移传感器，结构为螺管线圈型差动变压器，包括圆筒线圈主体和衔铁两个独立部分。传感器利用开磁路弱磁耦合机理设计，变压器副边为两个结构尺寸和参数相同线圈反向串接而成，线圈绕制方式中间为原边线圈，两侧为副边线圈。地层抬动时，圆筒线圈主体和抬动检测孔主测杆静止不动，衔铁固定在防震安全底座上整体随地层抬动的变化同步移动，即衔铁相对圆筒线圈主体运动位移。变压器原副边之间的互感产生变化，从而使副边线圈感应的电压产生变化。圆筒线圈主体外径为φ18mm，长度150mm，中心为一个直径6mm,高度60mm圆空洞，便于套在衔铁上。圆筒线圈主体中的绕线和骨架需要做防潮处理，负载250Ω。衔铁铁芯一端加工有M4、长度为12~15mm的螺纹，用于旋在防震上位金属定位块上。传感器线性量程为4mm，测量分辨率1μm，结构简单，稳定性好，十分适合在坝基灌浆中使用。2)防震式安全底座为防止衔铁因环境因素而发生位移，造成抬动位移检测失效。设计制作了安全底座，安全底座由上位金属定位块、下位金属定位块以及水泥底座三个部分组成。安全底座最底部的水泥底座高度的一半嵌入灌浆场地地面中，周边用水泥灌注，并保持和地面平行。水泥底座用模型浇注成型，顶面有一个圆孔，圆孔孔底和周边要保证平整光滑，孔底面和水泥座顶面平行。下位金属定位块的一部分放置在圆孔内，下位金属定位块和上位金属定位块用三根长螺杆装配成一体，上位金属定位块底面、下位金属定位块顶面有与螺杆配合的螺孔，螺孔沿中心点120度均匀分布，螺杆旋入后在其台阶处放入平垫片—弹簧垫圈—平垫片组成的套件，将上位金属定位块放入螺杆台阶上套件位置，由于螺杆和上位金属定位块的圆孔是紧配合设计，放入上位金属定位块时，需要轻轻压入，保持螺杆和上位金属定位块顶面垂直。在上位金属定位块露出的螺杆上也放入平垫片和弹簧垫圈套件，在上位金属定位块安装的水平泡的指示下，调节螺母使水平泡中轴线与地面垂直，同时使下位金属定位块和上位金属定位块紧固成一体，在上位金属定位块中心的螺孔旋入一根M4螺杆，并用直角靠尺检查螺杆是否和上位金属定位块顶面垂直。若垂直，将组装好的金属平台放入水泥平台的圆孔中，再次校验整体的水平和垂直度，若合格，用玻璃胶封堵和固定二者结合处的圆周缝隙，最后用水泥浆浇注好水泥地面和水泥平台间的缝隙。取掉M4螺杆，旋入衔铁。由抬动检测孔中与主测钢管相连接的磁性支架夹持住圆筒线圈主体，并将其套在衔铁上。由于磁性支架在垂直方向，水平方向均可调节，很容易调好螺管差动微位移传感器的零点、固定好检测前的初始位置。3)地层抬动检测系统显示与报警灌浆工程中，地层抬动是灌浆过程检测四参数（流量、压力、密度、抬动）其中之一，抬动过程检测系统的终端是抬动自动记录仪，其核心是32位微处理器NXP-LPC1768，记录仪主机给差动微位移传感器原边线圈提供2000HZ的正弦波作为激励源，此源由主机内高稳幅的振荡器产生。差动微位移传感器副边输出的交流信号传输给记录仪主机的相敏检波器，转换成直流电压，经低通滤波器去交流成分得到直流模拟信号，再经专用V/A转换芯片转换成4-20mA电流，通过计算机进行的4-20mA电流和0-4mm位移量转换计算，在抬动窗口显示出抬动数据。记录仪主机对抬动每秒采样9个数据，3秒在窗口显示一次实际的累计四位位移数据，单位为μm。抬动检测前，在记录仪主机中输入抬动位移的预警和报警值。检测中抬动位移达到预警值时，主机声光报警，抬动位移达到报警值时记录仪主机通过CPU的PWM口输出高电平，经驱动装置自动调节灌浆高压阀改变灌浆压力，或人工调节降低压力和减小流量。本专利技术提供的地层抬动检测装置，把螺管差动微位移传感器分解成圆筒线圈主体和衔铁二个独立部件，采用圆筒线圈主体和抬动检测孔主测杆静止不动，衔铁固定在防震安全底座上整体随地层抬动的变化同步移动，即衔铁相对圆筒线圈主体运动位移，并且利用防震式安全底座坚固稳定的结构设计从根本上解决了地层抬动检测过程中衔铁受钻机和水泵工作时的机械振动、钻进过程中起下钻具、敲击岩芯、以及搬运设备，施工车辆的运动等环境干扰频繁产生位移的问题，显著的降低了抬动检测的失效率。基于螺管差动微位移传感器先进的检测机理彻底避开了传统机械千分表、栅式结构的一体式弹性位移传感器的检测弊端，极大的提高了检测的稳定性和连续性。本检测装置能够适应灌浆工程恶劣环境，结实耐用，使用方便，且具有很高分辨率。附图说明图1为本专利技术的线圈原副边绕制原理图；图2为本专利技术线圈的结构图；图3为本专利技术传感器安装台示意图；下面结构附图和具体实施方式，对本专利技术做进一步的详细说明。具体实施方式1)螺管差动微位移传感器传感器利用开磁路弱磁耦合机理设计，圆筒线圈主体的绕线、封装委托专业厂家绕制制造。螺管线圈型差动变压器的原副边线圈绕制原理见图1，结构见图2。螺管外径为φ18mm，长度150mm，圆筒线圈主体中的绕线和骨架需要做防潮处理，负载250Ω，衔铁采用厂家通用衔铁，一端加工有M4，长度15mm的螺纹。地层有抬动位移时，衔铁在传感器的圆筒线圈主体中上下微动。两个副边线圈由于互感作用，分别产生感应电势e21和e22。圆筒线圈主体套在衔铁的中央位置，由于副边接成差动形式，两个感应电势反向串接，故使输出电压~u2=e21-e22=0，当衔铁偏离中央位置，输出电压~u2=e21-e22≠0，其大小正比于抬动位移量的大小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于差动原理的地层抬动检测装置，其特征包括：/n1）螺管差动微位移传感器/n采用差动变压器的原理，利用开磁路弱磁耦合机理设计灌浆工程地层抬动微位移传感器为螺管线圈型差动变压器，螺管差动微位移传感器由圆筒线圈主体和衔铁二个独立部件组成，圆筒线圈主体由与抬动测量孔主测杆钢管相接的磁性支架夹持，保持静止不动，衔铁固定在防震安全底座上整体随地层抬动的变化同步移动，即衔铁相对圆筒线圈主体运动位移；圆筒线圈主体内的变压器线圈绕制在由高密度玻璃充填聚合物的非铁磁物质圆筒骨架上，变压器的副边为两个结构尺寸和参数相同的线圈反向串接而成，原边和副边布局结构为：中间为原边线圈，两侧为副边线圈，三个线圈的外侧均由高渗透性磁性外壳包住，最外边由不锈钢封装成圆筒线圈主体；衔铁由高渗透性镍铁材料制成，衔铁的一端加工有长度为12~15mm的M4螺纹，并固定在防震安全水泥底座上，衔铁置于圆筒线圈主体中心，衔铁随地层抬动同步移动时，变压器原副边间的互感产生变化，使副边线圈感应的电压产生变化；/n2）防震式安全底座/n安全底座是为防止衔铁因环境因素发生位移而造成抬动位移检测失效设计的，安全底座由上位金属定位块、下位金属定位块以及水泥底座三个部分组成；水泥底座高度的一半嵌入灌浆场地地面中，周边用水泥浆灌注，并保持和地面平行，水泥底座顶面有一个圆孔，下位金属定位块的一部分放置在圆孔内，上位金属定位块和下位金属定位块用三根长螺杆装配成一体，上位金属定位块底面、下位金属定位块顶面有与螺杆配合的螺孔，螺孔沿中心点120度均匀分布；螺杆和上位金属定位块顶面垂直，螺杆的上半部台阶处放置有平垫片—弹簧垫圈—平垫片组成的套件，将上位金属定位块放入螺杆台阶上套件位置；上位金属定位块中心有用来安装衔铁的螺孔，圆筒线圈主体由与抬动测量孔主测杆钢管相接的磁性支架夹持，并套在衔铁上；/n3）地层抬动检测系统显示与报警/n抬动过程检测的终端是抬动自动记录仪，螺管差动微位移传感器副边输出的交流信号输入记录仪主机的相敏检波器，转换成直流电压，经低通滤波器去交流成分得到直流模拟信号，再经V/A转换芯片转换成4-20mA电流，通过微计算机进行4-20mA电流和0-4mm位移量转换计算，在抬动窗口显示出抬动数据。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于差动原理的地层抬动检测装置，其特征包括：
1）螺管差动微位移传感器
采用差动变压器的原理，利用开磁路弱磁耦合机理设计灌浆工程地层抬动微位移传感器为螺管线圈型差动变压器，螺管差动微位移传感器由圆筒线圈主体和衔铁二个独立部件组成，圆筒线圈主体由与抬动测量孔主测杆钢管相接的磁性支架夹持，保持静止不动，衔铁固定在防震安全底座上整体随地层抬动的变化同步移动，即衔铁相对圆筒线圈主体运动位移；圆筒线圈主体内的变压器线圈绕制在由高密度玻璃充填聚合物的非铁磁物质圆筒骨架上，变压器的副边为两个结构尺寸和参数相同的线圈反向串接而成，原边和副边布局结构为：中间为原边线圈，两侧为副边线圈，三个线圈的外侧均由高渗透性磁性外壳包住，最外边由不锈钢封装成圆筒线圈主体；衔铁由高渗透性镍铁材料制成，衔铁的一端加工有长度为12~15mm的M4螺纹，并固定在防震安全水泥底座上，衔铁置于圆筒线圈主体中心，衔铁随地层抬动同步移动时，变压器原副边间的互感产生变化，使副边线圈感应的电压产生变化；
2）防震式安全底座
安全底座是为防止衔铁因环境因素发生位移而造成抬动位移检测失效设计的，安全底座由上位金属定位块、下位金属定位块以及水泥底座三个部分组成；水泥底座高度的一半嵌入灌浆场地地面中，周边用水泥浆灌注，并保持和地面平行，水泥底座顶面有一个圆孔，下位金属定位块的一部分放置在圆孔内，上位金属定位块和下位金属定位块用三根长螺杆装配成一体，上位金属定位块底面、下位金属定位块顶面有与螺杆配合的螺孔，螺孔沿中心点120度均匀分布；螺杆和上位金属定位块顶面垂直，螺杆的上半部台阶处放置有平垫片—弹簧垫圈—平...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐蒙，张浩翔，徐聪云，杨建勇，孙家波，马海忠，王道明，徐力生，
申请(专利权)人：中南大学，华能澜沧江水电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43