一种倾角测量装置及其动态测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种倾角测量装置及其动态测量方法，该装置主要包括本体

【技术实现步骤摘要】
一种倾角测量装置及其动态测量方法


[0001]本专利技术涉及结构状态监测领域，具体涉及一种倾角测量装置及其动态测量方法
。

技术介绍

[0002]随着结构数字孪生概念的普及和深化，大型或重要结构几乎都建立了健康监测系统，而健康监测中结构变位测量尤其重要，倾角作为结构变形的一个表征参数，因此倾角仪的应用场景也越来越广泛，涉及桥梁施工及运维监测
、
大坝运维监测
、
地震监测等众多场景，倾角传感器可以监测结构的细微变化，监测结构的健康状况，从而对结构安全性进行评价；
[0003]传统倾角测量技术主要通过牛顿第二定律实现倾角测量，主要包括如下技术：
[0004]固体摆式倾角传感器测量技术，系统主要由摆锤
、
摆线
、
支架组成，摆受重力
G
和摆拉力
T
的作用，其合外力
F
＝
G sin
θ
＝
mg sin
θ
，
θ
为摆线与垂直方向的夹角，即为系统的倾角；
[0005]液体摆式倾角传感器测量技术，液体摆的构造基本原理是在玻璃壳体内配有导电液，并有三根铂电极和外界相互连接，三根电极相互平行间隙且一致；当系统水平时，电极插入导电液的深度一致
。
当系统倾斜时，电极间的导电液不一致，三根电极浸入液体的深度也发生变化，但中间电极浸入深度保持不变，因此通过引起输出电信号转变而感知倾角的变化；
[0006]气体摆式倾角传感器测量技术，“气体摆”式惯性元件由密闭腔体
、
气体和热线组成，当腔体所在平面相对水平面倾斜或腔体受到加速度的作用时，热线的阻值发生改变，而且热线阻值的转变是角度
θ
或加速度的函数，因此实现倾角测量；
[0007]除此之外，还包括基于激光
、
光纤光栅等技术的倾角测量方法，目前现有倾角设备高精度设备价格昂贵，通用性差，不能适用不同结构部位的测量，且满足不了更高精度测量的需求
、
动态测量精度低，难以具备高密度装备高精度倾角仪的监测条件，导致结构的微小倾角变位难以测量
。

技术实现思路

[0008]本专利技术为解决现有技术中存在的问题，提出了一种倾角测量装置及其测量方法，主要解决现有倾角监测设备精度低，结构微小倾角变位难以实现动态测量的问题
。
[0009]本专利技术的目的通过下述方案实现：
[0010]一种倾角测量装置，主要包括：本体
、
隔板
、
摄像模块
、
靶标模块
、
重力球
、
连接杆及传感模块；
[0011]所述本体中间设有隔板，所述隔板将本体分为上下两个空间，即上部空间和下部空间，所述上部空间设置有摄像模块和靶标模块，所述摄像模块与隔板上设置的摄像模块底座通过销轴连接，所述靶标模块与隔板上设置的靶标模块底座通过销轴连接；所述摄像模块和靶标模块的底部分别固定有连接杆，在摄像模块
、
靶标模块下方位置的隔板上分别
开设有槽孔，通过槽孔使得连接杆从上部空间穿至下部空间，在两个连接杆的端部分别固定有重力球；所述传感模块与摄像模块通过数据传输线进行通讯
。
[0012]可选的，所述摄像模块为球体形状，并设置孔洞，所述孔洞内设小体积摄像头
。
[0013]可选的，所述靶标模块包括靶标和靶标头，所述靶标头的上部固定靶标，所述靶标头的下部与连接杆固定连接，所述靶标头通过销轴和靶标模块底座连接，所述销轴两端采用螺帽固定
。
[0014]可选地，所述靶标为发光靶标，靶标内部可设置
LED
阵列
。
[0015]优选地，所述连接杆与槽孔连接处设置软性密封圈，
[0016]优选地，所述隔板上设置有注油嘴，通过注油嘴将防锈油注满下部空间，在所述本体下部空间里注满防锈油，以克服重力球的惯性作用，从而保证动态监测过程中摄像模块和靶标的稳定性，从而保证监测数据的稳定性
。
[0017]优选地，所述隔板上还设置有排气管，通过注油嘴向下部空间注油时，下部空间的气体通过排气管排出
。
[0018]可选地，所述注油嘴端部的注油口略高于排气管端部的排气口，当油从排气口溢出时，封堵排气口，继续注入，直至注油口溢出时进行封堵
。
[0019]一种动态倾角测量方法，包括：
[0020]所述摄像模块通过重力球在重力作用下始终保持竖直向下的状态来保证摄像模块始终保持水平状态，从而保证摄像头视线始终处于水平状态；
[0021]所述靶标通过重力球在重力作用下始终保持竖直向下的状态来保证靶标始终保持竖直状态；
[0022]所述摄像模块中心
O1与靶标头中心
O2的距离
L
为固定值，靶标中心
O3至靶标头中心
O2的距离
h
为固定值；
[0023]将倾角测量装置安装固定在被测结构上，安装完成后，传感模块通过摄像模块记录下安装完成后图像中心
O4与靶标中心
O3的初始距离
Δ
h1
，计算得到图像中心
O4与靶标头中心
O2的距离
h+
Δ
h1
；
[0024]通过传感模块可以采用如下关系式计算摄像模块球心与靶标头中心连线的初始倾角
θ0：
[0025][0026]采用图像识别方法实时监测运营过程中靶标模块中心的竖向位移变化，即图像中心
O4与靶标中心
O3的距离，采用下式计算摄像模块中心
O4与靶标头中心
O2连线的实时倾角
θ
i
：
[0027][0028]通过计算摄像模块中心与靶标头中心连线的实时倾角
θ
i
状态与初始位置倾角
θ0的差值
θ
，即：
[0029]θ
＝
θ
i
‑
θ0[0030]从而实现结构动态倾角高精度测量
。
[0031]与现有技术比较，本专利技术具有的有益效果：
[0032]1.
本申请的倾角测量装置具有很强的通用性和适应性，如图4所示，利用固定板与被测结构组合设置
,
可以适应水平
、
竖直和斜体等不同角度的结构进行测量安装，测量水平结构可以将固定板设置于顶板或者底板，竖直结构则可以将固定板设置于侧板，对于斜体结构则可以增加楔形块来实现
。
这避免了对不同结构需要采用不同的测量装置的麻烦，
[0033]2.
采用图像识别方式获得角度值是非常准确和智能化的方案
。
相比简单的惯性传感器
,<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种倾角测量装置，其特征在于，主要包括：本体
(1)、
隔板
(2)、
摄像模块
(3)、
靶标模块
(4)、
重力球
(6)、
连接杆
(5)
及传感模块
(7)
；所述本体
(1)
中间设有隔板
(2)
，所述隔板
(2)
将本体
(1)
分为上下两个空间，即上部空间
(101)
和下部空间
(102)
，所述上部空间
(101)
设置有摄像模块
(3)
和靶标模块
(4)
，所述摄像模块
(3)
与隔板上设置的摄像模块底座
(8)
通过销轴
(10)
连接，所述靶标模块
(4)
与隔板上设置的靶标模块底座
(9)
通过销轴
(10)
连接；所述摄像模块
(3)
和靶标模块
(4)
的底部分别固定有连接杆
(5)
，在摄像模块
(3)、
靶标模块
(4)
下方位置的隔板
(2)
上分别开设有槽孔
(201)
，通过槽孔
(201)
使得连接杆
(5)
从上部空间
(101)
穿至下部空间
(102)
，在两个连接杆
(5)
的端部分别固定有重力球
(6)
；所述传感模块
(7)
与摄像模块
(3)
通过数据传输线进行通讯
。2.
根据权利要求1所述的一种倾角测量装置，其特征在于，所述摄像模块
(3)
为球体形状并设置孔洞，所述孔洞内设小体积摄像头
。3.
根据权利要求1所述的一种倾角测量装置，其特征在于，所述靶标模块
(4)
包括靶标
(401)
和靶标头
(402)
，所述靶标头
(402)
的上部固定靶标
(401)
，所述靶标头
(402)
的下部与连接杆
(5)
固定连接，所述靶标头
(402)
通过销轴
(10)
和靶标模块底座
(9)
连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：惠迎新，张亚军，王杰，郭钰，韩方元，闫升，
申请(专利权)人：宁夏交建交通科技研究院有限公司宁夏海平高速公路管理有限公司，
类型：发明
国别省市：