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角位移式水下沉降儀的制作方法

文檔序號:5952469閱讀:278來源:國知局
專利名稱:角位移式水下沉降儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于土木工程質(zhì)量監(jiān)測儀器,特別涉及用于水下軟土地基沉降量長期監(jiān)測的沉降儀。
背景技術(shù)
在港口建設(shè)中,通常使用振弦式沉降儀監(jiān)測軟土地基的沉降量。對振弦式沉降儀的運用目前仍停留在人工記錄鋼弦的振動頻率并經(jīng)人工后期計算得出所測土層沉降量。振弦式沉降儀用于監(jiān)測沉降量時存在故障率高、信號經(jīng)線纜傳輸時易受電磁干擾而影響測量結(jié)果、監(jiān)測精度低、穩(wěn)定性差、成本高、數(shù)據(jù)采集不直觀等問題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種角位移式水下沉降儀,既可用于長期測量水下軟土地基的沉降量,亦可測量陸上軟土地基的沉降量。角位移式水下沉降儀應(yīng)用面寬,監(jiān)測精度及靈敏度高,傳輸信號抗干擾性強、穩(wěn)定性高,可將沉降量數(shù)值實時直觀的顯示出來,且安裝簡便、使用成本低廉。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種角位移式水下沉降儀,其特征在于有一個活塞式位移傳動裝置,活塞式位移傳動裝置有下部套管和上部套管,活塞式位移傳動裝置下方連接延長桿,延長桿下端是錨固點,活塞式位移傳動裝置上方連接有測量盒,測量盒內(nèi)有沉降量電測裝置和A/D轉(zhuǎn)換裝置,測量盒上端連接鋼管,鋼管頂端連接沉降板;活塞式位移傳動裝置內(nèi)有傳動帶子,傳動帶子上端連接沉降量電測裝置,沉降量電測裝置連接A/D轉(zhuǎn)換裝置,A/D轉(zhuǎn)換裝置通過線纜連接上方遠距離的監(jiān)測儀器。傳動帶子的下端固定在下部套管的底部。在上部套管的下端口有轉(zhuǎn)向滑輪,傳動帶子的下端繞過轉(zhuǎn)向滑輪固定在下部套管的頂部。沉降量電測裝置有角位移傳感器,角位移傳感器通過連接軸連接在圓柱形繞線輪軸上,傳動帶子上端固定在圓柱形繞線輪上,傳動帶子上部繞在圓柱形繞線輪上,在圓柱形繞線輪內(nèi)部有渦圈彈簧。本發(fā)明特點優(yōu)點本角位移式水下沉降儀結(jié)構(gòu)簡單,將線位移轉(zhuǎn)換成角位移提高測量精度和準(zhǔn)確性。角位移式水下沉降儀應(yīng)用面寬,既可用于長期測量水下軟土地基的沉降量,亦可測量陸上軟土地基的沉降量。監(jiān)測精度及靈敏度高,傳輸信號抗干擾性強、穩(wěn)定性高,可將沉降量數(shù)值實時直觀的顯示出來,且安裝簡便、使用成本低廉。


圖I是角位移式水下沉降儀結(jié)構(gòu)一
圖2是角位移式水下沉降儀結(jié)構(gòu)二圖3是沉降量電測裝置主視4是沉降量電測裝置左視中1監(jiān)測儀器、2信號線纜、3海平面、4沉降板、5鋼管、6A/D轉(zhuǎn)換、7沉降量電測裝置、8傳動帶子、9活塞式位移傳動裝置的上部套管、10活塞式位移傳動裝置的下部套管、11延長桿、12錨固點、13不發(fā)生沉降巖層地下、14轉(zhuǎn)向滑輪、15角位移傳感器、16圓柱形繞線輪、17渦圈彈簧、18連接軸、19測量盒。
具體實施例方式如圖1、2所示一種角位移式水下沉降儀,有一個活塞式位移傳動裝置,活塞式位 移傳動裝置有下部套管和上部套管,活塞式位移傳動裝置下方連接延長桿,延長桿下端是錨固點,活塞式位移傳動裝置上方連接有測量盒,測量盒內(nèi)有沉降量電測裝置和A/D轉(zhuǎn)換裝置,測量盒上端連接鋼管,鋼管頂端連接沉降板;活塞式位移傳動裝置內(nèi)有傳動帶子,傳動帶子上端連接沉降量電測裝置,沉降量電測裝置連接A/D轉(zhuǎn)換裝置,A/D轉(zhuǎn)換裝置通過線纜連接上方遠距離的監(jiān)測儀器。如圖I所示在上部套管的下端口有轉(zhuǎn)向滑輪,傳動帶子的下端繞過轉(zhuǎn)向滑輪固定在下部套管的頂部。如圖2所示傳動帶子的下端固定在下部套管的底部。如圖3、4所示沉降量電測裝置有角位移傳感器,角位移傳感器通過連接軸連接在圓柱形繞線輪軸上,傳動帶子上端固定在圓柱形繞線輪上,傳動帶子上部繞在圓柱形繞線輪上,在圓柱形繞線輪內(nèi)部有渦圈彈簧。本角位移式水下沉降儀,其結(jié)構(gòu)進一步說明“沉降儀下部延長桿”固定于地下不發(fā)生沉降巖層的錨固點,其上端依次連接沉降儀的“活塞式位移傳動裝置”、“沉降量電測裝置”、“沉降板”,并通過“沉降量電測裝置”中引出的信號線纜連接至“監(jiān)測儀器”,從而可以直觀實時準(zhǔn)確的讀取當(dāng)前沉降板所在土層自沉降儀埋設(shè)時至此刻這段時間內(nèi)所發(fā)生的沉降量。各裝置特征如下一、“沉降儀下部延長桿”“沉降儀下部延長桿”下端固定于地下不發(fā)生沉降巖層的錨固點。延長桿上端與“活塞式位移傳動裝置”下部套管下端固定。延長桿材質(zhì)為堅固不易變形材料如金屬等。以使得下部套管不發(fā)生沉降,從而作為沉降量測量的基準(zhǔn)點。二、“活塞式位移傳動裝置”包括以下兩個機構(gòu)I、活塞機構(gòu)如圖I及圖2,活塞由上部套管和下部套管組成,兩套管銜接處有防活塞脫出機構(gòu)及橫向限位機構(gòu)。上部套管與“沉降量電測裝置”所在金屬盒及“沉降板”固定連接為一體,從而保障活塞兩套管在某時間段內(nèi)縱向相對移動行程即等于該時間段內(nèi)所測土層的沉降量?;钊麅?nèi)部空間填滿粘稠且可流動的防水填充材料,以保障活塞運動時沉降儀的防水性能可靠。上下套管均為堅固不易變形材料如金屬等。2、活塞內(nèi)的位移傳遞機構(gòu)如圖I、圖3、圖4所示,活塞套管內(nèi)有傳遞位移的傳動“帶子”?!皫ё印钡纳隙思碽端固定在“沉降量電測裝置”中“圓柱形繞線輪”的側(cè)面?!皫ё印弊饔檬菍⒒钊麅商坠茉谀硶r間段內(nèi)縱向相對移動行程實時等量轉(zhuǎn)化為該時間段內(nèi)“帶子”的b端圍繞“沉降量電測裝置”中“圓柱形繞線輪”的軸心所轉(zhuǎn)動的線位移量,即等于該時間段內(nèi)所測土層的沉降量。傳動“帶子”特性在于易彎曲、不易伸縮、不易斷裂,如鋼絲繩、細(xì)長薄鐵片、鏈條、皮質(zhì)傳送帶等材料皆可。在活塞內(nèi)傳動“帶子”的兩種安裝結(jié)構(gòu)及傳動“帶子”的工作原理如下結(jié)構(gòu)(I):活塞內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖I、圖3、圖4所示,上部套管的下面頂端裝有一個轉(zhuǎn)向滑輪。轉(zhuǎn)向滑輪轉(zhuǎn)動軸固定在上部套管底端,滑輪用于使傳動“帶子”轉(zhuǎn)向?!皫ё印鄙隙薭與“沉降量電測裝置”中“圓柱形繞線輪”側(cè)面相連接,“帶子”在“圓柱形繞線輪”側(cè)面上并排纏繞多圈,纏繞圈數(shù)可根據(jù)量程需要修改。“帶子”另一端a經(jīng)過“轉(zhuǎn)向滑輪”后與下部套管頂端固定。當(dāng)沉降板在某時間段內(nèi)隨所測土層下沉,則活塞壓縮?!皫ё印痹凇皥A柱形繞線輪”上的纏繞圈數(shù)減少,“帶子”的b端圍繞“圓柱形繞線輪”的軸心所轉(zhuǎn)動的線位移量等于此時間段內(nèi)活塞的壓縮量,也等于此時間段內(nèi)沉降板的沉降量,即實現(xiàn)了位移傳遞的功能。 反之當(dāng)沉降板在某時間段內(nèi)隨所測土層上升,則活塞伸長,“帶子”在“圓柱形繞線輪”上的纏繞圈數(shù)增多,“帶子”的b端圍繞“圓柱形繞線輪”的軸心所反向轉(zhuǎn)動的線位移量等于此時間段內(nèi)活塞的伸長量,也等于此時間段內(nèi)沉降板的上升量。結(jié)構(gòu)(2):活塞內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖2、圖3、圖4所示,“帶子”上端b與“沉降量電測裝置”中“圓柱形繞線輪”側(cè)面相連接,“帶子”在“圓柱形繞線輪”側(cè)面上并排纏繞多圈,纏繞圈數(shù)可根據(jù)量程需要修改?!皫ё印绷硪欢薬直接與下部套管底端固定。當(dāng)沉降板在某時間段內(nèi)隨所測土層下沉,則活塞壓縮?!皫ё印痹凇皥A柱形繞線輪”上的纏繞圈數(shù)增多,“帶子”的b端圍繞“圓柱形繞線輪”的軸心所轉(zhuǎn)動的線位移量等于此時間段內(nèi)活塞的壓縮量,也等于此時間段內(nèi)沉降板的沉降量。反之當(dāng)沉降板在某時間段內(nèi)隨所測土層上升,則活塞伸長,“帶子”在“圓柱形繞線輪”上的纏繞圈數(shù)減少,“帶子”的b端圍繞“圓柱形繞線輪”的軸心所反向轉(zhuǎn)動的線位移量等于此時間段內(nèi)活塞的伸長量,也等于此時間段內(nèi)沉降板的上升量。三、“沉降量電測裝置”固定于“活塞式位移傳動裝置”上方堅固的防水密封金屬盒內(nèi),并引出信號線纜連接至“監(jiān)測儀器”,線纜與沉降儀外殼連接處有防水接線端子密封。線纜內(nèi)有信號線和供電線,使得測量時“監(jiān)測儀器”內(nèi)電源可為“沉降量電測裝置”供電。“沉降量電測裝置”內(nèi)部包括以下兩個機構(gòu)I、位移傳動機構(gòu)如圖3、圖4,“帶子”b端與“沉降量電測裝置”中“圓柱形繞線輪”偵愐相連接?!皫ё印痹凇皥A柱形繞線輪”側(cè)面上并排纏繞多圈(纏繞圈數(shù)可根據(jù)量程需要修改)?!皥A柱形繞線輪”內(nèi)有渦圈彈簧以使得“帶子”始終處于繃緊狀態(tài)?!皥A柱形繞線輪”側(cè)面有細(xì)螺紋,帶子臥于螺紋凹槽內(nèi),使得帶子在從“圓柱形繞線輪”上放出或回收時始終并排纏繞。當(dāng)帶子a端拉力減小時,使得帶子并排回纏于“圓柱形繞線輪”側(cè)面上。“圓柱形繞線輪”的軸心與“角位移傳感器”的旋轉(zhuǎn)軸相互固定且同軸。因此當(dāng)“圓柱形繞線輪”旋轉(zhuǎn)時的角位移量與“角位移傳感器”旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的角位移量相等且同步增減。當(dāng)沉降板在某時間段內(nèi)隨所測土層下沉(或上升),“帶子”的b端在“圓柱形繞線輪”側(cè)面圍繞其軸心所轉(zhuǎn)動的線位移量即此時間段內(nèi)所測土層的沉降量(或上升量)為L,“圓柱形繞線輪”的周長為C,此時間段內(nèi)“圓柱形繞線輪”隨“帶子”轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)角度即“角
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位移傳感器”所測的此時間段內(nèi)角位移增量為」Θ (單位為弧度)。I)1IJL
2π2、位移量轉(zhuǎn)化為數(shù)字電信號機構(gòu)當(dāng)沉降板在某時間段內(nèi)隨所測土層下沉(或上升)時,“角位移傳感器”可測得此時間段內(nèi)角位移增量^ Θ。“角位移傳感器”的類型可以用電阻式旋轉(zhuǎn)編碼器、絕對型光電式旋轉(zhuǎn)編碼器、絕對型電磁式旋轉(zhuǎn)編碼器。 方法(I):“角位移傳感器”使用電阻式旋轉(zhuǎn)編碼器,編碼器輸出的模擬信號量值經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換器(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)化成量值為R的數(shù)字信號。量值R與編碼器測得的角度Θ成線性關(guān)系,因此在某時間段內(nèi)R的增量ZR與編碼器測得的角位移增量Z Θ之間的關(guān)系為」Θ = k」R,k為固定轉(zhuǎn)換常數(shù)可根據(jù)編碼器及A/D轉(zhuǎn)換器的特性參數(shù)求得,因此k為已
知常量。
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2π電阻式旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號,此數(shù)字信號通過信號線纜將量值R從沉降儀傳入“監(jiān)測儀器”。從而保障了在長線傳輸中信號不會由于衰減而影響測量精準(zhǔn)度,且測量精度不易受外界電磁信號干擾。方式(2)及方式(3):“角位移傳感器”使用絕對型光電式旋轉(zhuǎn)編碼器或絕對型電磁式旋轉(zhuǎn)編碼器,編碼器均可直接輸出量值為R的數(shù)字信號,量值R與編碼器測得的角度θ成線性關(guān)系,因此兩者在某時間段內(nèi)的增量關(guān)系為Θ =k」R,k為固定轉(zhuǎn)換常數(shù),由編碼器生產(chǎn)廠家提供,為已知常量。
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2π該數(shù)字信號通過信號線纜將量值R從沉降儀傳入“監(jiān)測儀器”。從而保障了在長線傳輸中信號不會由于衰減而影響測量精準(zhǔn)度。四、“沉降板”沉降板固定于被測土層,沉降板下方通過一根堅固鋼管連接到“沉降量電測裝置”,從而將沉降板所在土層的沉降量傳遞到“活塞式位移傳動裝置”。五、“監(jiān)測儀器”包括以下兩個機構(gòu)I、信號的處理及運算電路“監(jiān)測儀器”從線纜接收到由沉降儀輸出的實時數(shù)字信號,該數(shù)字信號經(jīng)“監(jiān)測儀器”內(nèi)的信號處理電路后輸出量值R至單片機。沉降量監(jiān)測起始時間點所測的數(shù)字信號的量值R’已記錄在監(jiān)測儀器的內(nèi)部存儲器中,R’通常采用沉降儀剛埋設(shè)好時所測數(shù)值,也可自行選擇所需的起始時間點的測量值。“監(jiān)測儀器”內(nèi)通過單片機程序運算使得單片機輸出的數(shù)字信號量值即為自沉降量監(jiān)測起始時間點至此次監(jiān)測時間點之間這段時間內(nèi)的被測
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土層沉降量L。單片機所運行的換算公式即為L = ^~-
In2、顯示電路“信號的處理及運算電路”內(nèi)的單片機輸出的數(shù)字信號量值即沉降量L。此數(shù)字信號通過顯示屏驅(qū)動電路處理后,使得沉降量L實時顯示在“監(jiān)測儀器”的顯示屏上。本發(fā)明成果的使用方法是如圖I、圖2所示,將“沉降儀下部延長桿”固定于地下不發(fā)生沉降巖層的錨固點,其上端依次連接有沉降儀的“活塞式位移傳動裝置”、“沉降量電測裝置”、“沉降板”,沉降板固定于被測土層。沉降儀通過“沉降量電測裝置”中引出的信號線纜連接至“監(jiān)測儀器”,從而可以直接實時準(zhǔn)確的讀取當(dāng)前沉降板所在土層的沉降量。被測土層沉降量通過沉降儀內(nèi)的“活塞式位移傳動裝置”轉(zhuǎn)化為沉降儀內(nèi)部“角位移傳感器”所測得的角位移量。此角位移量與被測土層沉降量成線性關(guān)系。該角位移量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳送給監(jiān)測儀器。監(jiān)測儀器可通過此角位移量運算處理后得出被測土層的沉降量,并可通過監(jiān)測儀器上的顯示屏實時直觀顯示被測土層的沉降量。沉降儀的輸出信號為數(shù)字信號,該信號為沉降儀內(nèi)“角位移傳感器”所檢測到的的角位移量轉(zhuǎn)化而來。此數(shù)字信號經(jīng)線纜傳至監(jiān)測儀器,因此測量精度不易受到線纜長度及外界電磁干擾的影響。沉降 儀的大量程及高靈敏度,量程可達5米以上、靈敏度可達O. 05毫米。
權(quán)利要求
1.一種角位移式水下沉降儀,其特征在于有一個活塞式位移傳動裝置,活塞式位移傳動裝置有下部套管和上部套管,活塞式位移傳動裝置下方連接延長桿,延長桿下端是錨固點,活塞式位移傳動裝置上方連接有測量盒,測量盒內(nèi)有沉降量電測裝置和A/D轉(zhuǎn)換裝置,測量盒上端連接鋼管,鋼管頂端連接沉降板;活塞式位移傳動裝連接置內(nèi)有傳動帶子,傳動帶子上端連接沉降量電測裝置,沉降量電測裝置連接A/D轉(zhuǎn)換裝置,A/D轉(zhuǎn)換裝置通過線纜連接上方遠距離的監(jiān)測儀器。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的角位移式水下沉降儀,其特征在于傳動帶子的下端固定在下部套管的底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的角位移式水下沉降儀,其特征在于在上部套管的下端ロ有轉(zhuǎn)向滑輪,傳動帶子的下端繞過轉(zhuǎn)向滑輪固定在下部套管的頂部。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的角位移式水下沉降儀,其特征在于沉降量電測裝置有角位移傳感器,角位移傳感器通過連接軸連接在圓柱形繞線輪軸上,傳動帶子上端固定在圓柱形繞線輪上,傳動帶子上部繞在圓柱形繞線輪上,在圓柱形繞線輪內(nèi)部有渦圈彈簧。
全文摘要
一種角位移式水下沉降儀,有一個活塞式位移傳動裝置,活塞式位移傳動裝置有下部套管和上部套管,活塞式位移傳動裝置下方連接延長桿,延長桿下端是錨固點,活塞式位移傳動裝置上方連接有測量盒,測量盒內(nèi)有沉降量電測裝置和A/D轉(zhuǎn)換裝置,測量盒上端連接鋼管,鋼管頂端連接沉降板;活塞式位移傳動裝置內(nèi)有傳動帶子,傳動帶子上端連接沉降量電測裝置,沉降量電測裝置連接A/D轉(zhuǎn)換裝置,A/D轉(zhuǎn)換裝置通過纜線連接上方遠距離的監(jiān)測儀器。本沉降儀結(jié)構(gòu)簡單,將線位移轉(zhuǎn)換成角位移提高測量精度和準(zhǔn)確性。角位移式水下沉降儀應(yīng)用面寬,監(jiān)測精度及靈敏度高,傳輸信號抗干擾性強、穩(wěn)定性高,沉降量數(shù)值實時直觀的顯示出來,安裝簡便、成本低廉。
文檔編號G01C5/00GK102853812SQ20121023993
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者黃泰 申請人:中交天津港灣工程研究院有限公司, 中交第一航務(wù)工程局有限公司, 天津港灣工程質(zhì)量檢測中心有限公司
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