專利名稱:結(jié)構(gòu)水平位移觀測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本申請(qǐng)涉及建筑結(jié)構(gòu)的位移測(cè)量裝置,特別涉及結(jié)構(gòu)水平位移觀測(cè)裝置。
監(jiān)視結(jié)構(gòu)位移對(duì)于重要建筑物的安全使用十分重要。在高聳大跨度結(jié)構(gòu)測(cè)定中,廣泛使用鉛垂線(以下稱張線)把高空、遠(yuǎn)距離的結(jié)構(gòu)位移傳遞到地面或人們?nèi)菀捉咏奈恢眠M(jìn)行測(cè)量。測(cè)量張線的位移即是結(jié)構(gòu)的位移。
在利用張線測(cè)量位移技術(shù)中,法國(guó)使用了一種極座標(biāo)游標(biāo)卡尺讀數(shù)器測(cè)量核電站安全殼的水平位移(《核電工程與技術(shù)》1996年第3期)。它是一個(gè)半圓形的讀數(shù)盤,有一個(gè)缺口,該盤與測(cè)點(diǎn)相對(duì)固定安裝,并使張線從缺口通過。在盤的缺口附近有基準(zhǔn)物,它是2個(gè)圓錐體尖鋒。在盤的邊緣左右圓弧上分別有游標(biāo)卡尺。測(cè)量時(shí)移動(dòng)游標(biāo)卡尺的副尺使張線、尖鋒的鋒尖、副尺瞄準(zhǔn)孔同在一直線上,記錄游標(biāo)卡尺的讀值,算出張線的原始位置(x0、y0)。當(dāng)張線發(fā)生水平位移時(shí),重新調(diào)整上述三點(diǎn)在一直線上,再記錄讀值,并再次算出張線的位置(x1、y1)。最終算出張線的位移值。
利用該裝置測(cè)量位移,測(cè)讀方便,長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。但是分辨率低(0.1mm),測(cè)量精度不高(0.5mm),而且要用三角函數(shù)計(jì)算,比較煩瑣。影響測(cè)量精度的主要因素是兩個(gè)弧長(zhǎng)的測(cè)讀誤差大。此外,圓錐體的鋒尖一旦被碰壞,失去唯一的基準(zhǔn)點(diǎn),更影響測(cè)量。
本實(shí)用新型的目的就是提高結(jié)構(gòu)水平位移測(cè)量的分辨率和精度,使其達(dá)到美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土反應(yīng)堆容器和安全殼規(guī)范》(ACI359-95)關(guān)于絕對(duì)誤差為0.25mm和相對(duì)誤差為5%的規(guī)定,可用于高精度的位移測(cè)量。
為此,本申請(qǐng)的裝置除了帶缺口的托盤及其上的基準(zhǔn)物外,還有光路上有十字絲的光學(xué)顯微鏡(以下稱顯微鏡)和螺旋測(cè)微器(以下稱測(cè)微器),它們?cè)谕斜P上互相垂直安裝,前者在上,后者在下,并用螺絲將前者固定在后者的滑塊上,使前者在后者的軸向能夠滑動(dòng)。它們?cè)谕斜P上的安裝定位點(diǎn)是以顯微鏡能清楚瞄準(zhǔn)張線時(shí),其調(diào)焦范圍的中點(diǎn)位置。安裝定位點(diǎn)在托盤上的x方向和y方向各取一個(gè)。所說基準(zhǔn)物只有一個(gè),它是一個(gè)至少有一條直線段垂直于托盤的物體。因此它可以是水平斷面為三角形、四邊形或其他多邊形的物體,不論其是柱狀或錐體狀,只要至少有一條棱垂直于托盤即可。此外,所說基準(zhǔn)物也可以是角鋼或圓柱體。測(cè)量時(shí)以其一條垂直于托盤的棱即直線段(以下稱垂直棱)為基準(zhǔn)線?;鶞?zhǔn)物位置的設(shè)計(jì)是以垂直棱至缺口中心的距離在x方向和y方向相等,并在張線的預(yù)期最大位移值與測(cè)微器量程之間取值。
顯微鏡與測(cè)微器在托盤上安裝定位的方式至少可以有以下兩種一是在測(cè)微器底座下設(shè)至少兩個(gè)銷釘,在托盤的定位點(diǎn)設(shè)相應(yīng)的銷釘孔;二是在測(cè)微器底座下裝設(shè)可使其吸坐在托盤上的磁性材料。
本裝置是用顯微鏡、測(cè)微器和托盤協(xié)同工作,共同完成結(jié)構(gòu)水平位移測(cè)量功能。顯微鏡分別將張線和垂直棱放大,其邊界清楚,測(cè)量時(shí)顯微鏡的十字絲分別能準(zhǔn)確的瞄準(zhǔn)張線的一個(gè)邊界和垂直棱,重合度很好,加上用高精度的測(cè)微器讀值,從而可以獲得0.01mm的分辨率和最大絕對(duì)誤差0.15mm的測(cè)量精度,優(yōu)于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn),更優(yōu)于極座標(biāo)游標(biāo)卡尺讀數(shù)器,完全滿足核電站安全殼的測(cè)量要求,當(dāng)然更能滿足一般高聳大跨度結(jié)構(gòu)水平位移的測(cè)量要求。測(cè)讀方便,計(jì)算簡(jiǎn)單,垂直棱不易被整體損壞,使用壽命長(zhǎng),裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。
下面通過附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本裝置的技術(shù)特征、使用方法和效果。
圖1是極座標(biāo)游標(biāo)卡尺讀數(shù)器平面示意圖;圖2是本裝置的平面示意圖。
附圖標(biāo)記1-張線;2-圓錐體尖鋒;3-副尺;4-托盤;5-有銳角垂直棱的三棱錐體;6-顯微鏡;7-測(cè)微器;8-定位孔;d、g-弧長(zhǎng);x、y-水平位移方向?qū)嵤├?(圖2)帶缺口的托盤4用厚8mm以上的鍍鉻鋼板或不銹鋼板制作,其形狀為矩形(也可為半圓形),其外圍尺寸以能放置顯微鏡6和測(cè)微器7即可。缺口為正方形(也可為圓形),其1/2邊長(zhǎng)(或半徑)略大于張線的預(yù)期水平位移(20mm)?;鶞?zhǔn)物是固定在托盤缺口附近的不銹鋼三面體銳角垂直棱錐體5,其垂直棱至缺口中心的距離在x方向和y方向均為25mm。
選用上海光學(xué)儀器廠的15J測(cè)量顯微鏡,將其目鏡筒和測(cè)微器分離后在托盤上相互垂直組裝,前者在上,后者在下,用螺絲將前者固定在后者的滑塊上。所說目鏡筒,其光路上有十字瞄準(zhǔn)絲,可放大25倍,可作為本裝置所說的顯微鏡。測(cè)微器量程為50mm,分度值為0.01mm。將它們安裝在托盤4上時(shí),以顯微鏡能清楚瞄準(zhǔn)張線時(shí),其調(diào)焦范圍的中點(diǎn)作為在托盤上的安裝定位點(diǎn)。這種定位點(diǎn)在x方向和y方向各取一處。
在測(cè)微器的底座下有2個(gè)銷釘,在托盤的2個(gè)定位點(diǎn)各有2個(gè)銷釘孔8,安裝時(shí)將銷釘放入銷釘孔即可。
將托盤用2根角鋼承托并固定安裝在被測(cè)結(jié)構(gòu)的參考點(diǎn),并使安裝在被測(cè)結(jié)構(gòu)上某一測(cè)點(diǎn)的張線1通過托盤的缺口中心,張線的重錘置于盛水或油的阻尼器中。所說參考點(diǎn)與被測(cè)結(jié)構(gòu)相對(duì)固定即測(cè)點(diǎn)發(fā)生位移時(shí)該點(diǎn)不動(dòng),可在被測(cè)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)置參考點(diǎn)。
測(cè)量時(shí)將顯微鏡和測(cè)微器先在y方向定位,轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)讀數(shù)輪,調(diào)整顯微鏡的焦距,使其十字絲交點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)被放大25倍的錐體5的垂直棱的邊界,記錄游標(biāo)讀值,再單方向轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)讀數(shù)輪,使十字絲交點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)被放大25倍的張線的一個(gè)邊界,記錄游標(biāo)讀值,兩次讀值相減即為x方向的位移初始值x0;之后將顯微鏡和測(cè)微器取出再安放到x方向的定位孔即銷釘孔8中,用同樣的方法測(cè)得y方向的位移初始值y0。
考慮到結(jié)構(gòu)位移觀測(cè)雖斷續(xù)進(jìn)行但延續(xù)時(shí)間很長(zhǎng),如核電站安全殼在役檢測(cè)可長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年。因此,顯微鏡和測(cè)微器不與托盤固定連接。測(cè)量初始位移后,可以且應(yīng)將顯微鏡和測(cè)微器從托盤取下妥為保存。下一次測(cè)量時(shí),再安裝在托盤上,用同樣的方法測(cè)得x1和y1,ΔX=X1-X0,Δy=y1-y0,即為該時(shí)間段的水平位移值。這種只是簡(jiǎn)單的相減計(jì)算使得大部分固有系統(tǒng)誤差得到抵消,從而提高測(cè)量精度。
其余測(cè)點(diǎn)的初始位移以及各測(cè)點(diǎn)后續(xù)各時(shí)間段的位移測(cè)量都是如此進(jìn)行。
實(shí)施例2在測(cè)微器的底座下安裝永磁鐵,測(cè)量時(shí)將其吸坐在托盤的定位點(diǎn)。其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例3為模擬核電站安全殼結(jié)構(gòu)在役檢測(cè),用一級(jí)塊規(guī)(精度0.2μ)推移張線,模擬測(cè)點(diǎn)的水平位移,分五級(jí)把位移加至5mm,然后分五級(jí)又把位移減少至零,利用實(shí)施例1或2所說裝置測(cè)量,在每級(jí)位移到達(dá)后,由三名試驗(yàn)人員分別操作。測(cè)試結(jié)果,最大分散值為0.130mm,最大偏差值為0.117mm,結(jié)果優(yōu)于用極座標(biāo)游標(biāo)卡尺讀數(shù)器作相同模擬測(cè)量而得的相應(yīng)數(shù)據(jù)0.395mm和0.314mm。因此,即使以用本裝置測(cè)量的最大分散值0.130mm為精度指標(biāo),也能滿足美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
權(quán)利要求1.結(jié)構(gòu)水平位移觀測(cè)裝置,包括一個(gè)可以安裝在對(duì)被測(cè)結(jié)構(gòu)來說是相對(duì)固定點(diǎn)的托盤(4),它有一個(gè)通過測(cè)點(diǎn)張線(1)的缺口,缺口附近的托盤上有測(cè)量基準(zhǔn)物,其特征是a.所說托盤上的基準(zhǔn)物有一個(gè),它是一個(gè)至少有一條直線段垂直于托盤(4)的物體;b.還有光路上有十字絲的顯微鏡(6)和螺旋測(cè)微器(7),它們?cè)谕斜P(4)上相互垂直安裝,前者在上,后者在下,用螺絲把顯微鏡(6)固定在螺旋測(cè)微器(7)的滑塊上;c.以所說顯微鏡能清楚瞄準(zhǔn)張線(1)時(shí),其調(diào)焦范圍的中點(diǎn)作為它們?cè)谕斜P(4)上的安裝定位點(diǎn),這樣的定位點(diǎn)在x方向和y方向各取1個(gè);d.所說基準(zhǔn)物的直線段至缺口中心的距離在x方向和y方向相等,且大于張線(1)的預(yù)期最大位移而小于螺旋測(cè)微器(7)的量程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的裝置,其特征是螺旋測(cè)微器(7)的底座下有至少2個(gè)銷釘,在托盤(4)的定位點(diǎn)有相應(yīng)的銷釘孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的裝置,其特征在于螺旋測(cè)微器(7)的底座下有可使其吸坐在托盤(4)上的磁性材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任何一項(xiàng)所說的裝置,其特征是所說基準(zhǔn)物是有一條銳角垂直棱的三棱錐體(5)。
專利摘要結(jié)構(gòu)水平位移觀測(cè)裝置,包括一個(gè)可以安裝在相對(duì)固定點(diǎn)的托盤4,托盤4有一個(gè)通過張線1的缺口和一個(gè)作為測(cè)量基準(zhǔn)的三棱錐體5。顯微鏡6和測(cè)微器7相互垂直安裝在托盤上,其定位點(diǎn)是顯微鏡6能清楚瞄準(zhǔn)張線時(shí)的調(diào)焦范圍的中點(diǎn),并在x方向和y方向均可定位。該裝置可用于測(cè)量核電站安全殼及其它高聳大跨度結(jié)構(gòu)的水平位移,分辨率為0.01mm,最大絕對(duì)誤差0.15mm,優(yōu)于美國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),測(cè)讀方便,長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。
文檔編號(hào)G01B11/02GK2335122SQ9820833
公開日1999年8月25日 申請(qǐng)日期1998年9月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月10日
發(fā)明者趙樹明, 林松濤, 謝永金 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部建筑研究總院