專利名稱：基于液力測(cè)量的水平多點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)裝置及其監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及路基或橋梁及類似建筑物的沉降監(jiān)測(cè)，尤其是一種基于液力測(cè)量的水平多點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)裝置及其監(jiān)測(cè)方法，特別適用于路橋或路隧等連接處產(chǎn)生的差異沉降監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
高速鐵路、客運(yùn)專線的高速行駛需要提供一個(gè)高平順性和穩(wěn)定性的軌下基礎(chǔ)，由于高速鐵路客運(yùn)專線對(duì)縱向不均勻沉降非常敏感，要求高速鐵路和客運(yùn)專線對(duì)路基沉降有嚴(yán)格的控制。目前，沉降監(jiān)測(cè)通常采用水準(zhǔn)儀或全站儀進(jìn)行人工監(jiān)測(cè)，而鐵路客運(yùn)專線線路長(zhǎng)、 監(jiān)測(cè)斷面多、測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)大，采用人工監(jiān)測(cè)存在費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、工作量大、監(jiān)測(cè)結(jié)果人為因素影響大的缺點(diǎn)。靜力水準(zhǔn)儀由液面位置測(cè)量高程變化，長(zhǎng)期穩(wěn)定性比較差，抗干擾能力差，不易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)沉降的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)便且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的基于液力測(cè)量的水平多點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)裝置及其監(jiān)測(cè)方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種基于液力測(cè)量的水平多點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)裝置，其關(guān)鍵技術(shù)在于其包括設(shè)置于基準(zhǔn)點(diǎn)處的儲(chǔ)液罐，設(shè)置于基準(zhǔn)點(diǎn)以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的監(jiān)測(cè)容器、硅微壓差傳感器以及沉降采集儀，以及用于錨固硅微壓差傳感器的沉降板；所述儲(chǔ)液罐、監(jiān)測(cè)容器借助連通管連通，所述硅微壓差傳感器的感應(yīng)膜片與監(jiān)測(cè)容器內(nèi)的液面密封接觸，所述硅微壓差傳感器的輸出端接沉降儀的相應(yīng)輸入端，所有硅微壓差傳感器之間連通有用于保證空氣壓力一致的空氣管；所述沉降板埋設(shè)于路基下。進(jìn)一步的改進(jìn)，上述連通管末端連接有用于減少連通管內(nèi)氣泡的回流管，所述回流管另一端的液面高度高于儲(chǔ)液罐液面高度。進(jìn)一步的改進(jìn)，上述空氣管的末端連接有用于排除空氣管內(nèi)濕氣的回氣管。優(yōu)選的，上述連通管、回流管、空氣管以及回氣管捆綁為一體穿設(shè)在彈性保護(hù)軟管內(nèi)。上述的儲(chǔ)液罐內(nèi)的液體為防凍液。上述沉降采集儀內(nèi)裝有用于采集信號(hào)并進(jìn)行解算的軟件。上述監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)方法步驟為
1)在基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝好沉降板、儲(chǔ)液罐、硅微壓差傳感器、連通管、回流管、空氣管以及回氣管，調(diào)節(jié)基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的監(jiān)測(cè)容器大致在同一高度，其為初始位置；
2)當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)路基沉降時(shí)，連通管和硅微壓差傳感器也隨即下沉，連通管內(nèi)的液體對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的硅微壓差傳感器形成液壓，硅微壓差傳感器采集信號(hào)后傳輸給沉降采集儀，沉降采集儀經(jīng)過換算處理后后可得出沉降高度。
本發(fā)明的原理是連通管和監(jiān)測(cè)容器內(nèi)的液體壓力與安裝高度相關(guān)，當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)生沉降，則該點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)間的壓力會(huì)發(fā)生變化。通過硅微壓差傳感器檢測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的壓力，既可以獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)間的高程變化，然后再通過數(shù)據(jù)分析和計(jì)算即可獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降變化。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于本發(fā)明克服了靜力水準(zhǔn)儀由液面位置測(cè)量高程變化帶來的弊端，現(xiàn)場(chǎng)安裝使用方便，抗干擾能力強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)在一定水平區(qū)域內(nèi)的多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，且測(cè)量精度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，非常適用于高速鐵路客運(yùn)專線的沉降變形長(zhǎng)期自動(dòng)監(jiān)測(cè)；設(shè)置的回流管可以很好的防止液體灌裝時(shí)氣泡的產(chǎn)生，并且可通過定期回流管定期釋放部分液體以減少氣泡；通過在空氣管中注入干燥空氣并通過回氣管帶出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)備中的濕氣，可保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，并延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備使用壽命。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意其中，I、儲(chǔ)液罐；2、硅微壓差傳感器；3、監(jiān)測(cè)容器；4、空氣管；5、連通管；6、回流管；A 代表基準(zhǔn)點(diǎn)，B代表第一監(jiān)測(cè)點(diǎn)，C代表第二監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。參見附圖1，本發(fā)明在基準(zhǔn)點(diǎn)處設(shè)有儲(chǔ)液罐I、監(jiān)測(cè)容器3、硅微壓差傳感器2、沉降采集儀以及沉降板，其中硅微壓差傳感器2緊固在沉降板上，沉降板埋設(shè)在路基位置；在監(jiān)測(cè)點(diǎn)處同樣設(shè)有監(jiān)測(cè)容器3、硅微壓差傳感器2、沉降采集儀以及沉降板；所述儲(chǔ)液罐I、監(jiān)測(cè)容器3借助連通管5連通，連通管5的末端連接有回流管6，回流管6的出口應(yīng)高于儲(chǔ)液罐I液面上端，該回流管6是為了減少管線內(nèi)液體灌注時(shí)氣泡的產(chǎn)生，還可定期通過釋放部分液體以減少氣泡，所述硅微壓差傳感器2的感應(yīng)膜片與監(jiān)測(cè)容器3內(nèi)的液面接觸，所述硅微壓差傳感器2的輸出端經(jīng)電纜接沉降采集儀的輸入端，所有硅微壓差傳感器2之間連通有空氣管4，該空氣管4是為了給硅微壓差傳感器2提供一致的參考?xì)鈮海诳諝夤?的末端連接有回氣管，應(yīng)定期通過空氣管4注入干燥空氣并通過回氣管帶出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)備中的濕氣。管線內(nèi)的液體為低揮發(fā)低熱脹冷縮系數(shù)的防凍液。沉降采集儀可采用現(xiàn)有常用的產(chǎn)品，在沉降采集儀內(nèi)設(shè)有嵌入式系統(tǒng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集及解算，其亦采用現(xiàn)有普遍使用的換算方法或軟件即可。使用時(shí)，硅微壓差傳感器2的電纜可放到空氣管4里面。儲(chǔ)液罐I和連通管5選用耐_40°C低溫的聚氨基甲酸酯管，連通管5、回流管6和空氣管4、回氣管等捆綁在一起，在這些管線的外側(cè)包覆具有抗壓能力的彈性保護(hù)軟管以保護(hù)內(nèi)部管線不被壓扁或刺穿?？紤]到在沉降時(shí)會(huì)發(fā)生位移引起線纜長(zhǎng)度變化，埋設(shè)沉降板及硅微壓差傳感器2時(shí)應(yīng)預(yù)留一段長(zhǎng)度以防拉斷管線。采用上述監(jiān)測(cè)裝置的測(cè)量步驟為
O首先在選擇好的基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝好沉降板、儲(chǔ)液罐I、硅微壓差傳感器2、連通管5、回流管6、空氣管4以及回氣管，并將各管線連通，充滿液體(空氣管4和回氣管除外)，然后進(jìn)行調(diào)節(jié)，安裝時(shí)基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝在大致同一高度，但不要求完全在同一水平面內(nèi)，儲(chǔ)液罐I安裝高度依據(jù)測(cè)試量程和精度要求而不同，當(dāng)測(cè)試量程為±50mm、精度為O. Imm時(shí)，儲(chǔ)液罐I液面應(yīng)比基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的硅微壓差傳感器高IOOmm ;當(dāng)測(cè)試量程為 ±500mm、精度為Imm時(shí)，儲(chǔ)液罐I液面應(yīng)比基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)硅微壓差傳感器高1000mm，其為初始位置；
2)當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)路基沉降時(shí)，連通管5和硅微壓差傳感器2也隨即下沉，連通管5內(nèi)的液體對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的硅微壓差傳感器2形成液壓，硅微壓差傳感器2采集信號(hào)后傳輸給沉降采集儀， 沉降采集儀經(jīng)過換算處理后后可得出沉降高度。其中，具體的換算過程為設(shè)已知儲(chǔ)液罐I內(nèi)的液體比重為l/α，則可以通過測(cè)量得到的基準(zhǔn)點(diǎn)A的壓力P。以及第一監(jiān)測(cè)點(diǎn)B和第二監(jiān)測(cè)點(diǎn)C的壓力P” P2等(可根據(jù)需要設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn))，換算出基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離儲(chǔ)液罐液面的高度Htl= a *P0> H1= a
H2= α *Ρ2等；則可算得沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)A的高程差hfH K=H2-Htl ;通過對(duì)各點(diǎn)高程差進(jìn)行分析即可得監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量，即可掌握各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降變化。若基準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)生沉降，則需配合人工觀測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)沉降量，獲得所有待觀測(cè)點(diǎn)的沉降量。對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于液力測(cè)量的水平多點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于其包括設(shè)置于基準(zhǔn)點(diǎn)處的儲(chǔ)液罐(I)以及設(shè)于基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的監(jiān)測(cè)容器(3)、硅微壓差傳感器(2)、沉降采集儀以及用于錨固所述硅微壓差傳感器(2)的沉降板；所述儲(chǔ)液罐(I)、監(jiān)測(cè)容器(3)借助連通管(5)連通，所述硅微壓差傳感器(2)的感應(yīng)膜片與監(jiān)測(cè)容器(3)內(nèi)的液面密封接觸，所述硅微壓差傳感器(2)的輸出端接沉降采集儀的相應(yīng)輸入端，所有硅微壓差傳感器(2)之間連通有用于保證空氣壓力一致的空氣管(4);所述沉降板埋設(shè)于路基下。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于液力測(cè)量的水平多點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述連通管(5 )末端連接有用于減少連通管(5 )內(nèi)氣泡的回流管(6 )，所述回流管(6 )另一端的液面高度高于儲(chǔ)液罐(I)液面高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于液力測(cè)量的水平多點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述空氣管(4)的末端連接有用于排除空氣管內(nèi)濕氣的回氣管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于液力測(cè)量的水平多點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述連通管(5)、回流管(6)、空氣管(4)以及回氣管捆綁為一體且穿設(shè)在一設(shè)置的彈性保護(hù)軟管內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于液力測(cè)量的水平多點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述監(jiān)測(cè)容器(3 )為監(jiān)測(cè)管，其豎直設(shè)于連通管(5 )上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于液力測(cè)量的水平多點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述儲(chǔ)液罐(I)內(nèi)的液體為防凍液。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于液力測(cè)量的水平多點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述沉降采集儀內(nèi)裝有用于采集信號(hào)并進(jìn)行換算的軟件。
8.權(quán)利要求7所述的基于液力測(cè)量的水平多點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述監(jiān)測(cè)方法的步驟為O安裝并連接在基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝好沉降板、儲(chǔ)液罐(I)、硅微壓差傳感器(2)、連通管(5)、回流管(6)、空氣管(4)以及回氣管，調(diào)節(jié)基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的監(jiān)測(cè)容器大致在同一高度，其為初始位置；2)測(cè)算當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)路基沉降時(shí)，連通管(5)和硅微壓差傳感器(2)也隨即下沉，連通管 (5 )內(nèi)的液體對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的硅微壓差傳感器(2 )形成液壓，硅微壓差微壓傳感器(2 )采集該信號(hào)后并傳輸給沉降采集儀，沉降采集儀經(jīng)過換算處理后即可得出沉降高度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于液力測(cè)量的水平多點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)裝置及其監(jiān)測(cè)方法，用于路基或橋梁等建筑物的沉降監(jiān)測(cè)，其包括設(shè)置于基準(zhǔn)點(diǎn)處的儲(chǔ)液罐，設(shè)置于基準(zhǔn)點(diǎn)以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的監(jiān)測(cè)容器、硅微壓差傳感器和沉降采集儀以及用于錨固硅微壓差傳感器的沉降板；儲(chǔ)液罐、監(jiān)測(cè)容器經(jīng)連通管連通，硅微壓差傳感器的膜片與監(jiān)測(cè)容器內(nèi)的液面接觸，硅微壓差傳感器的輸出端接沉降儀的輸入端，所有硅微壓差傳感器之間連通有同一空氣管。本監(jiān)測(cè)方法借助上述監(jiān)測(cè)裝置來完成，其通過硅微壓差傳感器檢測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的壓力，既可獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)間的高程變化，然后計(jì)算得沉降變化。本發(fā)明測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)便且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01C5/04GK102607518SQ201210040460
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
發(fā)明者孫寶臣, 李劍芝, 杜彥良, 趙維剛 申請(qǐng)人:石家莊鐵道大學(xué)