測(cè)量橋梁鋼管樁周邊沖淤深度的傳熱橋式傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種測(cè)量橋梁鋼管樁周邊沖淤深度的傳熱橋式傳感器。本發(fā)明基于以下原理：熱源與感溫點(diǎn)分別位于傳熱橋兩端，熱源散發(fā)出的熱量經(jīng)過(guò)傳熱橋傳至感溫點(diǎn)，當(dāng)傳熱橋處于水體時(shí)，熱量散失與水流速度呈正相關(guān)，且明顯大于土體。本發(fā)明包括殼體、發(fā)熱塊、溫度探頭等部件。殼體內(nèi)側(cè)側(cè)壁中心為發(fā)熱塊，四邊中點(diǎn)各有溫度探頭。發(fā)熱塊作為熱源，殼體作為傳熱橋，將熱量傳遞給溫度探頭（感溫點(diǎn)）。輸入額定電流使發(fā)熱塊持續(xù)發(fā)熱，通過(guò)測(cè)量溫度探頭在加熱過(guò)程中的溫度變化速度和幅度，即可區(qū)分傳感器所處環(huán)境是水體或者土體。將若干只傳感器安裝在鋼管樁樁身的不同深度位置，能夠區(qū)分出水體與土體的分界面，最終確定橋梁鋼管樁周邊的沖淤深度。
【專利說(shuō)明】測(cè)量橋梁鋼管粧周邊沖淤深度的傳熱橋式傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水利工程監(jiān)測(cè)裝置，具體涉及一種測(cè)量橋梁鋼管樁周邊沖淤深度的傳熱橋式傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼管樁作為一種橋梁的基礎(chǔ)形式，已廣泛應(yīng)用于各類橋梁的施工建設(shè)當(dāng)中，而對(duì)于橋梁鋼管樁周邊沖淤深度的監(jiān)測(cè)，還仍然停留在水位計(jì)等自動(dòng)化水平很低的階段，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全天候的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。一些新型的沖淤傳感器，雖然提供了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的可能，但是傳感器安裝復(fù)雜，不利于技術(shù)的大面積推廣。
[0003]熱量散失速度與所處環(huán)境密切相關(guān)，水體環(huán)境要比土體環(huán)境更容易散熱，且散熱速度與水流速度呈正相關(guān)性。根據(jù)土體與水體在散熱性能方面的差異，本發(fā)明提供一種新型的傳感器，測(cè)量橋梁鋼管樁周邊的沖淤深度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)沖淤狀態(tài)的自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量橋梁鋼管樁周邊沖淤深度的傳熱橋式傳感器，基于水體和土體中熱量散失程度差異的原理，通過(guò)測(cè)量傳感器所處環(huán)境的熱量散失程度來(lái)區(qū)分水體和土體，用以監(jiān)測(cè)水下沖淤變化，具有高精確度、高耐久性、制作簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)勢(shì)。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:
[0006]傳感器包括電源線、信號(hào)線、殼體、溫度探頭、發(fā)熱塊、隔溫材料、尖錐、密封板。殼體由側(cè)壁為瓦片形、兩端為半圓形的不銹鋼片焊接而成。尖錐為半個(gè)實(shí)心錐體，尖錐頂面與殼體底面通過(guò)螺栓連接。殼體內(nèi)側(cè)側(cè)壁中心為發(fā)熱塊，四邊中點(diǎn)各有一個(gè)溫度探頭。發(fā)熱塊的電源線以及溫度探頭的信號(hào)線從殼體頂端引出。殼體內(nèi)其余空間用隔溫材料填充，并將密封板嵌入殼體開口端焊接密封。
[0007]上述殼體和尖錐的側(cè)壁的曲率與鋼管樁外壁的曲率相同。
[0008]上述傳感器制作方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0009](al)殼體底面與尖錐頂面通過(guò)螺栓連接；
[0010](a2)在殼體內(nèi)側(cè)側(cè)壁中心安裝發(fā)熱塊，在發(fā)熱塊上連接電源線從殼體頂端引出；
[0011](a3)在殼體內(nèi)側(cè)側(cè)壁四邊中點(diǎn)各安裝一個(gè)溫度探頭，保證四個(gè)溫度探頭與發(fā)熱塊等距，并在溫度探頭上各連接一個(gè)信號(hào)線，與電源線并線從殼體頂端引出；
[0012](a4)殼體內(nèi)其余空間用隔溫材料填充；
[0013](a5)將密封板嵌入殼體開口端焊接密封。
[0014]本發(fā)明的傳感器工作原理和方法如下:
[0015]熱源與感溫點(diǎn)分別位于傳熱橋兩端，熱源散發(fā)出的熱量經(jīng)過(guò)傳熱橋傳至感溫點(diǎn)，傳熱橋在傳熱過(guò)程中會(huì)有熱量向周圍環(huán)境散失，根據(jù)所處環(huán)境不同，熱量散失的速度也有所不同一當(dāng)傳熱橋所處的環(huán)境為水體時(shí)，熱量散失速度與水流速度呈正相關(guān)性，且明顯大于土體環(huán)境。本發(fā)明中，發(fā)熱塊作為熱源使用，殼體作為傳熱橋，將熱量傳遞給溫度探頭(感溫點(diǎn))。輸入額定電流使發(fā)熱塊持續(xù)發(fā)熱，發(fā)熱塊的熱量通過(guò)殼體傳遞給溫度探頭。加熱過(guò)程中，熱量散失速度越大，溫度探頭的溫度變化就越慢，溫度變化幅度也越?。煌ㄟ^(guò)測(cè)量溫度探頭在加熱過(guò)程中的溫度變化速度和幅度，就可以區(qū)分傳感器所處環(huán)境是水體或者土體。將若干只傳感器安裝在鋼管樁樁身的不同深度位置，能夠區(qū)分出水體與土體的分界面，最終確定橋梁鋼管樁周邊的沖淤深度。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):
[0017](I)本發(fā)明的測(cè)量原理簡(jiǎn)單可靠:本發(fā)明的傳感器會(huì)感應(yīng)到溫度變化，通過(guò)傳感器內(nèi)溫度探頭所得的溫度數(shù)據(jù)變化速率的大小，可以確定傳感器在水體中還是在土體中，最終確定泥面位置；這種監(jiān)測(cè)方法，不受水流變化等因素干擾，數(shù)據(jù)精確穩(wěn)定；
[0018](2)本發(fā)明的傳感裝置制作工藝簡(jiǎn)單，安裝方便，特別適合在鋼管樁上使用，避免傳統(tǒng)傳感器需要另外打樁的麻煩，有廣闊的應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益；
[0019](3)本發(fā)明的測(cè)試精度高，其測(cè)試精度可達(dá)0.2m，并且可以根據(jù)具體要求改變精度，其精度主要可以通過(guò)改變傳感器數(shù)量以及間距大小實(shí)現(xiàn)；
[0020](4)本發(fā)明無(wú)需對(duì)安裝位置進(jìn)行限制，只要確保監(jiān)測(cè)時(shí)至少有兩個(gè)不同深度的傳感器分別在水體和土體中即可確定泥面位置；
[0021](5)本發(fā)明的傳感器上四個(gè)溫度探頭與發(fā)熱塊等間距，傳熱路徑長(zhǎng)度一致，保證數(shù)據(jù)的有效性；
[0022](6)本發(fā)明可對(duì)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行沖刷監(jiān)測(cè)，可按照監(jiān)測(cè)需求，在多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝本發(fā)明的傳感器，實(shí)現(xiàn)區(qū)域性整體沖刷監(jiān)測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖1 (a)為傳感器結(jié)構(gòu)主視圖，圖1 (b)為傳感器結(jié)構(gòu)側(cè)視圖，圖1 (C)為傳感器結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0024]圖2為傳感器安裝在鋼管樁上的示意圖。
[0025]圖中各標(biāo)號(hào):鋼管樁11，傳感器12，電源線121，信號(hào)線122，殼體123，溫度探頭124，發(fā)熱塊125，隔溫材料126，尖錐127，密封板128。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0027]結(jié)合圖1和圖2，傳感器12包括電源線121、信號(hào)線122、殼體123、溫度探頭124、發(fā)熱塊125、隔溫材料126、尖錐127、密封板128。殼體123由側(cè)壁為瓦片形、兩端為半圓形的不銹鋼片焊接而成。尖錐127為半個(gè)實(shí)心錐體，尖錐127頂面與殼體123底面通過(guò)螺栓連接。殼體123內(nèi)側(cè)側(cè)壁中心為發(fā)熱塊125，四邊中點(diǎn)各有一個(gè)溫度探頭124。發(fā)熱塊125的電源線121以及溫度探頭124的信號(hào)線122從殼體123頂端引出。殼體123內(nèi)其余空間用隔溫材料126填充，并將密封板128嵌入殼體123開口端焊接密封。
[0028]上述殼體123和尖錐127的側(cè)壁的曲率與鋼管樁11外壁的曲率相同。
[0029]上述傳感器12制作方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0030](al)殼體123底面與尖錐127頂面通過(guò)螺栓連接；[0031](a2)在殼體123內(nèi)側(cè)側(cè)壁中心安裝發(fā)熱塊125，在發(fā)熱塊125上連接電源線121從殼體123頂端引出；
[0032](a3)在殼體123內(nèi)側(cè)側(cè)壁四邊中點(diǎn)各安裝一個(gè)溫度探頭124，保證四個(gè)溫度探頭124與發(fā)熱塊125等距，并在溫度探頭124上各連接一個(gè)信號(hào)線122，與電源線121并線從殼體123頂端引出；
[0033](a4)殼體123內(nèi)其余空間用隔溫材料126填充；
[0034](a5)將密封板128嵌入殼體123開口端焊接密封。
[0035]本發(fā)明的傳感器12工作原理和方法如下:
[0036]熱源與感溫點(diǎn)分別位于傳熱橋兩端，熱源散發(fā)出的熱量經(jīng)過(guò)傳熱橋傳至感溫點(diǎn)，傳熱橋在傳熱過(guò)程中會(huì)有熱量向周圍環(huán)境散失，根據(jù)所處環(huán)境不同，熱量散失的速度也有所不同一當(dāng)傳熱橋所處的環(huán)境為水體時(shí)，熱量散失速度與水流速度呈正相關(guān)性，且明顯大于土體環(huán)境。本發(fā)明中，發(fā)熱塊125作為熱源使用，殼體123作為傳熱橋，將熱量傳遞給溫度探頭124 (感溫點(diǎn))。輸入額定電流使發(fā)熱塊125持續(xù)發(fā)熱，發(fā)熱塊125的熱量通過(guò)殼體123傳遞給溫度探頭124。加熱過(guò)程中，熱量散失速度越大，溫度探頭124的溫度變化就越慢，溫度變化幅度也越??；通過(guò)測(cè)量溫度探頭124在加熱過(guò)程中的溫度變化速度和幅度，就可以區(qū)分傳感器12所處環(huán)境是水體或者土體。將若干只傳感器12安裝在鋼管樁11樁身的不同深度位置，能夠區(qū)分出水體與土體的分界面，最終確定橋梁鋼管樁11周邊的沖淤深度。
[0037]根據(jù)監(jiān)測(cè)需要，本發(fā)明的傳感器12提供一種適用于水下結(jié)構(gòu)為鋼管樁11的安裝方法。
[0038]上述安裝方法包括鋼管樁11和傳感器12，傳感器12的殼體123和尖錐127邊緣焊在鋼管樁11上。
[0039]上述安裝方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0040](bl)將若干個(gè)傳感器12按一定的距離等距間隔焊在鋼管樁11上；
[0041](b2)將焊有傳感器12的鋼管樁11立置于監(jiān)測(cè)點(diǎn)；
[0042](b3)錘擊鋼管樁11，使焊有傳感器12的鋼管樁11插入土中，直至鋼管樁11打到指定的標(biāo)聞，完成傳感器12的最終的安裝。
[0043]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)量橋梁鋼管樁周邊沖淤深度的傳熱橋式傳感器，其特征在于:傳感器(12)包括電源線(121)、信號(hào)線(122)、殼體(123)、溫度探頭(124)、發(fā)熱塊(125)、隔溫材料(126)、尖錐(127)、密封板(128);殼體(123)由側(cè)壁為瓦片形、兩端為半圓形的不銹鋼片焊接而成；尖錐(127)為半個(gè)實(shí)心錐體，尖錐(127)頂面與殼體(123)底面通過(guò)螺栓連接；殼體(123)內(nèi)側(cè)側(cè)壁中心為發(fā)熱塊(125)，四邊中點(diǎn)各有一個(gè)溫度探頭(124);發(fā)熱塊(125)的電源線(121)以及溫度探頭(124)的信號(hào)線(122)從殼體(123)頂端引出；殼體(123)內(nèi)其余空間用隔溫材料(126)填充，并將密封板(128)嵌入殼體(123)開口端焊接密封。
2.基于權(quán)利要求1所述的測(cè)量橋梁鋼管樁周邊沖淤深度的傳熱橋式傳感器，其特征在于:所述的殼體(123)和尖錐(127)的側(cè)壁的曲率與鋼管樁(11)外壁的曲率相同。
3.一種基于權(quán)利要求1所述的測(cè)量橋梁鋼管樁周邊沖淤深度的傳熱橋式傳感器制作方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟: al、殼體(123)底面與尖錐(127)頂面通過(guò)螺栓連接； a2、在殼體(123)內(nèi)側(cè)側(cè)壁中心安裝發(fā)熱塊(125)，在發(fā)熱塊(125)上連接電源線(121)從殼體(123)頂端引出； a3、在殼體(123)內(nèi)側(cè)側(cè)壁四邊中點(diǎn)各安裝一個(gè)溫度探頭(124)，保證四個(gè)溫度探頭(124)與發(fā)熱塊(125)等距，并在溫度探頭(124)上各連接一個(gè)信號(hào)線(122)，與電源線(121)并線從殼體(123)頂端引出； a4、殼體(123)內(nèi)其余空間用隔溫材料(126)填充； a5、將密封板(128 )嵌入殼體(123 )開口端焊接密封。
【文檔編號(hào)】G01B21/18GK103453869SQ201310374366
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月24日
【發(fā)明者】丁勇 申請(qǐng)人:丁勇