用于短圓柱形石質(zhì)文物風(fēng)化剝落深度的量測儀及測量方法
【專利摘要】本本發(fā)明涉及一種用于短圓柱形石質(zhì)文物巖石表面風(fēng)化剝落深度的量測儀及其測量方法，該量測儀包括量測曲板和百分表，所述量測曲板和百分表相互配合使用，所述百分表包括表盤、軸頸、測桿、測頭，所述測頭在最前端，測桿、軸頸、表盤依次向后，所述量測曲板呈圓筒形，所述量測曲板上開設(shè)若干測孔，所述量測曲板的下邊緣固定連接支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)下端與埋設(shè)在地面的短錨桿相固定連接，所述軸頸上固定測托，所述測托的外表面呈內(nèi)凹的圓弧形曲面，利用該量測儀測量后具有量測精度高，現(xiàn)場適應(yīng)能力強(qiáng)，測點(diǎn)定位準(zhǔn)確及測點(diǎn)密度較高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】用于短圓柱形石質(zhì)文物風(fēng)化剝落深度的量測儀及測量方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種用于短圓柱形石質(zhì)文物巖石表面風(fēng)化剝落深度的量測儀及其測
量方法。
【背景技術(shù)】
[0003]對于各類石質(zhì)文物(包括短圓柱形石質(zhì)文物)來說，巖石表面因風(fēng)化而產(chǎn)生的剝落深度是文物保護(hù)工作者和工程地質(zhì)科學(xué)研究者所關(guān)心的一個(gè)大問題，因?yàn)槭|(zhì)文物的表面的風(fēng)化剝落程度及其相關(guān)研究將涉及由古代工匠制造的石質(zhì)文物的長期保護(hù)問題?？紤]到本發(fā)明的圓筒式風(fēng)化剝落深度量測儀是針對短圓柱形石質(zhì)文物而設(shè)計(jì)的，需要舉這類石質(zhì)文物的例子加以說明:在我國的諸多石質(zhì)文物中，有一類具有短圓柱形外表的石質(zhì)文物，其文物價(jià)值往往很高，例如被珍藏于浙江省衢州市南孔廟中的石燈臺(tái)(見圖1)等。應(yīng)當(dāng)指出由于以往對上述短圓柱形石質(zhì)文物長期保護(hù)問題的關(guān)注較少，所以國內(nèi)外有關(guān)這類石質(zhì)文物風(fēng)化剝落深度量測的現(xiàn)有技術(shù)很少，但仍需要簡述其中可用的現(xiàn)有技術(shù)和不可用的類似技術(shù)，以便加深對本發(fā)明儀器提出的背景的論證。
[0004]如果僅就石質(zhì)文物表面巖石風(fēng)化剝落深度的現(xiàn)有量測技術(shù)而言，可以舉如圖2所示的橫條孔式鋼針量測法和如圖3所示的孔板式巖石表面粗糙度機(jī)械量測儀。前者是Sancho等為測量西班牙某地砂巖表面因長期風(fēng)化而引起的剝落深度設(shè)計(jì)的一種量測裝置:他們在豎直支架上安裝了 6根處于同一平面上的橫條(見圖2)，讓各橫條的外表面組成一個(gè)相對平面。另外，在每根橫條中平均分布10個(gè)測孔，孔間距為50mm，以便準(zhǔn)確地確定測點(diǎn)在被測平面上的位置。這些測孔覆蓋的面積約為0.165m2。測量時(shí)，設(shè)計(jì)者將帶有刻度的鋼針垂直插入上述這些測孔中，以量測各橫條外表面到鋼針頂端所觸及的被測測點(diǎn)之間的相對水平距離。再根據(jù)各測孔在平面上的相對位置和由各測孔所測到的相對水平距離，確定各測點(diǎn)巖石表面的風(fēng)化剝落深度，為風(fēng)化深度的確定提供依據(jù)。根據(jù)作者的經(jīng)驗(yàn)，該方法的測試靈敏度不會(huì)高于0.5mm。據(jù)分析該量測方法，優(yōu)點(diǎn)是直觀、方便，但至少有三點(diǎn)不足之處:第一，鋼針量測精度偏低。無論是理論上還是實(shí)際量測上，所述的鋼針插入方法的量測精度將低于其靈敏度0.5_，這對于巖石表面風(fēng)化剝落深度來說顯然偏低；第二，將很難保證所安裝的6根橫條同處于一個(gè)平面上，而這一不足將有可能進(jìn)一步降低量測精度；第三，如果處置不當(dāng)，在設(shè)置6根量測用的橫條時(shí)，很容易造成被測對象——文物的損壞。后者是張中儉等為了測量衢州和平遙古城墻巖石砌塊風(fēng)化剝落深度而設(shè)計(jì)的一種量測裝置(見圖3)。該類儀器的優(yōu)點(diǎn)是量測精度較高(其靈敏度和精度分別達(dá)到0.1mm和0.03mm),且數(shù)據(jù)處理方便等，但最大的缺點(diǎn)則是它所采用的平板玻璃的面積也即兩側(cè)面積太小(通常不超過0.lm2)，難以適合于面積較大的量測對象。但還需指出，上述這兩種可用于風(fēng)化剝落深度量測的技術(shù)，只能適合于外表整體形狀基本上為平面的量測對象，但仍不能用于本發(fā)明所指的呈短圓柱形的石質(zhì)文物的相關(guān)量測。有關(guān)這兩種也許可稱為類似技術(shù)的簡述，可以幫助我們進(jìn)一步了解本項(xiàng)發(fā)明提出的技術(shù)背景，據(jù)查作為可用于短圓柱形的石質(zhì)文物風(fēng)化剝落深度的現(xiàn)有量測技術(shù)主要有軟塑材料的印模技術(shù)。楊志法等人曾采用經(jīng)特殊處理的軟塑材料一橡皮泥對邯鄲響堂寺的古石碑等石質(zhì)文物進(jìn)行印模，以量測相關(guān)石碑的風(fēng)化剝落深度。該項(xiàng)技術(shù)也可用于上述短圓柱形石質(zhì)文物(例如圖1所示的衢州南孔廟的石燈臺(tái))局部的風(fēng)化剝落深度的測量。實(shí)際量測結(jié)果表明，該項(xiàng)技術(shù)是具有操作簡便，量測成本低等優(yōu)點(diǎn)，但不足之處也有兩點(diǎn):第一量測精度不高(通常不高于0.5mm);第二，一次量測所涉及的量測面很小(通常不超過20cm2)，否則將會(huì)進(jìn)一步降低量測精度。正因?yàn)樵摲N方法所涉及的量測面通常很小，所以既適用于整體表面形狀為平面的石質(zhì)文物的風(fēng)化剝落深度量測，也可用于整體表面形狀為上述的圓筒形石質(zhì)文物的相應(yīng)量測，但對于后者，難以完成圓筒形石質(zhì)文物整體表面風(fēng)化剝落深度的測量。
[0005]由以上分析可以看出，很需要發(fā)明一種專門用于各種圓筒形石質(zhì)文物巖石表面風(fēng)化剝落深度量測的儀器。所以本發(fā)明的量測對象是呈短圓柱形的石質(zhì)文物的圓弧形巖石表面的風(fēng)化剝落深度。根據(jù)對國內(nèi)外現(xiàn)有的相關(guān)技術(shù)調(diào)查，認(rèn)為本請求書所提出的的針對短圓柱形石質(zhì)文物巖石表面風(fēng)化剝落深度進(jìn)行量測的圓筒式風(fēng)化剝落深度量測儀是新提出的一項(xiàng)技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于呈短圓柱形的石質(zhì)文物的圓弧形巖石表面的風(fēng)化剝落深度量測的需要，本發(fā)明提出了一種可用于短圓柱形石質(zhì)文物的圓弧形巖石表面的風(fēng)化剝落深度的圓筒式風(fēng)化剝落深度量測儀及其量測方法。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:包括量測曲板和百分表，所述量測曲板和百分表相互配合使用，所述百分表包括表盤、軸頸、測桿、測頭，所述測頭在最前端，測桿、軸頸、表盤依次向后，所述量測曲板呈圓筒形，所述量測曲板上開設(shè)若干測孔，所述量測曲板的下邊緣固定連接支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)下端與埋設(shè)在地面的短錨桿相固定連接，所述軸頸上固定測托，所述測托的外表面呈內(nèi)凹的圓弧形曲面。
[0008]作為優(yōu)選，所述支撐結(jié)構(gòu)包括夾板、連接螺栓，所述夾板的上端設(shè)置上安裝孔，所述上安裝孔通過固定螺栓與量測曲板下邊緣設(shè)置的曲板安裝孔相連接，所述夾板下部分開設(shè)窄槽，所述連接螺栓的連接螺栓平頭插入窄槽，所述夾板的下端設(shè)置下安裝孔，所述下安裝孔通過固定螺栓與連接螺栓平頭上設(shè)置的安裝孔相連接。
[0009]作為優(yōu)選，所述支撐結(jié)構(gòu)有3個(gè)，相鄰支撐結(jié)構(gòu)之間為120°。
[0010]作為優(yōu)選，所述測頭和測桿之間連接若干接桿，所述接桿之間采用螺紋壓緊的方式連接。
[0011 ] 作為優(yōu)選,量測曲板為圓筒形的有機(jī)玻璃板。
[0012]作為優(yōu)選，所述測孔成排均勻排列。
[0013]所述的量測儀的測量方法，包括步驟一，將量測曲板套在待量測的石質(zhì)文物并通過支撐結(jié)構(gòu)固定在地面，確保量測曲板縱向中心軸與石質(zhì)文物的縱向中心軸相一致；步驟二，將百分表的測桿插入量測曲板的測孔，使得測托與量測曲板相貼合；步驟三，將百分表的測頭頂緊被測石質(zhì)文物預(yù)測的點(diǎn)，讀取百分表的表盤的數(shù)據(jù)，記錄；步驟四，依次量測每一個(gè)測孔，得一組數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)分析得知被測石質(zhì)文物風(fēng)化剝落深度。
[0014]本發(fā)明是一種專門針對上述這類短圓柱形石質(zhì)文物巖石表面風(fēng)化剝落深度的量測而設(shè)計(jì)的圓筒式機(jī)械量測儀(見圖4)。它與本發(fā)明有關(guān)說明書部分的技術(shù)背景一節(jié)中所述的國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)由于在國內(nèi)外可用于石質(zhì)文物巖石表面風(fēng)化剝落深度的各種現(xiàn)有方法中除軟塑材料印模技術(shù)外，基本上都是針對具有平面體表面的石質(zhì)文物的量測需要而設(shè)計(jì)的，所以這些技術(shù)(例如圖2和圖3所示的技術(shù))原則上不能用于圓柱形石質(zhì)文物的測量，而新提出的這項(xiàng)技術(shù)因充分考慮了被測對象的短圓柱形外形而更適合這類專門量測。關(guān)于新提出技術(shù)的量測精度問題，由于該項(xiàng)技術(shù)所用的是一個(gè)經(jīng)改造的百分表，本項(xiàng)技術(shù)所用的量測儀測量精度較高(估計(jì)可達(dá)0.05_)，遠(yuǎn)高于上述軟塑材料印模技術(shù)的精度；(2)測點(diǎn)是利用埋設(shè)于被測對象周圍地表上的短錨桿和分布在筒式量測曲板上的測孔進(jìn)行定位的，且百分表的測頭剛好插進(jìn)測孔，并頂緊測點(diǎn)而不能移動(dòng)，提高了被測點(diǎn)的定位精度；(3)就現(xiàn)場量測的適應(yīng)能力而論，本發(fā)明儀器的現(xiàn)場適應(yīng)能力較強(qiáng)，儀器的造價(jià)也較低。其中主要零部件(例如經(jīng)改造的百分表和圓筒形量測曲板等)可重復(fù)使用；(4)因?yàn)樵摿繙y裝置是采用短錨桿等組成的專門測座把主要部件圓筒形量測曲板固定不動(dòng)，但可以方便地拆裝(即量測時(shí)安裝上，不量測時(shí)拆下，使現(xiàn)場緊留3個(gè)埋入地表的短錨桿)。所以允許定期對文物的風(fēng)化剝落深度進(jìn)行適時(shí)監(jiān)測，并據(jù)此對該石質(zhì)文物在特定環(huán)境下的風(fēng)化速率作出較準(zhǔn)確的估計(jì)，這是圖3所示的方法和上述軟塑材料印模技術(shù)很難做到的。
[0015]本發(fā)明具有量測精度高，現(xiàn)場適應(yīng)能力強(qiáng)，測點(diǎn)定位準(zhǔn)確及測點(diǎn)密度較高等優(yōu)點(diǎn)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0016]圖1為短圓柱形石質(zhì)文物典型代表的石燈臺(tái)(位于衢州南孔廟)；
圖2為Sancho等采用橫條孔式鋼針量測法量測西班牙某地砂巖風(fēng)化剝落深度的現(xiàn)場照片；
圖3為張中儉等研制的一項(xiàng)國家發(fā)明專利技術(shù)一孔板式巖石表面粗糙度機(jī)械量測儀； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的俯視圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例的剖視圖；
圖6為本發(fā)明百分表的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為圓筒形量測曲板的展開示意圖(注:圖中左右邊界線AB是同一條線)；
圖8為夾板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9為連接螺栓的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中I是淺孔，2是砂漿，3是短錨桿，4是連接螺栓，5是地面，6是連接螺栓平頭，7是夾板，8是固定螺栓，9是固定螺帽，10是量測曲板，11是石燈臺(tái)，12是測頭，13是接桿，14是測桿，15是軸頸，16是測托，17是表盤，18是測孔，19是曲板安裝孔，20是上安裝孔，21是窄槽，22是下安裝孔，23是安裝孔。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面對照附圖結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0019]實(shí)施例1，一種用于短圓柱形石質(zhì)文物風(fēng)化剝落深度的量測儀，主要包括圓筒形量測曲板10、百分表、支撐結(jié)構(gòu)，圓筒形量測曲板10與百分表相互配合使用，量測曲板10為圓筒形的有機(jī)玻璃板，圓筒形量測曲板10上開設(shè)若干測孔18，測孔18成排均勻排列。支撐結(jié)構(gòu)包括夾板7、連接螺栓4 (選用長度合適的連接螺栓)，夾板7的上端設(shè)置上安裝孔20，上安裝孔20通過固定螺栓8與量測曲板10下邊緣設(shè)置的曲板安裝孔19相連接，夾板7下部分開設(shè)窄槽21，連接螺栓4的連接螺栓平頭6插入窄槽21，夾板7的下端設(shè)置下安裝孔22，下安裝孔22通過固定螺栓8與連接螺栓平頭6上設(shè)置的安裝孔23相連接，本實(shí)施例中支撐結(jié)構(gòu)有3個(gè)，相鄰支撐結(jié)構(gòu)之間為120° (即相應(yīng)的夾板7、連接螺栓4各3個(gè)，固定螺栓8等匹配增加)，連接螺栓4與埋設(shè)在地面合適位置(即所選各位置離待量測短圓柱形石質(zhì)文物的垂直中心軸的水平距離基本上相同)上的短錨桿3相連接，并借助于它們將已套入待測的短圓柱石質(zhì)文物外的圓筒形量測曲板10固定在地面上。本發(fā)明對所購買的現(xiàn)有量程為50mm的百分表進(jìn)行了改造，其包括表盤17、軸頸15、測桿14、測頭12，為了進(jìn)一步提高儀器的量測精度，利用膠將不銹鋼制造的外表面呈內(nèi)凹的圓弧形曲面的測托16固定在百分表的軸頸15的一部分長度上，并使它的其余部分外露，另外，還可以根據(jù)具體測點(diǎn)的位置，增加接桿13，接桿13可以是一根、兩根或者多根，多根接桿13之間采用螺紋壓緊的方式連接，并保證每次量測時(shí)連接長度相同，本實(shí)施例1連接了一根接桿13，測頭12在最前端，接桿13、測桿14、軸頸15、表盤17依次向后。
[0020]該發(fā)明的安裝過程主要包括以下步驟:第一步，對待量測的短圓柱形石質(zhì)文物進(jìn)行幾何分析，確定其軸對稱軸(即穿過它的圓形水平橫截面的圓心位置的直立線)；第二步，從圖7所示的圓筒形量測曲板展開圖，可以看出該量測曲板布置了多排測孔和3組(每組2孔)6個(gè)曲板安裝孔。這3組曲板安裝孔之間各相隔120° ;第三步，借助于固定螺栓和固定螺帽，并通過夾板的上安裝孔把3個(gè)夾板分別安裝于曲板安裝孔上；第四步，將已安裝3個(gè)夾板的圓筒形量測曲板套在待量測的石質(zhì)文物石燈臺(tái)上，使它的縱向?qū)ΨQ軸與石質(zhì)文物的縱向?qū)ΨQ軸相一致；第五步，借助于固定螺栓和固定螺帽，把3根等長的連接螺栓與夾板的下安裝孔相連接；第六步，根據(jù)確定出圓筒形量測曲板的邊緣位置，定出3根連接螺栓在地面的具體位置，以埋設(shè)短錨桿；第七步，借助于手提鉆或手工挖槽方式，在所定出的埋設(shè)短錨桿位置上各打下一個(gè)淺孔1，并用砂漿2把3個(gè)帶內(nèi)螺紋的短錨桿分別埋設(shè)于淺孔中，并加以固定；第八步，根據(jù)位于圓筒形量測曲板上各排測孔、圓筒形量測曲板的下邊緣離地面的高度，以及石燈臺(tái)待測部位的高度，選定長度合適的3根等長連接螺栓；第九步，將連接螺栓公螺紋擰入短錨桿的母螺紋中，再將連接螺栓平頭對準(zhǔn)夾板的下安裝孔，讓連接螺栓平頭準(zhǔn)確地插入窄槽中，使它們的連接螺栓安裝孔對準(zhǔn)夾板上的下安裝孔，讓固定螺栓穿過各安裝孔，再用固定螺帽固定；若連接螺栓平頭因加工或安裝誤差而不能準(zhǔn)確地插入窄槽中，或插入后夾板的下安裝孔、連接螺栓平頭上的安裝孔不能在一直線上，則可采用在澆筑砂漿之前微調(diào)連接螺栓與短錨桿的母螺紋之間關(guān)系加以解決。
[0021]測量時(shí)，將百分表測頭、接桿、測桿一起插入圓筒形量測曲板的某個(gè)測孔中，使百分表軸頸的外露部分也插入該測孔，并使測托的圓弧面曲面貼緊著圓筒形量測曲板的外表面，讓測頭頂緊被測石質(zhì)文物的某測點(diǎn)。在這種狀態(tài)下，從表盤讀取的數(shù)據(jù)即為圓筒形量測曲板的外表面到被測石燈臺(tái)某點(diǎn)之間的相對距離。如此，依次量測每一個(gè)測孔，可測得一組數(shù)據(jù)。
[0022]利用專門的計(jì)算機(jī)軟件(excel、sufer等)將對各測孔所測的數(shù)據(jù)繪制成被測物表面因風(fēng)化剝落的深度。必要時(shí)，還可在后的某一時(shí)刻進(jìn)行完全相同的量測。理論上，對于被測的同一測點(diǎn)的兩次量測數(shù)據(jù)的差(后一次數(shù)據(jù)減去前一次數(shù)據(jù))，除以這兩次時(shí)間段的長度，就可知該測點(diǎn)在所處的微環(huán)境下的該時(shí)段的平均風(fēng)化速度。
[0023]以上列舉的僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于短圓柱形石質(zhì)文物風(fēng)化剝落深度的量測儀，包括量測曲板和百分表，所述量測曲板和百分表相互配合使用，所述百分表包括表盤、軸頸、測桿、測頭，所述測頭在最前端，測桿、軸頸、表盤依次向后，其特征在于，所述量測曲板呈圓筒形，所述量測曲板上開設(shè)若干測孔，所述量測曲板的下邊緣固定連接支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)下端與埋設(shè)在地面的短錨桿相固定連接，所述軸頸上固定測托，所述測托的外表面呈內(nèi)凹的圓弧形曲面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于短圓柱形石質(zhì)文物風(fēng)化剝落深度的量測儀，其特征在于，所述支撐結(jié)構(gòu)包括夾板、連接螺栓，所述夾板的上端設(shè)置上安裝孔，所述上安裝孔通過固定螺栓與量測曲板下邊緣設(shè)置的曲板安裝孔相連接，所述夾板下部分開設(shè)窄槽，所述連接螺栓的連接螺栓平頭插入窄槽，所述夾板的下端設(shè)置下安裝孔，所述下安裝孔通過固定螺栓與連接螺栓平頭上設(shè)置的安裝孔相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于短圓柱形石質(zhì)文物風(fēng)化剝落深度的量測儀，其特征在于，所述支撐結(jié)構(gòu)有3個(gè)，相鄰支撐結(jié)構(gòu)之間為120°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于短圓柱形石質(zhì)文物風(fēng)化剝落深度的量測儀，其特征在于，所述測頭和測桿之間連接若干接桿，所述接桿之間采用螺紋壓緊的方式連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于短圓柱形石質(zhì)文物風(fēng)化剝落深度的量測儀，其特征在于，量測曲板為圓筒形的有機(jī)玻璃板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于短圓柱形石質(zhì)文物風(fēng)化剝落深度的量測儀，其特征在于，所述測孔成排均勻排列。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量測儀的測量方法，其特征在于，步驟一，將量測曲板套在待量測的石質(zhì)文物并通過支撐結(jié)構(gòu)固定在地面，確保量測曲板縱向中心軸與石質(zhì)文物的縱向中心軸相一致；步驟二，將百分表的測桿插入量測曲板的測孔，使得測托與量測曲板相貼合；步驟三，將百分表的測頭頂緊被測石質(zhì)文物預(yù)測的點(diǎn)，讀取百分表的表盤的數(shù)據(jù)，記錄；步驟四，依次量測每一個(gè)測孔，得一組數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)分析得知被測石質(zhì)文物風(fēng)化剝落深度。
【文檔編號(hào)】G01B5/18GK103604351SQ201310602357
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】孫亞麗, 楊志法, 李麗慧, 廖小輝, 方建平, 傅燕 申請人:衢州學(xué)院