專利名稱：結(jié)構(gòu)水平位移觀測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及建筑結(jié)構(gòu)的位移測量裝置，特別涉及結(jié)構(gòu)水平位移觀測裝置。
監(jiān)視結(jié)構(gòu)位移對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)測定中，廣泛使用鉛垂線(以下稱張線)把高空、遠距離的結(jié)構(gòu)位移傳遞到地面或人們?nèi)菀捉咏奈恢眠M行測量。測量張線的位移即是結(jié)構(gòu)的位移。
在利用張線測量位移技術(shù)中，法國使用了一種極座標游標卡尺讀數(shù)器測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)。它是一個半圓形的讀數(shù)盤，有一個缺口，該盤與測點相對固定安裝，并使張線從缺口通過。在盤的缺口附近有基準物，它是2個圓錐體尖鋒。在盤的邊緣左右圓弧上分別有游標卡尺。測量時移動游標卡尺的副尺使張線、尖鋒的鋒尖、副尺瞄準孔同在一直線上，記錄游標卡尺的讀值，算出張線的原始位置(x0、y0)。當張線發(fā)生水平位移時，重新調(diào)整上述三點在一直線上，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。
利用該裝置測量位移，測讀方便，長期穩(wěn)定性好。但是分辨率低(0.1mm)，測量精度不高(0.5mm)，而且要用三角函數(shù)計算，比較煩瑣。影響測量精度的主要因素是兩個弧長的測讀誤差大。此外，圓錐體的鋒尖一旦被碰壞，失去唯一的基準點，更影響測量。
本實用新型的目的就是提高結(jié)構(gòu)水平位移測量的分辨率和精度，使其達到美國標準《混凝土反應(yīng)堆容器和安全殼規(guī)范》(ACI359-95)關(guān)于絕對誤差為0.25mm和相對誤差為5％的規(guī)定，可用于高精度的位移測量。
為此，本申請的裝置除了帶缺口的托盤及其上的基準物外，還有光路上有十字絲的光學顯微鏡(以下稱顯微鏡)和螺旋測微器(以下稱測微器)，它們在托盤上互相垂直安裝，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。它們在托盤上的安裝定位點是以顯微鏡能清楚瞄準張線時，其調(diào)焦范圍的中點位置。安裝定位點在托盤上的x方向和y方向各取一個。所說基準物只有一個，它是一個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，所說基準物也可以是角鋼或圓柱體。測量時以其一條垂直于托盤的棱即直線段(以下稱垂直棱)為基準線?；鶞饰镂恢玫脑O(shè)計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)期最大位移值與測微器量程之間取值。
顯微鏡與測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微器底座下設(shè)至少兩個銷釘，在托盤的定位點設(shè)相應(yīng)的銷釘孔；二是在測微器底座下裝設(shè)可使其吸坐在托盤上的磁性材料。
本裝置是用顯微鏡、測微器和托盤協(xié)同工作，共同完成結(jié)構(gòu)水平位移測量功能。顯微鏡分別將張線和垂直棱放大，其邊界清楚，測量時顯微鏡的十字絲分別能準確的瞄準張線的一個邊界和垂直棱，重合度很好，加上用高精度的測微器讀值，從而可以獲得0.01mm的分辨率和最大絕對誤差0.15mm的測量精度，優(yōu)于美國標準，更優(yōu)于極座標游標卡尺讀數(shù)器，完全滿足核電站安全殼的測量要求，當然更能滿足一般高聳大跨度結(jié)構(gòu)水平位移的測量要求。測讀方便，計算簡單，垂直棱不易被整體損壞，使用壽命長，裝置長期穩(wěn)定性好。
下面通過附圖和實施例進一步說明本裝置的技術(shù)特征、使用方法和效果。


圖1是極座標游標卡尺讀數(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-測微器；8-定位孔；d、g-弧長；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和測微器7即可。缺口為正方形(也可為圓形)，其1/2邊長(或半徑)略大于張線的預(yù)期水平位移(20mm)?；鶞饰锸枪潭ㄔ谕斜P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。
選用上海光學儀器廠的15J測量顯微鏡，將其目鏡筒和測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絲，可放大25倍，可作為本裝置所說的顯微鏡。測微器量程為50mm，分度值為0.01mm。將它們安裝在托盤4上時，以顯微鏡能清楚瞄準張線時，其調(diào)焦范圍的中點作為在托盤上的安裝定位點。這種定位點在x方向和y方向各取一處。
在測微器的底座下有2個銷釘，在托盤的2個定位點各有2個銷釘孔8，安裝時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結(jié)構(gòu)的參考點，并使安裝在被測結(jié)構(gòu)上某一測點的張線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。所說參考點與被測結(jié)構(gòu)相對固定即測點發(fā)生位移時該點不動，可在被測結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)置參考點。
測量時將顯微鏡和測微器先在y方向定位，轉(zhuǎn)動游標讀數(shù)輪，調(diào)整顯微鏡的焦距，使其十字絲交點對準被放大25倍的錐體5的垂直棱的邊界，記錄游標讀值，再單方向轉(zhuǎn)動游標讀數(shù)輪，使十字絲交點對準被放大25倍的張線的一個邊界，記錄游標讀值，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，用同樣的方法測得y方向的位移初始值y0。
考慮到結(jié)構(gòu)位移觀測雖斷續(xù)進行但延續(xù)時間很長，如核電站安全殼在役檢測可長達數(shù)十年。因此，顯微鏡和測微器不與托盤固定連接。測量初始位移后，可以且應(yīng)將顯微鏡和測微器從托盤取下妥為保存。下一次測量時，再安裝在托盤上，用同樣的方法測得x1和y1,ΔX=X1-X0,Δy=y1-y0，即為該時間段的水平位移值。這種只是簡單的相減計算使得大部分固有系統(tǒng)誤差得到抵消，從而提高測量精度。
其余測點的初始位移以及各測點后續(xù)各時間段的位移測量都是如此進行。
實施例2在測微器的底座下安裝永磁鐵，測量時將其吸坐在托盤的定位點。其余同實施例1。
實施例3為模擬核電站安全殼結(jié)構(gòu)在役檢測，用一級塊規(guī)(精度0.2μ)推移張線，模擬測點的水平位移，分五級把位移加至5mm，然后分五級又把位移減少至零，利用實施例1或2所說裝置測量，在每級位移到達后，由三名試驗人員分別操作。測試結(jié)果，最大分散值為0.130mm，最大偏差值為0.117mm，結(jié)果優(yōu)于用極座標游標卡尺讀數(shù)器作相同模擬測量而得的相應(yīng)數(shù)據(jù)0.395mm和0.314mm。因此，即使以用本裝置測量的最大分散值0.130mm為精度指標，也能滿足美國標準的要求。
權(quán)利要求1．結(jié)構(gòu)水平位移觀測裝置，包括一個可以安裝在對被測結(jié)構(gòu)來說是相對固定點的托盤(4)，它有一個通過測點張線(1)的缺口，缺口附近的托盤上有測量基準物，其特征是a．所說托盤上的基準物有一個，它是一個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)和螺旋測微器(7)，它們在托盤(4)上相互垂直安裝，前者在上，后者在下，用螺絲把顯微鏡(6)固定在螺旋測微器(7)的滑塊上；c．以所說顯微鏡能清楚瞄準張線(1)時，其調(diào)焦范圍的中點作為它們在托盤(4)上的安裝定位點，這樣的定位點在x方向和y方向各取1個；d．所說基準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，其特征是螺旋測微器(7)的底座下有至少2個銷釘，在托盤(4)的定位點有相應(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任何一項所說的裝置，其特征是所說基準物是有一條銳角垂直棱的三棱錐體(5)。
專利摘要結(jié)構(gòu)水平位移觀測裝置,包括一個可以安裝在相對固定點的托盤4,托盤4有一個通過張線1的缺口和一個作為測量基準的三棱錐體5。顯微鏡6和測微器7相互垂直安裝在托盤上,其定位點是顯微鏡6能清楚瞄準張線時的調(diào)焦范圍的中點,并在x方向和y方向均可定位。該裝置可用于測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,最大絕對誤差0.15mm,優(yōu)于美國相關(guān)標準,測讀方便,長期穩(wěn)定性好。
文檔編號G01B11/02GK2335122SQ9820833
公開日1999年8月25日 申請日期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 申請人:冶金工業(yè)部建筑研究總院