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专利名称：利用液压和温度测量竖直位移的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测及监测桥梁挠度、地面沉降、楼宇下沉和移动的位移检测和监测的 测量方法及装置，尤其是利用水平液面作为参考平面的自动竖直位移测量方法及装置。
背景技术：
检测桥梁挠度、地面沉降、楼宇下沉在现代路桥、建筑中起着重要的作用。现有技术中， 用于检测及监测桥梁挠度、地面沉降的方法和装置较多。但是，大都没有考虑环境温度对测 量系统的影响，因而存在测量精度不高的问题。例如CN101055218 (专利申请号为 200710103777.0)公开了一种"桥梁挠度和位移的监测装置及监测方法"，它是利用摄像头视 频采集设备实时采集的直圆管或直圆杆与等效直线圆杆或等效直线圆管的图像数据，并经过 计算机处理后计算出桥梁待检测位置的垂向和/或纵向位移，其存在的不足在于对于大型和特 大型桥梁不适用，精度受光线、温度等因素干扰。CN1651855 (专利号为200510020375.5)公 开的"二维、大量程激光挠度/位移测量方法及装置"，它通过控制可控阻尼铰链结构使反映 被测结构位置的激光光束水平射到光斑接收测量装置上形成光斑，经摄像设备对光斑和标记 成像，再计算激光光斑的重心位置和发光二极管像的相对距离，获得目前光斑的坐标，把坐 标减去初始值，即获得目前光斑的位移值，得出被测结构的二位位移，该装置的激光光束只 能水平射到光斑接收测量装置上，因此激光发射器和光斑接收测量装置必须处于同一水平线 上；对于存在倾角的场地无法使用，安装和使用的范围有限，即使是在水平面上安装，要求 激光光束完全水平射到光斑接收测量装置的调试和操作也很困难；其次，该装置在进行基准 调试时必须很严格地调整摄像设备和屏幕的位置，使处于屏幕四个角的标记刚好进行摄像范 围，操作和调整的要求高，再次该装置只能放于固定地点且激光发射器必须向下安装作监测 之用，不能任意更换摆放位置，无法完成对不同要求的被测点的检测。
由此可见，现有技术关于挠度/位移测量的方法和装置，虽然利用图像信息系统能够对桥 梁挠度和地面沉降等进行位移测量，但均没有考虑温度因素对测量精度的影响，由于温差变 化而产生的测量误差无法避免，同时对于光线干扰较强时也不能正常使用。因此，现有测量 方法和装置存在使用范围受限，没有克服由于温差对测量精度的影响，制约其在检测及监测 桥梁挠度、地面沉降和楼宇下沉等方面的真正推广和应用。

发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种能够克服环境温度对测量精 度的影响，不受光线干扰影响的利用液压和温度测量竖直位移的方法及装置。
本发明的目的是这样实现的利用液压和温度测量竖直位移的方法，其特征在于，在n
个相同的盛液管内底部分别设有压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器通
过电路与计算机系统相连；所述n个盛液管底部通过软管连通，其中一个盛液管竖向设于基
准点，其余盛液管分别竖向设于多个待测点；
根据各待测点竖直位移变化情况，其盛液管液体深度随之增加或减少； 各压力传感器将测得的当前压力Fo、 Ft、 F2、…Fn输入计算机系统； 各温度传感器将测得的当前温度T()、 T。 T2、…Tn输入计算机系统 计算机系统根据液体温度T和该温度下的液体密度P ,并利用公式F= P gL，计算各盛
液管的液体深度L。、 L" L2、…L,、，以及各待测点与基准点进行比较的竖直高差ALn，并进行
分析比较即可测得待测点的竖直位移变化情况；
其中，n为正整数，F为压力，P为当前温度下液体的密度，g为重力常数9.8, L为液体深度。
进一歩，所述计算机系统根据测量计算的待测点的竖直位移和振动情况，画出分析图表 或位移的长期走势图。
本发明利用液压和温度测量竖直位移的装置，包括多个盛液管，各盛液管底部通过软管 依次连通；盛液管内底部分别设有压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器 通过电路与计算机系统相连。进一步，还设有由盛液容器、控制开关和出液管构成的液体自 动补充装置。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果-
1、 本发明方法考虑环境温度对测量精度的影响，通过压力传感器测量液压柱的变化，并 通过不同温度下的液体密度进行换算，具有测量精度高的特点；同时不受光线干扰影响。
2、 本发明装置采用普通的直通管作盛液管，由软管连通；压力和温度传感器采用成熟的 普通元件，不需要使用成本较高的光学设备和复杂仪器，具有结构简单，安装、调试方便， 可靠性好的特点；而且成本较低。
3、 本发明装置自动化程度高，操作简便，便于观察。
4、 可同时测量多点位移的变化情况，而且可以灵活增、减测量点。
45、 根据测量的需要，通过选择不同长度的竖向盛液直管改变测量范围；同时，可根据量 程改变A/D转换器以保证测量精度不变。
6、 采用超低功耗设计并具备液体自动补充器和通信功能，可长期无人值守工作，并能及 时将测量信号传送到监测站；温度自动补偿和零点自稳定得以实现，从而大大提高测量精度； 具有测量精度高，使用范围广，可用于短期、长期、远距离检测及监测桥梁、地面、楼宇等 竖直位移检测和监测。


图1是本发明利用液压和温度测量竖直位移装置的结构示意图。 图2是图1中任一盛液管部件的放大图。 图3是本发明一种具体使用方式的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
一种利用液压和温度测量竖直位移的方法，是在多个相同的盛液管内底部分别设有压力 传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器通过电路(附控制处理器)与计算机系 统相连；所述多个盛液管底部通过软管连通，其中一个盛液管竖向设于基准点，其余的盛液 管分别竖向设于各待测点；
根据各待测点竖直位移变化情况，其盛液管液体深度随之增加或减少； 各压力传感器将测得的当前压力F()、 F,、 F2、…F。输入计算机系统； 各温度传感器将测得的当前温度To、 T,、 T2、…Tn输入计算机系统； 计算机系统根据液体温度T和该温度下的液体密度P，利用公式F=PgL，计算各盛液 管的液体深度Lo、 L,、 L2、…L。，以及各待测点与基准点进行比较的竖直高差ALn，并进行分 析比较即可测得待测点的竖直位移变化情况；
其中，P为当前温度下液体的密度，g为重力常数9.8。
本发明方法根据预先设定的测量周期进行自动测量，并将测量结果由计算机计算并显示； 计算机对采集到的压力信号进行预处理后，根据当前温度的高低，结合液体在各温度点的密 度进行传感器距离液面位置的运算，并与系统开始时的初始液位值进行比较，计算出各待测 点相对于固定点的竖直位移大小，并加以存储，必要时将测量数据传送至远方的监测站；根
据存储的数据，可以测量出待测点的竖直位移大小和振动情况，方便地得出分析图表，画出位移的长期走势。
参见图1和图2，实现利用液压和温度测量竖直位移方法的装置，包括多个(如三个至数
十个，根据需要确定)盛液管1，各盛液管1底部通过软管6依次连通；盛液管1内底部分别
设有压力传感器2和温度传感器3，所述压力传感器2和温度传感器3通过电路4与计算机系 统5相连；所述盛液管l为直通管，可设上盖，直通管的上部设有与大气相通的气孔。
另外，还设有由盛液容器7、控制开关8和出液管9构成的液体自动补充装置，控制开关 8与计算机系统相连。当任一盛液管内液面低于设定值时，液体自动补充装置的控制开关8 开启，向任一盛液管1内补充适当液体。本发明采用液体自动补充装置，当液体蒸发到一定 程度后，位置较高的点获得的压力会较低，可以设定一个最小阈值，当液面较低时，自动进 行液体的补充。
参见图3，使用本装置测量桥梁或地面竖直位移的一种具体实施例将任一个盛液管l
固定于不动的A点作为参考点(基准点)，其余的各盛液管l竖向固定于待测点，由于各盛液 管l底部相互连通，其液面必然处于同一水平面，因此该液面可以作为一个测量参考面。各 待测点由于发生竖向位移变形至B、 C和D点后，相应位置的盛液管1内液体深度增加或减 少，各压力传感器将测得的当前压力Fw F,、 F2、…F。输入计算机系统；各温度传感器将测 得的当前温度To、 T,、 T2、…Tn输入计算机系统；计算机系统根据液体温度T和该温度下的 液体密度P，利用公式F=PgL，计算各盛液管的液体深度L。、 L,、 L2、 Ln，并将各待测 点与参考点(基准点)进行比较，得到竖直高差AL,、 AL2、 AL3和ALn，并进行分析比较 即可测得待测点的竖直位移变化情况；从而得到待测点与参考点的竖直位移，并加以存储。 必要时将测量数据传送至远方的监测站；根据存储的数据，可以测量出待测点的竖直位移大 小和振动情况，方便地得出分析图表，画出位移的长期走势。
本发明通过压力传感器测得的压力来获知当前传感器与液面的距离的方法为获知当前 的压力F和液体温度T，通过当前温度下的密度/ ，根据F^PgL计算得到液体深度L。
由于每个测量点的水平位置不同，而液面处于同一水平位置，因此，压力传感器距离液 面的深度不同，将每个测量点测得的L赋给该点的L。，即可利用上述方法得到每点相对于固 定参考点的竖直位移。
压力传感器和温度传感器获得的信号可以通过可编程仪表放大器和高精度的A/D转换器， 并且通过单片机和接口电路与计算机系统相连，可以方便地调整信号采集和测量频率、量程 和精度，因此使用调试方便，不仅能够测量各点间的静态竖直位移，当釆集和测量频率较高 时，还能测量各点间的动态竖直位移和竖向振动。
权利要求
1、利用液压和温度测量竖直位移的方法，其特征在于，在n个相同的盛液管(1)内底部分别设有压力传感器(2)和温度传感器(3)，所述压力传感器(2)和温度传感器(3)通过电路(4)与计算机系统(5)相连；所述n个盛液管(1)的底部通过软管(6)依次连通；将其中任一盛液管(1)竖向设于基准点，其余盛液管(1)分别竖向设于多个待测点；根据各待测点竖直位移变化情况，其盛液管(1)液体深度随之增加或减少；各压力传感器(2)将测得的当前压力F0、F1、F2、…Fn输入计算机系统(5)；各温度传感器(3)将测得的当前温度T0、T1、T2、…Tn输入计算机系统(5)；计算机系统(5)根据液体温度T确定该温度下的液体密度ρ，并利用公式F＝ρgL计算各盛液管(1)的液体深度L0、L1、L2、…Ln，以及各待测点与基准点的竖直高差△Ln，并进行分析比较即可测得各待测点的竖直位移变化情况；其中，n为正整数，F为压力，ρ为当前温度下液体的密度，g为重力常数9.8，L为液体深度。
2、 根据权利要求1所述利用液压和温度测量竖直位移的方法，其特征在于，所述计算机 系统(5)根据测量计算的待测点的竖直位移和振动情况，画出分析图表或位移的长期走势图。
3、 实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于，包括多个盛液管(1)，各盛液管(1) 底部通过软管(6)依次连通；盛液管(1)内底部分别设有压力传感器(2)和温度传感器(3)，所述压力传感器(2)和温度传感器(3)通过电路(4)与计算机系统(5)相连。
4、 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还设有由盛液容器(7)、控制开关(8) 和出液管(9)构成的液体自动补充装置。
全文摘要
本发明提供一种利用液压和温度测量竖直位移的方法及装置，是在n个相同的盛液管内底部分别设有压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器通过电路与计算机系统相连；所述n个盛液管下部或底通过软管连通，其中一个盛液管竖向设于基准点，其余盛液管分别竖向设于多个待测点；计算机将各待测点与基准点液面高差ΔLn进行比较，并分析即可测得待测点的竖直位移变化情况。本发明方法考虑环境温度对测量精度的影响，通过压力传感器测量液压柱的变化，并通过不同温度下的液体密度进行换算，具有测量精度高的特点；同时不受光线干扰影响。本发明装置具有结构简单，安装、调试方便，可靠性好的特点；而且成本较低。
文档编号G01B13/02GK101446486SQ200810233389
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月17日 优先权日2008年12月17日
发明者周建庭, 蓝章礼 申请人:重庆交通大学