懸臂差動式地裂縫位移測試儀的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種懸臂差動式地裂縫位移測試儀。本發明屬于地質災害與防治領域，它通過懸臂的方式跨越開裂對象（地裂縫）的兩側，將懸臂梁的一端固定于基座上，使用斜拉鋼絲以保證懸臂梁水平且穩固；在懸梁另一端安裝位移傳動裝置，該裝置由多個精密的雙聯齒輪嚙合成一體，以將由直條齒輪接收的位移微量放大至可感量程；調整傳動直條齒輪的位置和方向，可實現水平向、垂直向、裂縫走向3個方向的測試工作。該測試儀充分利用了齒輪傳動和位移傳感相關原理，可在有限的場地和較短時間內，將微位移（10-3mm或更小）的動態情況反映出來，具有結構簡單、安裝輕便、測試精確、操作容易、成本低廉等特點，既能用于地裂縫、地面沉降等災害的測試與研究工作，也可用于建（構）筑物的監測、預警工作。
【專利說明】懸臂差動式地裂縫位移測試儀
【技術領域】
[0001]本發明屬于地質災害與防治領域，具體應用于地裂縫、地面沉降等災害的微變量位移的測試工作。
【背景技術】
[0002]現有的地裂縫監測裝置大致有以下幾種:①橫梁式(KHALID等，1999)，將橫梁架于裂縫兩側，通過觀測橫梁變形推算裂縫垂向活動情況；②立柱式(翟越等，2009)，將兩根立柱、一根橫梁安裝于裂縫兩側，通過滑輪連接傳感部件以觀測垂向、橫向活動情況；③懸錘式(王建秀等，2010)，由支架、滑輪、測繩、自進土錨等部件組成，通過角度盤讀數以推算地裂縫水平和垂向位移情況。這些監測裝置能在一定程度或精度上(0.1mm左右)反映地裂縫的活動情況，其缺點在于周期長、結構繁、精度低、不可存儲等方面；而地裂縫活動是長期、緩慢的地質過程(多年活動量為數厘米，每小時活動量為±0.001mm)，不利于實際測試工作進行，因此亟需一種周期更短、精度更高、分析更可靠的位移測試儀器。
【發明內容】
[0003]為解決同類儀器的諸多不足，本發明的目的在于以下幾點:一是精確、可度量，其關鍵問題在于如何將微變量的位移值精確、穩定地放大到有效感知量程；二是簡單、穩定性好，通過設計使結構盡可能簡單、合理，減少相互聯接以促進測量數值的穩定；三是動態、可分析，所要考慮該設計與其他相關產品(如傳感器)的兼容性，兼用其長、以化其難；四是輕便、適用廣，該 設計規格要小、方便攜帶，以滿足地裂縫的多點、多區、不定期地測量工作。
[0004]針對以上問題，本發明的設計方案是:一是基座支撐，該基座由矩形面狀鋼板制成，以4根鋼釬穿過四角，并深入地下，以確保整體的水平和固定；二是懸臂挑梁，懸臂由整根工字型碳鋼制成，并在其前端以斜拉鋼絲勒于后端支柱上，以確保懸臂的能負重、不變形；三是齒輪傳動，位移傳動裝置由多組(4組)雙聯齒輪嚙合而成，將位移的微變量值放大到百倍、千倍甚至更高倍數；四是電阻感應，位移放大裝置采用差動電阻感應器，并與電腦連接，以動態監測電阻(位移)隨時間的變化特征曲線；五是三向使用，安裝方向決定了測量方向，通過調整位移放大裝置的方向，以獲得地裂縫在垂向、橫向、走向三向活動情況。
[0005]與同類儀器相比，本發明更加貼近地裂縫的監測與測試任務，其優點可概括為結構簡單、測試精準、成本低廉、適用廣泛等主要特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1為安裝部分，各數字表示組成測試儀的部分，具體是:1-基座，I1-懸臂，II1-位移傳動放大器，IV -位移傳感器，V -接觸桿，V1-電源，νπ -電腦。
[0007]圖2為基座部分，各數字表示為--①-基座鋼板(矩形)，②-懸臂梁(條狀工型鋼)，③-立柱，④-鋼釬，⑤-斜拉鋼絲。
[0008]圖3為傳動(感)部分，各數字表示為:①-雙聯齒輪，②-傳動直條齒輪，③-聯系齒輪，④-傳感直條齒輪，⑤-電阻感應器，⑥-觸探基準，⑦-保護套，⑧-觀測孔，⑨-外殼。
[0009]圖4為探測部分，各數字表示為:①-傳動直條齒輪，②-鋼釬。各構件尺寸如圖標示為準。
【具體實施方式】
[0010]以地裂縫活動測試為例，其實施方式具體如下:首先，選擇裂縫兩側較為平整、穩固的區塊(面積至少為IOm2 )。其次，將4根鋼釬按照基座鋼板預留孔相對位置分布而錘擊、深入地下，以確保儀器整體的穩定；通過上、下螺母將基座鋼板固定于鋼釬上，調節螺母位置以確保基座板水平。再次，在懸臂梁一端安裝傳動部分，另一端固定于基座鋼板上，并將立柱旋緊、固定在基座板上，通過斜拉鋼絲將立柱與懸臂梁(遠端)連接，利用螺母旋緊，使鋼絲緊拉懸臂梁。又次，將觸探鋼釬插入地下一定深度，并與傳動直條齒輪收尾相連、扣在一起，以保證兩者聯為整體而不松動。最后，將傳動部分伸出的兩條線路，分別連接電源和電腦。測試時，應避免人車運動造成地面振動情況的發生，以減小人為干擾因素。
[0011]其相關計算如下:設雙聯齒輪直徑比為i (大齒直徑比小齒直徑)，地裂縫位移為1j電阻傳感器感應位移為Is，傳感器電阻為R，電阻率為P，截面面積為S。這樣，就可以得到如下公式:
傳動放大器的放大倍數為i4; ls=i4l0，
R=P 1s/S=p i4l0/S,
因此,地裂縫的實際位移為`=Itl=RS/(P i4)。
【權利要求】
1.懸臂差動式地裂縫位移測試儀由基座(I)、懸臂(II)、位移傳動放大器(III)、位移傳感器(IV)、接觸桿(V)、電源及電腦等7個主要部分組成。
2.根據上述權利要求的地裂縫位移測試儀，其特征在于基座(I)、懸臂(II)、接觸桿(V)由不宜變形的碳鋼制成。
3.根據上述權利要求的地裂縫位移測試儀，其特征在于位移傳動放大器(III)由多組雙聯齒輪嚙合聯系。
4.根據上述權利要求的地裂縫位移測試儀，其特征在于位移傳感器(IV)由差動電阻式部件構成。
【文檔編號】G01B7/02GK103604360SQ201310565427
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月14日 優先權日:2013年11月14日
【發明者】徐繼山, 董青紅, 徐繼朋 申請人:中國礦業大學