一種用于測量結構豎向位移的連通管式靜力水準儀的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于測量結構豎向位移的連通管式靜力水準儀，包括水平底座(11)、與之垂直設置的豎直底座(10)；所述豎直底座(10)設置有一豎向連通管(6)和兩套斜向連通管，底部通過柔性管(14)相互連通；其中，第一斜向連通管(71)和第二斜向連通管(72)之間錯開一定高度；所述斜向連通管包括復數根直管，以及連通相鄰兩根直管的柔性管(8)；每根直管軸線與水平面的夾角α大小相等。本發明實現了將傳統的豎向連通管傾斜至與水平面成一可控的角度，利用三角函數關系，將傳統豎向連通管中液面的豎向位移放大成斜向連通管中液面延斜向連通管軸線的位移。再調節上述角度，即可控制液面位移的放大倍數。
【專利說明】一種用于測量結構豎向位移的連通管式靜力水準儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及建筑結構位移測量【技術領域】，特別是涉及一種用于測量結構豎向位移的高精度連通管式靜力水準儀。
【背景技術】
[0002]在大型橋梁和大跨度房屋結構的變形測試中，結構的位移是評估結構健康狀況和性能的重要參數。結構各點的位移不僅可以直接反映結構的豎向整體剛度、各點位移的變化，還可以反映結構剛度的變化。位移測量被認為是實際結構測試中判斷結構狀況的最重要最準確的指標，能直接判斷結構處于線彈性或者非線性狀態。
[0003]國內外結構位移測量的方法很多，常見有以下幾種:百分表測量法、全站儀法、傾角儀法、連通管法、光電法、高速線陣CCD法等。很多方法存在的問題是結構下需要給測量儀器一個基準支撐點，因而不需要上述支撐點的測量方法能更廣泛應用于一些測量條件復雜的測試情況，例如橋梁下有河流無法安裝百分表等的測量情況。
[0004]其中連通管式靜力水準儀歷史最為悠久，早在公元前四世紀就已經有它的工程應用。只是受需求的限制，連通管式靜力水準儀的發展一直很緩慢。進入20世紀，為了滿足以高能粒子加速器為代表的大型高精度工程的需求，連通管式靜力水準儀才有了一次快速發展。
[0005]現有的連通管式靜力水準儀常用觀測方法有目視法和目視接觸法等。目視法就是人員到現場，觀測帶有刻度的玻璃管中液面的高度，精度在Imm左右。目視接觸法就是在目視法基礎上，通過一定的機械結構，加上放大鏡，放大鏡中接觸針針尖剛好接觸液面的時候讀取數據，最高精度可達0.01_。隨后出現了各種使用傳感器技術從而能夠遙測的連通管式靜力水準儀。
[0006]現有各種常用的靜載下結構豎向位移測量方法中，沒有一個能同時滿足廉價、操作方便、精度高、受環境限制少(特別是結構測量點下沒有用來固定儀器的支撐點的情況)的要求。
【發明內容】
[0007]針對上述現有技術存在的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種用于測量結構豎向位移的連通管式靜力水準儀，既能滿足市場上對價格便宜、結構簡單、操作方便的需求,也同時具備精度高,環境適應性好等的特點。
[0008]為達到上述目的，本發明采取的技術方案是:一種用于測量結構豎向位移的連通管式靜力水準儀，包括一水平底座、與之垂直設置的豎直底座；
[0009]所述豎直底座設置有一豎向連通管和兩套斜向連通管，底部通過柔性管相互連通；其中，第一斜向連通管和第二斜向連通管之間錯開一定高度；
[0010]所述斜向連通管包括復數根直管，以及連通相鄰兩根直管的柔性管；每根直管軸線與水平面的夾角α大小相等；所述夾角Ct = arcsink (其中，k = Δ LI/Δ L2, Δ LI為豎向連通管內液面上升高度，AL2為斜向連通管內液面沿斜向連通管軸線的移動距離)。
[0011]進一步的，所述水平底座上設置有圓水準器和管水準器，用于調節底座水平。
[0012]進一步的，所述柔性管為橡膠管。
[0013]進一步的，所述斜向連通管中直管的內徑小于等于2mm。
[0014]本發明具有以下顯著優點:將傳統的豎向連通管傾斜至與水平面成一可控的角度，利用三角函數關系，將傳統豎向連通管中液面的豎向位移放大成傾斜連通管中液面沿傾斜連通管軸線的位移。再調節上述角度，即可控制液面位移的放大倍數。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是結構豎向位移測量平面示意圖；
[0016]圖2是本發明連通管式靜力水準儀立體結構示意圖。
[0017]圖中:1_連通管式靜力水準儀，2-結構豎向位移，3-基準桶，4-結構，5-結構支承，6-豎向連通管，71-第一斜向連通管，72-第二斜向連通管，8-橡膠管，9-液面高度，10-豎直底座，11-水平底座，12-圓水準器，13-管水準器，14-橡膠管，α -直管軸線與水平面的夾角。
【具體實施方式】
[0018]下面結合【具體實施方式】及附圖，對本發明做進一步的詳細說明。
[0019]參照圖1、圖2所示，一種用于測量結構豎向位移的連通管式靜力水準儀，包括豎向連通管6和兩套斜向連通管，斜向連通管中的相鄰兩直管之間由橡膠管8相連。豎向連通管6和兩套斜向連通管底部由橡膠管14相連，以保證上述三套連通管中液面處于同一高度。
[0020]第一斜向連通管71和第二斜向連通管72之間被錯開一高度，以保證兩套斜向連通管中至少有一套液面處于直管有刻度處。豎直底座10和水平底座11制作垂直，使用前將水平底座11調節水平。圓水準器12和管水準器13配合腳螺旋使用，分別用來調節水平底座11的粗平和精平。
[0021]連通管式靜力水準儀I通過橡膠管14與結構4旁無位移處的基準桶3相連。
[0022]兩套斜向連通管中的直管軸線分別與水平面呈一定角度α，豎向連通管6內液面上升高度ALl與斜向連通管內液面移動距離AL2之間的關系為:
[0023]AL2 = Λ Ll/sin α
[0024]而對于α角度的確定則依據如下公式:
[0025]a = arcsink
[0026]其中k= AL1/AL2，也即豎向連通管6中液面豎向位移的放大倍數的倒數，可根據需要取值。例如，取豎向連通管6中液面豎向位移的放大倍數為10，則a = arcsin0.1，約等于5.7°。
[0027]讀數時先讀取豎向連通管6處讀數，然后讀取斜向連通管處讀數。位移前后的讀數差即為結構豎向位移2。控制斜向連通管中直管的內徑(如2_)，可以使得在液體表面張力下，液面幾乎垂直于直管軸線，以方便讀數。
[0028]綜上所述的本發明具體實施例僅為本發明優選的實施方式，并非用于限定本發明保護范圍的限制。因此，任何在本發明的技術特征之內所作的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于測量結構豎向位移的連通管式靜力水準儀，其特征在于，包括水平底座(11)、與之垂直設置的豎直底座(10)； 所述豎直底座(10)設置有一豎向連通管(6)和兩套斜向連通管，底部通過柔性管(14)相互連通；其中，第一斜向連通管(71)和第二斜向連通管(72)之間錯開一定高度； 所述斜向連通管包括復數根直管，以及連通相鄰兩根直管的柔性管(8);每根直管軸線與水平面的夾角α大小相等；所述夾角ct = arcsink (其中，k = Δ LI/Δ L2, Δ LI為豎向連通管內液面上升高度，AL2為斜向連通管內液面沿斜向連通管軸線的移動距離)。
2.根據權利要求1所述的一種用于測量結構豎向位移的連通管式靜力水準儀，其特征在于，所述水平底座(11)上設置有圓水準器(12)和管水準器(13)。
3.根據權利要求1所述的一種用于測量結構豎向位移的連通管式靜力水準儀，其特征在于，所述柔性管為橡膠管。
4.根據權利要求1所述的一種用于測量結構豎向位移的連通管式靜力水準儀，其特征在于，所述斜向連通管中直管的內徑小于等于2mm。
【文檔編號】G01B13/02GK104197892SQ201410455325
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月9日 優先權日:2014年9月9日
【發明者】周云, 李凌圳, 劉俊逸, 閻瑞, 蔣運忠, 其他發明人請求不公開姓名 申請人:湖南大學