[发明专利]一种挠度自动测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及挠度测量研究领域，特别涉及一种挠度自动测量装置及其测量方法。

背景技术

目前，桥梁荷载试验中有一项重要内容就是结构在荷载作用下的变形（挠度）测量，该指标反映结构的刚度特性。目前挠度测试主要分为以下几类：

1、水准仪或全站仪。其原理是在结构体上预先布置若干固定测点，将其中一点置于某不动点或相对不动点上，然后根据水准测量原理，在每次加载后用水准仪读取各处塔尺的标高，前后相减后即得到该处的挠度。优点是可以进行多点测量，无需安装基座或支架，设备携带量少。缺点是测量精度低，一般能精确到0.1mm；且测量可视度与精度受环境影响大；人工读数和人工扶尺容易造成人为误差；多点测量时，转站点多，工作量大，耗时巨大造成经济成本增加。

2、接触式位移计。如百分表、千分表、拉线位移计、滑线变阻式位移计等。位移计测量精度高，可以达到0.01~0.001mm。仪器体积小，携带方便。但测量时必须提供固定参考点或者支架，在某些跨河跨江桥或者高架桥梁上几乎无法适用。

3、非接触式激光位移计。这是一种光电装置，利用投影原理非接触测量物体尺寸。精度可达0.01mm,且操作方便。这种测量方式主要缺点在于设备价格昂贵，操作复杂。且对于跨河跨江桥或高架桥梁，由于无法找到合适的固定参考点而无法适用。

4、连通液位计。其测量原理是根据连通管水位总保持在同一平面上，根据变形前后水位的变化推求结构挠度。这个技术具有不受多方位变形及桥梁现场的高程、高湿和浓雾等的影响，能实现多点挠度检测，适用范围广，性价比高等优点。但是目前使用过程中，采用该方法的装置同样存在一定的缺点，例如专利号为01209421.8的专利，该专利采用在直管上安装标尺进行人工读数，因此这种仪器精度不超1mm。而对于采用光电传感器进行读数的，如专利号为200320127308.X、200420013598.X的专利，由于水面张力的影响以及无任何放大功能，其精度和稳定性同样令人怀疑。另外专利号为201120026894.3、200810237453.0、200810237454.5、200910273439.0、200920005141.7的这些专利，均是利用微压传感器或者压力变送器来测量水柱压力，因为水柱压力变化极其微小，且连通器在多个管分压后，水压力更小，因此很难达到理想精度要求。还有利用浮力或浮子进行液面位移的转换，通过弹性元件或光电传感器感应浮力变化或者浮子位移如201110204309.9，201120258359.0，这种方式存在二次转换的问题，还有浮子的摩擦和垂直等问题，因此其精度和线性也是无法满足现有应用的要求。

由此可见，由于没有将液面位移或压力或浮力进行放大，直接测量这些量，即使采用很精密的光栅传感器、光电传感器或者微压传感器，其精度都很难满足桥梁挠度测量的要求。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种挠度自动测量装置，该装置封装性好，可抗风、抗雨，且携带方便，操作简单，可广泛用于建筑、工程、护坡、基坑等土木工程的施工过程竖向位移测量，更可以适用于结构静、动态检测中的结构短期挠度测量，也可以作为既成结构的长期挠度测量的基本工具。本发明还给出了一种基于上述装置的挠度自动测量方法，该方法整合连通管和应变测量技术，通过测量测管内液体的重量来实现挠度的测量，测量精度高。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种挠度自动测量装置，包括外框、竖管、软管和力传感器，竖管位于外框内正中央，与力传感器下端固结，力传感器上端通过万向头与外框连接，外框上部设置一用于固定万向头的承力杆；万向头与力传感器铰接；竖管底部一侧设一进水孔，进水孔与软管相连，软管水平放置在外框底部框架上，软管另一端和外部进水管相连，在其相连处设置有一用于控制软管导通的阀门。

优选的，所述万向头为凹球槽与球体进行铰接的结构。可以使力传感器和竖管在小角度范围内自由转动调平。

为了使测管和力传感器重力线与地面垂直，在外框上方正中可设置一水准泡，以保证本装置预先垂直于地面。

更进一步的，所述水准泡的位置通过设置于外框四周的调平螺丝来进行调节。在测量前，通过外框四周的调节螺丝使水准泡位于中央而使外框重心线与地面垂直，而竖管的垂直则通过万向头自动予以调整，测量过程中一般无须再次人工调平。

优选的，所述软管通过三通接头与外部进水管连接，另一接头接一竖直的、用于在测量前观察初始水位的透明管。当初始水位与竖管初始线基本处于同一水平面时，可以通过开关导通软管和外部进水管进行测量。