專利名稱：監(jiān)測高速鐵路結(jié)構(gòu)物沉降的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于測繪科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及高速鐵路結(jié)構(gòu)物的沉降監(jiān)測設(shè)備。
背景技術(shù)：
我國鐵路正在實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，新建高速客運(yùn)專線和改造既有鐵路提速建設(shè)方興未艾。高速行車要求線路結(jié)構(gòu)提供高平順性的軌道系統(tǒng)。如何精確的監(jiān)測結(jié)構(gòu)物的沉降變形成為了高速鐵路的關(guān)鍵技術(shù)問題。傳統(tǒng)的沉降變形監(jiān)測設(shè)備主要有兩大類一是常規(guī)的測量設(shè)備(大地測量與攝影測量)；二是物理學(xué)傳感器設(shè)備。常規(guī)的測量設(shè)備具有測量精度高、資料可靠等優(yōu)點(diǎn)，但又有觀測工作量大、效率低，受氣候影響大，不易實(shí)現(xiàn)連續(xù)和自動(dòng)化監(jiān)測，并要求監(jiān)測點(diǎn)與基點(diǎn)通訊等缺點(diǎn)。物理學(xué)傳感器如沉降測試儀器，如剖面沉降儀、磁環(huán)沉降儀、電測桿式沉降儀等雖有體積小、壽命長、測量方法簡便、采集資料可靠等優(yōu)點(diǎn)。但是，其觀測工作量大、抗震動(dòng)能力低、受氣候影響大且不易實(shí)現(xiàn)連續(xù)和自動(dòng)化監(jiān)測，在精度上也很難滿足客運(yùn)專線沉降觀測的要求。而電子水準(zhǔn)儀和全站儀，雖能精確測試地基建筑物沉降變形，但需要設(shè)置地面基準(zhǔn)點(diǎn)，且受氣候環(huán)境因素影響極大，嚴(yán)重影響現(xiàn)場測試精度。綜上所述，需要開發(fā)一種高精度、受環(huán)境影響小、測試方法簡單、能滿足在結(jié)構(gòu)物沉降變形的精確測試設(shè)備。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是提供一種監(jiān)測高速鐵路結(jié)構(gòu)物沉降的設(shè)備，它能實(shí)現(xiàn)高速鐵路結(jié)構(gòu)物沉降的自動(dòng)化連續(xù)監(jiān)測，該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、成本低、精度高、受環(huán)境影響小能在惡劣環(huán)境下進(jìn)行監(jiān)測。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是一種監(jiān)測高速鐵路結(jié)構(gòu)物沉降的設(shè)備，其特征在于儲液器上部有密封蓋，儲液器中下部裝有傳壓液，儲液器上部通過氣管與壓力變送器的壓力引入端一相連，儲液器的下部通過傳壓管與壓力變送器的壓力引入端二相連，壓力變送器的電信號輸出端與數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)電連接，數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)與控制中心通訊。本實(shí)用新型的使用方法如下A、設(shè)備安裝將所述的儲液器底部用膨脹螺絲固定在待測沉降面上，壓力變送器固定在基準(zhǔn)樁或零沉降處；B、監(jiān)測首先數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)及控制中心讀取壓力變送器的初始電信號讀數(shù) R0 ；在監(jiān)測過程中，連續(xù)讀取壓力變送器的電信號讀數(shù)氏，下標(biāo)i為數(shù)據(jù)讀取次數(shù)的序號；C、待測沉降面高度的計(jì)算當(dāng)壓力變送器為線性傳感器時(shí)，第i次讀數(shù)對應(yīng)的待測沉降面的高度值Si為=Si =kRi+b，式中，k、b分別為一次項(xiàng)和常數(shù)項(xiàng)的擬合系數(shù)，通過室內(nèi)儀器標(biāo)定確定，為擬合系數(shù)，通過室內(nèi)儀器標(biāo)定確定；當(dāng)壓力變送器為非線性傳感器時(shí)，第i次讀數(shù)對應(yīng)的待測沉降面的高度值Si則為-.S1 = k.Rf+k^+b , k^k^b 二次項(xiàng)、一次項(xiàng)和常數(shù)項(xiàng)的擬合系數(shù)，均通過室內(nèi)儀器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)并利用最小二乘法確定；D、得出待測沉降面的沉降值第i次讀數(shù)對應(yīng)的待測沉降面的沉降值A(chǔ)hi,由下式得出Ahi = ItiSi-It0S0式中，Iti為第i次讀數(shù)時(shí)的溫度ti對應(yīng)的總修正系數(shù)，Iti = span {Imti，Ilti，IytJ ； Ifflti> Ilti、Iyti分別為第i次讀數(shù)時(shí)的溫度ti所對應(yīng)的液體密度修正系數(shù)、管路長度修正系數(shù)和壓力變送器空載修正系數(shù)，span{Ifflti, Ilti，IytJ為Imti、Ilti, Iyti張成的線性空間；E、數(shù)據(jù)處理控制中心將儲存每次監(jiān)測到的待測沉降面的沉降值A(chǔ)hi,并進(jìn)行處理后畫出待測沉降面的位移時(shí)程曲線。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是1、根據(jù)液體壓強(qiáng)與液面高度成正比的原理，當(dāng)壓力變送器固定于基準(zhǔn)樁上，基準(zhǔn)樁垂直位置固定不變，而固定于待測沉降面上的儲液器則隨沉降面的沉降一起沉降，使儲液器的液面與壓力變送器間的高度差也隨之發(fā)生變化，也即從壓力變送器的壓力引入端二引入的液壓壓強(qiáng)發(fā)生變化。而壓力變送器的壓力引入端一引入的為密封的氣體壓強(qiáng)，保持不變。壓力變送器檢測出兩端壓力差的變化，并據(jù)以輸出電信號讀數(shù)。該電信號讀數(shù)再經(jīng)過標(biāo)定、擬合及溫度等因素校正后，即可精確得出待測沉降面的沉降值。從而本實(shí)用新型巧妙地利用壓力變送器與密封的儲液器之間的垂直位置變化，實(shí)現(xiàn)了對沉降面的連續(xù)自動(dòng)室外監(jiān)測。2、該設(shè)備通過密封容器的液面沉降來實(shí)現(xiàn)鐵路沉降面的沉降監(jiān)測，將外界環(huán)境的干擾影響降至最低，同時(shí)通過對溫度的校正補(bǔ)償，使本實(shí)用新型的沉降測試更加精確可靠， 其精度高達(dá)0.01mm。3、該設(shè)備的傳感部分僅由儲液器、壓力變送器及連接管路構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，維護(hù)容易，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。4、由于有溫度補(bǔ)償機(jī)制，因此本實(shí)用新型可適用于高溫差地區(qū)沉降測試，當(dāng)傳壓液采用防凍液時(shí)，則可用于高寒地區(qū)使用。能實(shí)現(xiàn)環(huán)境惡劣地區(qū)沉降的精確測試。5、測試量程可調(diào)，量程范圍大?？赏ㄟ^控制初始安裝液面高差調(diào)節(jié)量程，亦可通過調(diào)整壓力變送器參數(shù)達(dá)到控制調(diào)節(jié)量程的目的。6、使用該設(shè)備進(jìn)行測試的方法簡單，連續(xù)自動(dòng)進(jìn)行，穩(wěn)定性好，測試信號傳輸至室內(nèi)控制中心，可實(shí)現(xiàn)高速鐵路結(jié)構(gòu)物沉降的無人長期自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)測。上述的壓力變送器安裝在保護(hù)罩中。這樣進(jìn)一步降低了外界對測試的干擾和影響，提高了測試精度，也提高了壓力變送器的使用壽命。上述的密封蓋與儲液器之間設(shè)有密封圈。上述的傳壓液表面加注硅油。這樣可降低傳壓液的蒸發(fā)，減少設(shè)備的維護(hù)成本，降低了設(shè)備的維護(hù)頻率。上述的傳壓液為蒸餾水或防凍液。這樣常溫監(jiān)測時(shí)使用蒸餾水可降低成本，使用
4防凍液則可在高寒地區(qū)進(jìn)行監(jiān)測。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出，本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
為，一種監(jiān)測高速鐵路結(jié)構(gòu)物沉降的設(shè)備，其特征在于儲液器9上部有密封蓋5，儲液器9中下部裝有傳壓液8，儲液器9上部通過氣管2與壓力變送器4的壓力弓I入端一相連，儲液器9的下部通過傳壓管3與壓力變送器4的壓力引入端二相連，壓力變送器4的電信號輸出端與數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)15電連接， 數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)15與控制中心16通訊。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與控制中心間的通信可以采用有線，也可采用無線方式進(jìn)行。如可采用成熟的GPRS無線通信方式進(jìn)行。本例的壓力變送器4安裝在保護(hù)罩11中。密封蓋5與儲液器9之間設(shè)有密封圈 6。本例的傳壓液8表面加注硅油7。傳壓液8為蒸餾水或防凍液。使用本實(shí)用新型設(shè)備對高速鐵路結(jié)構(gòu)物沉降進(jìn)行監(jiān)測的方法如下A、設(shè)備安裝將所述的儲液器9底部用膨脹螺絲固定在待測沉降面18上，壓力變送器固定在基準(zhǔn)樁17或零沉降處；B、監(jiān)測首先數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)15及控制中心讀取壓力變送器4的初始電信號讀數(shù)Rtl ；在監(jiān)測過程中，連續(xù)讀取壓力變送器4的電信號讀數(shù)氏，下標(biāo)i為數(shù)據(jù)讀取次數(shù)的序號；C、待測沉降面高度的計(jì)算當(dāng)壓力變送器為線性傳感器時(shí)，第i次讀數(shù)對應(yīng)的待測沉降面的高度值Si為=Si =kRi+b，式中，k、b分別為一次項(xiàng)和常數(shù)項(xiàng)的擬合系數(shù)，通過室內(nèi)儀器標(biāo)定確定，為擬合系數(shù)，通過室內(nèi)儀器標(biāo)定確定；當(dāng)壓力變送器為非線性傳感器時(shí)，第i次讀數(shù)對應(yīng)的待測沉降面的高度值Si則為-.S1 = k.Rf+k^+b , k^k^b 二次項(xiàng)、一次項(xiàng)和常數(shù)項(xiàng)的擬合系數(shù)，均通過室內(nèi)儀器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)并利用最小二乘法確定；D、得出待測沉降面的沉降值第i次讀數(shù)對應(yīng)的待測沉降面的沉降值A(chǔ)hi,由下式得出Ahi = ItiSi-It0S0式中，Iti為第i次讀數(shù)時(shí)的溫度ti對應(yīng)的總修正系數(shù)，Iti = span {Ifflti, Ilti，IytJ ； Ifflti> Ilti、Iyti分別為第i次讀數(shù)時(shí)的溫度ti所對應(yīng)的液體密度修正系數(shù)、管路長度修正系數(shù)和壓力變送器空載修正系數(shù)，span{Ifflti, Ilti，IytJ為Imti、Ilti, Iyti張成的線性空間；E、數(shù)據(jù)處理控制中心將儲存每次監(jiān)測到的待測沉降面的沉降值A(chǔ)hi,并進(jìn)行處理后畫出待測沉降面的位移時(shí)程曲線，即沉降時(shí)間曲線。[0048]本實(shí)用新型在實(shí)施時(shí)，為了更好的減少溫度等外界影響，可將傳壓管3埋入土中。本實(shí)用新型使用的壓力變送器4可以采用各種現(xiàn)有的壓力變送器。如可選用 SE133型壓力變送器，該變送器工作原理為利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)和微機(jī)械加工技術(shù)，在單晶硅片的特定晶向上，用擴(kuò)散的半導(dǎo)體工藝制做一惠斯登電橋，形成敏感膜片，當(dāng)受到外力作用時(shí)產(chǎn)生微應(yīng)變，電阻率發(fā)生變化，使橋臂電阻發(fā)生變化(一對變大一對變小)激勵(lì)電壓信號輸出，經(jīng)過計(jì)算機(jī)溫度補(bǔ)償、激光調(diào)阻、信號放大等處理手段和嚴(yán)格的裝配檢測、標(biāo)定等工藝，生產(chǎn)出具有標(biāo)準(zhǔn)輸出信號。在實(shí)施時(shí)，對于所有的接頭都做防水處理，為了實(shí)現(xiàn)長期監(jiān)測，設(shè)備外表需做防腐蝕處理。
權(quán)利要求1.一種監(jiān)測高速鐵路結(jié)構(gòu)物沉降的設(shè)備，其特征在于儲液器(9)上部有密封蓋(5)， 儲液器(9)中下部裝有傳壓液(8)；儲液器(9)上部通過氣管( 與壓力變送器的壓力引入端一相連，儲液器(9)的下部通過傳壓管(3)與壓力變送器的壓力引入端二相連；壓力變送器(4)的電信號輸出端與數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)(1 電連接，數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng) (15)通過與控制中心(16)通訊。
2.如權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測高速鐵路結(jié)構(gòu)物沉降的設(shè)備，其特征在于所述的壓力變送器(4)安裝在保護(hù)罩(11)中。
3.如權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測高速鐵路結(jié)構(gòu)物沉降的設(shè)備，其特征在于所述的密封蓋(5)與儲液器(9)之間設(shè)有密封圈(6)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測高速鐵路結(jié)構(gòu)物沉降的設(shè)備，其特征在于所述的傳壓液(8)表面加注硅油(7)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測高速鐵路結(jié)構(gòu)物沉降的設(shè)備，其特征在于所述的傳壓液(8)為蒸餾水或防凍液。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種監(jiān)測高速鐵路結(jié)構(gòu)物沉降的設(shè)備，設(shè)備的儲液器上部有密封蓋，儲液器中下部裝有傳壓液，儲液器上部通過氣管與壓力變送器的壓力引入端一相連，儲液器的下部通過傳壓管與壓力變送器的壓力引入端二相連，壓力變送器的電信號輸出端與數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)電連接，數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)與控制中心通訊。本實(shí)用新型設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，精度高，操作方便，使用它可實(shí)現(xiàn)環(huán)境惡劣地區(qū)高速鐵路結(jié)構(gòu)物沉降的長期自動(dòng)化監(jiān)測。
文檔編號E01B35/12GK201972063SQ20112006581
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月14日
發(fā)明者宋苗苗, 廖超, 張文超, 王武斌, 白皓, 蘇謙, 趙偉, 黃俊杰 申請人:西南交通大學(xué)