[發明專利]一種提高結構沉降監測精度的方法

有效

• 申請號: 201210427715.6
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN102927966A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 李讓坤;王鵬軍;劉偉;羅洪;徐淑正;楊華中
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01C5/04
• 分類號: G01C5/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 樓艮基

技術領域

本發明涉及一種應用于結構沉降監控的高精度監測方法，屬于結構健康監控和傳感器應用領域。

背景技術

橋梁、房屋、道路、地面、船體、飛機機身等結構在受到負載及外力作用時，會產生一定的沉降形變。通過對于結構各處的沉降的精確測量，可以對結構的健康狀態及安全性能進行監控。

現有的結構沉降測量方法一般采用一個液體連通管連通各處監測點的液體壓力傳感器，液體連通管的一端連接著一個液面保持器，通過測量液體壓力傳感器的壓強值計算出傳感器與液面保持器的基準液面的高度差，從而實現測量目的。該方法有以下缺點：液體壓力傳感器的量程必須覆蓋全部監測點的壓強變換范圍，必須選擇大量程的壓力傳感器，測量精度相對較低，同時需要對每次測量的結果進行繁瑣的偏置校準。

發明內容

一種提高結構沉降監測精度的方法，其特征在于，依次含有以下步驟：

步驟（1），構造一個結構沉降監測系統：

所述結構沉降監測系統含有：被監測結構（1）、液體連通管（2）、液面保持器（3）、測量液體（4）、支撐桿件（5）、液壓平衡管（6）以及液體壓力傳感器（7），其中：

被監測結構（1），是包括橋梁、房屋、道路、底面、船體、飛機機身在內的多種結構中的任何一種，被監測結構（1）上設有多個監測點（9），在所述被監測結構（1）的每個監測點（9）的位置通過支撐桿件（5）固定支撐一個所述液體壓力傳感器（7）和一個所述液壓平衡管（6），

液體連通管（2），分以下三類：

第一類所述液體連通管（21），有一根，一端和所述液面保持器（3）的底部相連通，

第二類所述液體連通管（22），有多根，一端通過液體連通管轉接頭（8）和第一類液體連通管（21）連通，另一端和述所述液體壓力傳感器（7）的第二接口（72）相連通，

第三類所述液體連通管（23），有多根，一端和所述液壓平衡管（6）的底部相連通，另一端和所述液體壓力傳感器（7）的第一接口（71）相連通，

測量液體（4），是具有固定密度和非揮發特性的液體，所述測量液體（4）通過所述液體連通管（2）在液面保持器（3）、液體壓力傳感器（7）和液壓平衡管（6）之間流通，

液體壓力傳感器（7），包括第一接口（71）、第二接口（72）和傳感片（73），所述第一接口（71）或第二接口（72）向所述傳感片（73）兩邊輸送測量液體（4），以便所述傳感片（73）測量其兩邊測量液體（4）的壓強差，

液壓平衡管（6），是一個上端開口的柱狀容器，內部容納所述測量液體（4），將測量液體（4）通過第三類液體連通管（23）輸送到所述液體壓力傳感器（7）的第一接口（71），

液面保持器（3），是一個直徑大于所述液壓平衡管（6）和液體連通管（2）的直徑的柱狀容器，上端有一個通氣孔，所述液面保持器（3）內部容納所述測量液體（4），將測量液體（4）通過第一類液體連通管（21）和第二類液體連通管（22）輸送到所述液體壓力傳感器（7）的第二接口（72），所述液面保持器（3）固定在被監測結構（1）之外的位置，不隨被監測結構（1）的沉降而沉降，

步驟（2），依次按以下步驟監測所述被監測結構（1）的各個監測點（9）的沉降高度H：

步驟（2.1）被監測結構（1）的偏置校正，

在靜止狀態下，所述被監測結構(1)的各個監測點（9）的沉降為零，依次向所述液面保持器（3）和各個液壓平衡管（6）中注入所述測量液體（4），使各個液壓平衡管（6）內的液面高度和液面保持器（3）內的液面高度相等，此時液體壓力傳感器（7）的傳感片（73）兩邊的壓強差為零，

在沉降情況下，按以下公式計算所述被監測結構（1）的各個監測點（9）的沉降高度H：

H=S/(ρg)米，

其中S為所述液體壓力傳感器（7）的傳感片（73）兩邊的壓強差，單位為帕斯卡，ρ為所述測量液體（4）的密度，單位為千克/米3，g為重力加速度常量，單位為米/秒2。

同現有的技術相比，本發明采用一個固定的液面保持器作為基準液面，同時通過在液體壓力傳感器一端加入液壓平衡管抵消了傳感片兩邊固有的壓強差偏置，從而結構監測可以采用量程小精度高的液體壓力傳感器，提高結構沉降監測的精度，檢測過程只需進行一次初始化偏置校準。本發明可以實現結構沉降的多點同時高精度監測，并可以長期、穩定的工作，有利于實現結構沉降監測的自動化和網絡化。

附圖說明

圖1是本發明提出的提高結構沉降監測精度的方法的示意圖；