[發明專利]懸臂差動式地裂縫位移測試儀

在審

• 申請號: 201310565427.1
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103604360A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 徐繼山;董青紅;徐繼朋
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

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

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

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。

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。

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。

附圖說明

圖1為安裝部分，各數字表示組成測試儀的部分，具體是：Ⅰ-基座，Ⅱ-懸臂，Ⅲ-位移傳動放大器，Ⅳ-位移傳感器，Ⅴ-接觸桿，Ⅵ-電源，Ⅶ-電腦。

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。

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。

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

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10m2）。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。

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l₀，電阻傳感器感應位移為l_s，傳感器電阻為R，電阻率為ρ，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；

l_s=i⁴l₀，

R=ρl_s/S=ρi⁴l₀/S，

因此，地裂縫的實際位移為：l₀=RS/(ρi⁴)。