专利名称：不均匀挠曲和/或凹陷检测器以及结构的检测方法
技术领域：
本发明涉及一种不均匀挠曲和/或凹陷检测器。
本发明还涉及检测结构的不均匀挠曲和/或凹陷的方法。
本发明具体涉及检测在地质工学上所遇到的某种不均匀变形以及隧道内部的形状变化，跟踪结构的几何稳定性。
“不均匀凹陷”一词是指例如地面上某点处相对于另外的点不均匀地下陷之类的应变或者变形，当然实例完全不仅限于此。
该方法提供了一种所谓的“总延伸量检测法(long-base detection)”，即该方法的所测量的不是某点处的局部变形而是总的变形量沿模型长度上的总变形量，或者是利用外推法求得的在待测结构上模型所不能直接测出的总长度上的总变形量，这种总变形影响结构。
对该已知方法的实施所需的现场初步安装步骤相对较多，在许多情况下，安装需要十分精确，特别是模型内光学纤维的安装。
根据本发明，不均匀挠曲和凹陷检测器的特征在于包括(1)、一组(至少两个)通过连接装置相互连接的部件，该组部件组装成与待测结构的表面形状相配，以检测该结构的挠曲和/或凹陷；
(2)、用于检测两个相邻部件之间相对角位移的检测装置。
由于仅需要将检测器固定在待测结构的表面，本发明的检测器安装简单。例如在许多情况下，仅仅利用夹持器就可以完成检测器的安装。在极端的情况下，例如当在固定模式下，或自用结构夹持器来完成安装时，只需要将检测器放置在待测结构的表面，该过程在几十秒钟内即可完成。在一些特殊场合这是很重要的，例如有可能在放射性的情况下使用本检测器。
本发明的检测器发送与相邻部件连接处的角度相应的信号，根据该信号即可得到局部变形量以及变形后待测结构的形状。它还能以已知的总延伸量检测法计算出待测结构一定长度上的总变形量。总延伸量检测法的原则是在民用工程建筑上，用数学意义上的总应变积分更能代表处于这样或那样局部测量的应变情况下的结构的危险性。
根据本发明的第二方面，提供了一种检测不均匀挠曲或凹陷的方法。该方法的特征在于沿待测结构表面的至少一部分上安装几个通过连接装置相互连接的部件，检测相邻部件之间的角位移。
本发明其他优越之处将在下面详细描述，实施例不限于此。
每个部件1分别包括具有平面形状的基板4，铰链轴3基本在基板4的表面上并且使基板4相互对准，基板4因而可以共同应用，使其下支承面6与容易挠曲的结构表面相接触。
每个部件1均呈L形，L形的一侧凸缘由基板4组成，L形的另一侧凸缘7从基板4的支承面6上垂直凸起，且所有的凸缘7是共面的。每个凸缘7设有相对于各自的基板4的平面斜倾设置的端面8，以使两个相邻的部件1相对的端面8形成一个凹槽9，该凹槽当所有的基板4共面时呈V形，该凹槽9的设置使得部件1在端面8从原始基板4共面的情况下产生相对移动时可绕着铰链轴3彼此旋转。
每个基板4包括将部件1固定在结构表面的装置，在实施例中，每个基板4包括两个设置在每个部件1长度方向上中间位置的孔11，两孔11之间的距离与部件1的长度方向相平行，优选的实施例中，每一部件两孔11设置在与部件1两端等距的中间位置上，因而两孔11间的距离与整个部件的长度相比相对较小。
如图4所示，孔11的设置使得检测器能固定在结构(此处是横梁12)，使基板4的支撑面6与结构凸起表面或者是在挠曲情况下容易凸起的表面13相接触。
为此，实施例中采用了固定部件14(图中未详细示出)，可选螺栓或螺杆。
由于两个固定部件14分别与每个部件1的孔11相应，因而基板4的支撑面6与横梁表面13在每一部件1的中间位置处相切，这将使得基板4沿着虚线更真实地反映表面13的曲线轮廓。因此，部件1应该设置成不易于随着结构的弯曲而弯曲，部件1的L形使得部件1不易于弯曲。
在一些情况下，检测器需要安装在非平面的表面上，或者是安装在表面不是十分平坦的平面上。因此，如
图1所示，基板4还可以包括一个或多个可调的支撑部件16(仅在一个部件上示出了一个)。每个支撑部件16可以包括螺栓17，螺栓可以或多或少的旋入基板4的螺纹孔中，因此，支撑面18伸出表面6的长度可以调节。在实际安装中支撑部件16可以调整使得每个部件都在结构表面上保持固定状态。
检测两个相邻部件1之间的角位移的检测装置19的主体21固定在部件1的凸缘7上，其可移动端22固定在相邻的部件1的凸缘7上。相邻的两个凸缘7上的角位移检测装置19的主体21和可移动端22的线23从铰链2的铰链轴3延伸一段距离。换而言之，线23与轴3并不相交。
检测角位移是沿着线23进行的。因此，通过检测沿着相邻两个部件1之间沿线23上的距离改变便可以检测角位移。
检测装置19优选DE3902997专利中公开的传感器或者是日本专利JP6291249中公开的传感器，根据上述专利，铸件21内装有两组形成回路的光学纤维。其中一组相对于铸件是固定的；一组是可滑动的，内装有传感器的可滑动端22。光学纤维的一端24来自光源26，另一端27与探测器所接收光强度的装置28相连。当相邻的部件1之间的角度发生变化时，传感器可移动端22相应于主体21产生位移，这将引起21内光学纤维的弯曲部分的曲率的变化，从而引起光学纤维内光衰减的变化，这种变化将由装置28来检测。
装置28检测到的光强度的变化以数字形式传送到处理单元29，处理单元在显示屏31上显示结构表面13变形后的轮廓32或者进一步以参数的形式输出结果。例如结构表面13沿着长度方向上不同点处的位移测量或者还进一步的相应点处的应力值。
图2示出了本发明的检测器可以仅利用夹持器33快速地安装在结构12上，例如，每个检测器的部件1使用了一个夹持器33。此安装可以在几十秒钟之内完成。
图3示出了部件1的长度可以不同，将非常短的部件安装在预计的高应力区域，或者是应力集中的区域，例如，横梁12的支柱附近或者是横梁12的施加外力的区域。图3也示出了检测器10的可以只安装在梁12上的一部分或带测的其他结构的一部分上，例如可以将检测器10安装在应力最大的区域。横梁12其它部分的应力可以利用外推法从检测器所检测区域的变形来推出。
图5示出了检测器10也可以安装在凹面或者是在应力作用下易于变凹的面34上。在这种情况下，最好选用装置36(图中未详细示出)来固定部件1，装置36与铰链2匹配，这种方式使得部件1上特别是基板上远离铰链2的区域，由于凹度的作用与结构表面34相离直至所需的距离。
不论是在哪种安装方式下，铰链轴3与预期的应变或变形产生的曲线的轴心相平行。
如图6所示的实施例，检测器10安装在隧道42的侧壁41的内表面上以及隧道拱顶的内表面43上，且检测器沿着横截面设置。
如图7所示的实施例，检测器10安装在地面44上。检测器10依靠重力的作用固定在地面44上，部件要制造的足够重以便部件1与地面44充分接触，在该实施例中，检测器10不需要采用固定装置。
当然，本发明不限于上述实施例所描述的内容。
尽管由于可靠性和稳定性的考虑而优选光纤来检测部件之间的位移，其它角位移的检测方式也可以考虑。
铰链也可以用活动连接替换，例如弹性连接。
权利要求
1.一种不均匀挠曲和/或凹陷检测器，其特征在于包括一组至少两个通过连接装置(2)相互连接的部件(1)，该组部件组与待测不均匀挠曲和/或凹陷的结构(12)表面(13，34)的形状相配；和用于检测两个相邻部件(1)之间相对角位移的检测装置(19)。
2.如权利要求1所述的检测器，其特征在于角位移的检测装置(19)包括检测上述两个部件上两点之间距离的装置，上述两点置于一线(23)上，该线(23)从连接装置(2)的轴(3)延伸一段距离。
3.如权利要求2所述的检测器，其特征在于所述距离检测装置(19)至少包括一条有效安装在所述两点的光学纤维(24，27)之间。
4.如权利要求1-3之一所述的检测器，其特征在于每个部件(1)包括固定基板(4)和从上述基板竖起的凸缘(7)；其中连接装置(2)在基板板(4)附近连接相邻的两个部件(1)；角位移的检测装置(19)连接到部件凸缘(7)上。
5.如权利要求1-4之一所述的检测器，其特征在于所述检测器还包括将每个部件固定在待测结构上的固定装置(11)，该固定装置设置在部件两端间的中间位置上。
6.如权利要求5所述的检测器，其特征在于所述固定装置(11)设置成使得部件(1)与待测结构(12)的表面(13)相切。
7.如权利要求5或6所述的检测器，其特征在于所述固定装置(11)包括两个独立的部分，其基本沿着部件顺序方向隔开一段距离设置。
8.如权利要求1-7之一所述的检测器，其特征在于在相邻两个部件(1)的连接装置(2)的部分，该检测器还包括用于固定一组部件(1)的固定装置(36)。
9.如权利要求1-8之一所述的检测器，其特征在于所述检测器在部件(1)顺序方向上，部件至少有两种不同的长度。
10.如权利要求1-9之一所述的检测器，其特征在于至少在一个部件(1)上设置可调的支承部件(16)，用于稳定待测结构(12)的支承。
11.一种检测结构不均匀挠曲和/或凹陷的方法，其特征在于沿待测结构(12)表面(13，34)的至少一部分上安装几个通过连接装置(2)相互连接的连续部件(1)；检测两个连续部件之间的角位移。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于将检测器安装在易于凸起的表面(13)上的步骤，包括使部件(1)的中间部分与表面(13)相切。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于利用两个固定装置(14)固定每一部件(1)的步骤，其中沿部件(1)顺序方向基本排列固定部件。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于在连接装置(2)附近将一组部件(1)固定到结构(12)上。
15.如权利要求11-14之一所述的方法，其特征在于利用快速夹紧装置，例如夹持器(33)将一组部件(1)固定在表面(13，34，44)上；或者仅利用重力的作用将一组部件(1)压在表面(44)上。
全文摘要
本发明涉及一种检测方法，该方法包括通过将每一部件的基板(4)施压于结构的表面，以将一组部件(1)固定在待测结构上，部件(1)之间通过铰链(2)相互连接，部件(1)之间的角位移由检测装置(19)来检测。将检测装置接收到的信号通过处理单元(29)作处理。本发明特别适合于预制和预缆(pre－cabled)检测器的简单安装。
文档编号G01M5/00GK1425126SQ0180825
公开日2003年6月18日 申请日期2001年4月17日 优先权日2000年4月17日
发明者伯纳德·胡达克 申请人:伯纳德·胡达克