一种用于测量竖向微变形量的试验标定系统及其标定方法与流程

本发明涉及微变形位移量试验标定领域，具体涉及的是一种用于测量竖向微变形量的试验标定系统及其标定方法。

背景技术：

随着社会的发展，人们对大型、高层建筑物的振动、变形的监测要求越来越高，尤其是火灾中建筑倒塌监测预警对监测手段的实时性与非接触性要求很高。而与此同时，由于建筑物体积和高度的不断变大，传统的测量手段已经不能很好地满足变形监测的要求。近年来，微波干涉测量技术以其特有的“非接触性”与“实时性”等优势，逐步成为人们对大型、高层建筑物进行非接触式变形监测的手段之一。此外，激光全站仪等基于激光测距的技术手段也在测量领域应用广泛。

在发生火灾时，火场产生的烟气、高温以及火对建筑构件的燃烧都会对建筑结构进行破坏，使建筑发生一定的变形，当变形达到一定程度，建筑将发生倒塌，这将严重威胁到火场中消防救援人员的生命安全。微变形雷达监测系统、激光全站仪等非接触式设备可对其进行实时测量，但火灾发生后会在一定范围内产生火焰和高温烟气，而且由于建筑物燃烧介质的种类复杂和燃烧不完全，会有烟颗粒物，火焰、高温烟气、烟颗粒物是否对测量有所影响，这就需要进行微变形位移量标定试验来验证，而火灾时建筑构件的变形可分解为水平变形和竖向变形，因此，就可以设计一种用于验证火焰、高温烟气、烟颗粒物对竖向微变形位移量测量是否有所影响的试验标定系统。

综上，如何设计一种能有效满足要求的测量微变形位移量的试验标定系统，便成为本领域技术人员亟需解决的问题之一。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于测量竖向微变形量的试验标定系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于测量竖向微变形量的试验标定系统，包括用于发射测量信号和接收反射信号的发射装置，与发射装置相向设置并用于反射测量信号的反射装置，以及设置在发射装置和反射装置之间并用于产生烟火干扰测量信号的火焰发生装置；所述反射装置包括支撑架，设置在支撑架上的竖向调节底座，以及安装在竖向调节底座上的反射器；所述竖向调节底座包括安装在支撑架上的固定基座，与固定基座连接并以连接处为轴可转动的活动基座，与活动基座固定连接的滑槽固定部，与滑槽固定部连接的安装部，设置在滑槽固定部侧面的调节机构，以及与固定基座和活动基座连接并用于控制活动基座转动的角度调节机构；所述安装部用于安装反射器，所述滑槽固定部设置有滑槽，所述安装部设置有与滑槽相匹配的凸脊，所述调节机构用于控制安装部沿滑槽移动。

具体的，所述角度调节机构包括与活动基座固定连接的第一连接块，与固定基座固定连接的第二连接块，连接第一连接块和第二连接块的连接螺杆，以及设置在连接螺杆上的第一调节螺母、第二调节螺母和第三调节螺母；所述第一连接块和第二连接块相对应位置设置有与连接螺杆相匹配的通孔，所述连接螺杆穿过通孔并沿通孔可以移动，所述连接螺杆在第一连接块一侧的端部设置有用于防止连接螺杆脱出第一连接块通孔的挡块，所述第一调节螺母和第二调节螺母依次设置在第一连接块和第二连接块之间，所述第三调节螺母位于第二连接块远离第一连接块一侧。

具体的，所述调节机构为调节杆，所述凸脊上和调节杆的端部设置有相互匹配传动螺纹，所述调节杆与凸脊上的传动螺纹齿合并用于控制安装部沿滑槽移动，所述调节杆设置有锁止开关。

具体的，所述安装部上设置有用于安装反射器的安装螺栓，所述安装螺栓为四颗。

进一步的，所述滑槽固定部侧面设置有测量刻度，所述安装部在滑槽固定部设置有测量刻度的对应位置设置有对齐刻度。

具体的，所述固定基座和活动基座为轴销结构连接，所述滑槽为燕尾槽，所述活动基座和滑槽固定部之间设置有连接板，所述滑槽固定部与连接板固定连接，所述活动基座与连接板通过螺栓固定连接。

优选的，所述反射器为角反射器。

具体的，所述发射装置为雷达发射装置或激光测距装置中的一种。

具体的，所述支撑架为三脚架。

基于前述内容，本发明还提供了用于测量竖向微变形量的试验标定系统的标定方法，包括以下步骤：

(1)将发射装置和反射装置间隔一定距离相向设置，间隔距离为0～500m，并将发射装置的发射面和反射器调整到同一水平高度；

(2)开始无烟火状态下试验系统的标定，在发射装置和反射装置端同步记录和采集无烟火状态下的初始数据，通过调节杆调节反射器位移，再在发射装置和反射装置端同步记录和采集反射器的水平位移数据；

(3)对比分析数据，根据对比分析结果调整试验设备，直到完成试验系统在无烟火状态下的标定；

(4)在发射装置和反射装置之间放置火焰发生装置，并启动火焰发生装置产生干扰烟火；

(5)在发射装置和反射装置端同步记录和采集有烟火状态下的初始数据，通过调节杆调节反射器位移，再在发射装置和反射装置端同步记录和采集反射器在有烟火状态下的位移数据；

(6)重复步骤(5)记录和采集在有烟火状态下反射器不同位移的多组位移数据。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明设置竖向调节底座，通过竖向调节底座调节反射器位移来模拟火灾状况下建筑物的变形，在发射装置和反射装置之间设置火焰发生装置，通过火焰发生装置产生烟火来模拟火灾状况下的火焰、高温烟气、烟颗粒物，通过多组数据的记录测量，最终通过对记录的测量数据的分析来确定火灾状况下的火焰、高温烟气、烟颗粒物对测量的影响。

本发明的竖向调节底座通过在滑槽固定部上设置滑槽，安装部通过凸脊安装在滑槽固定部上，凸脊上设置传动螺纹，通过与调节杆端部的传动螺纹齿合来控制安装部沿滑槽移动，调节杆设置有锁止开关，在调节好安装部位移后锁定锁止开关，使得安装部保持在设定的位移不会在滑槽内自动滑落；滑槽为燕尾槽能有效避免安装部脱出滑槽；滑槽固定部侧面的测量刻度和安装部的对齐刻度配合，能够精确调整安装部沿滑槽的位移，并且位移数据方便读取记录；活动基座以连接处为轴可转动，因此安装在安装部上的反射机构能够方便的调节竖直方向的角度；角度调节机构通过设置连接螺杆和第一调节螺母、第二调节螺母和第三调节螺母并且第一调节螺母和第二调节螺母依次设置在第一连接块和第二连接块之间，第三调节螺母位于第二连接块远离第一连接块一侧，因此调整好活动基座的竖直角度后，通过将第一调节螺母、第二调节螺母和第三调节螺母拧到合适位置能够让活动基座保持在调整好的角度。

本发明的反射器为角反射器，在使用雷达发射装置时，对反射的雷达信号有增强作用。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图2为本发明的反射装置示意图。

图3为本发明的竖向调节底座结构示意图。

图4为本发明的竖向调节底座安装反射器的示意图。

图5为本发明的竖向调节底座安装反射器的主视图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-发射装置，2-反射装置，3-火焰发生装置，4-支撑架，5-竖向调节底座，6-反射器，7-固定基座，8-活动基座，9-滑槽固定部，10-安装部，11-调节机构，12-凸脊，13-第一连接块，14-第二连接块，15-连接螺杆，16-第一调节螺母，17-第二调节螺母，18-第三调节螺母，19-安装螺栓，20-连接板。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不仅限于以下实施例。

如图1～5所示，一种用于测量竖向微变形量的试验标定系统，包括发射装置1、反射装置2、火焰发生装置3；其中，所述反射装置1包括支撑架4，设置在支撑架4上的竖向调节底座5，以及安装在竖向调节底座5上的反射器6；所述竖向调节底座5包括安装在支撑架4上的固定基座7，与固定基座7连接并以连接处为轴可转动的活动基座8，与活动基座8固定连接的滑槽固定部9，与滑槽固定部9连接的安装部10，设置在滑槽固定部9侧面的调节机构11，以及与固定基座7和活动基座8连接并用于控制活动基座8转动的角度调节机构；所述角度调节机构包括与活动基座8固定连接的第一连接块13，与固定基座7固定连接的第二连接块14，连接第一连接块13和第二连接块14的连接螺杆15，以及设置在连接螺杆15上的第一调节螺母16、第二调节螺母17和第三调节螺母18。

发射装置1用于发射测量信号和接收反射信号，反射装置2与发射装置1相向设置并用于反射测量信号，火焰发生装置3设置在发射装置1和反射装置2之间并用于产生烟火干扰测量信号；所述安装部10用于安装反射器6，所述滑槽固定部9设置有滑槽，所述安装部10设置有与滑槽相匹配的凸脊12，所述调节机构11用于控制安装部10沿滑槽移动，调节机构11为调节杆，所述凸脊12上和调节杆的端部设置有相互匹配传动螺纹，所述调节杆与凸脊12上的传动螺纹齿合并用于控制安装部10沿滑槽移动，调节杆设置有锁止开关；所述第一连接块13和第二连接块14相对应位置设置有与连接螺杆15相匹配的通孔，所述连接螺杆15穿过通孔并沿通孔可以移动，所述连接螺杆15在第一连接块13一侧的端部设置有用于防止连接螺杆15脱出第一连接块13通孔的挡块，所述第一调节螺母16和第二调节螺母17依次设置在第一连接块13和第二连接块14之间，所述第三调节螺母18位于第二连接块14远离第一连接块13一侧；所述安装部10上设置有用于安装反射器6的安装螺栓19，所述安装螺栓19为四颗；所述滑槽固定部9侧面设置有测量刻度，所述安装部10在滑槽固定部9设置有测量刻度的对应位置设置有对齐刻度；所述固定基座7和活动基座8为轴销结构连接，所述滑槽为燕尾槽；所述活动基座8和滑槽固定部9之间设置有连接板20，所述滑槽固定部9与连接板20固定连接，所述活动基座8与连接板20通过螺栓固定连接；所述反射器6为角反射器；发射装置1为雷达发射装置且为两台波束角度不一样的雷达发射装置，雷达波束角度分别为3°～5°和30°，雷达发射装置为自带有数据采集电脑的成套设备；火焰发生装置3为油盘，油盘大小为50cm*50cm，燃料为正庚烷；所述支撑架为三脚架。

本实施例用于测量微变形位移量的标定试验系统的标定方法，包括如下步骤：

(1)将雷达发射装置和反射装置2间隔一定距离相向设置，间隔距离为0～500m，并将雷达发射装置的雷达发射面和角反射器调整到同一水平高度；

(2)开始无烟火状态下试验系统的标定，在雷达发射装置和反射装置2端同步记录和采集无烟火状态下的初始数据，通过调节杆调节角反射器的位移，再在雷达发射装置和反射装置2两端同步记录和采集角反射器的位移数据；

(3)对比分析数据，根据对比分析结果调整试验设备，直到完成试验系统在无烟火状态下的标定；

(4)在雷达发射装置和反射装置2之间放置油盘，并点燃油盘产生干扰烟火；

(5)在雷达发射装置和反射装置2两端同步记录和采集有烟火状态下的初始数据，通过调节杆调节角反射器位移，再在雷达发射装置和反射装置2两端同步记录和采集角反射器在有烟火状态下的位移数据；

(6)重复步骤(5)记录和采集在有烟火状态下角反射器不同位移的多组位移数据。

分别用两种波束角度的雷达发射装置进行标定试验，能更好的消除设备误差和验证不同波束范围的雷达波的测量效果，发射装置也可以采用激光测距装置，当采用激光测距装置时，反射器可以用普通的平板反射器即可。雷达发射装置的雷达发射面和角反射器须在同一水平高度，如果不在同一水平高度，可用角度测量仪测量二者之间的夹角，然后换算成水平分量；雷达测量的是目标沿其径向的位移，而建筑结构在火灾里面很多指标是水平和竖直分量，需要换算。需要注意的是，雷达测量的是目标在tn+1和tn时刻之间的位移变化量，而不是绝对值。同步测量时，发射装置和反射装置两端各站1人，各持秒表1个，同步记录和采集数据。在试验时如果火焰高度较低，没有在发射装置和反射装置之间形成明显干扰，可以增大油盘，尽量在无风干扰的环境中进行试验，必要时可以在隧道中或室内进行标定试验，火焰发生装置也可以采用其它形式的。

本发明的竖向调节底座5使用时，通过调节杆来控制安装部10在滑槽固定部9的滑槽内上下移动，从而控制角反射器在竖直方向的位移，当需要调节角反射器在竖直方向上的角度时，通过调节第三调节螺母18到相应位置，再调节第二调节螺母17夹紧第二连接块14，再调节第一调节螺母16抵紧第一连接块13，即可将活动基座8保持在标定试验所需角度。

本发明的工作原理：通过竖向调节底座调节反射器垂直位移和竖直方向角度来模拟火灾状况下建筑物的变形，通过火焰发生装置产生烟火来模拟火灾状况下的火焰、高温烟气、烟颗粒物；先在无烟火状态下对试验系统进行标定，确保系统正常，再通过对比有烟火状态下发射装置接收的反射信号所表示的位移数据与反射装置多方调节底座上的测量刻度读取的位移数据，如果两个数据一致，则表示火灾对测量结果无影响，如果两个数据不一致，则表示火灾对测量结果有影响，通过多组数据的对比分析来消除测量误差的影响，达到标定试验的目的。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。