重力沉降倾斜振动监测仪及其使用方法与流程

本发明涉及一种长距离分段式建设的建筑物本体（如:电缆隧道、综合管沟、大型桥梁）的冲击振动幅度、垂直沉降距离、水平倾斜角度、水平相对位移的可持续可量化的在线测量产品，具体涉及一种重力沉降倾斜振动监测仪。

背景技术：

现有的长距离分段式建设的建筑物本体测量振动幅度、垂直沉降距离、水平倾斜角度、水平相对位移的技术方案主要包括以下几种：

1.隧道/桥梁静力水准仪/水平尺：多个静力水准仪的测压强腔体通过通液管串联联接至液位容器，由传感器测量，通过rs485信号传输到信号采集系统，通过压力监测过程的信号变化传输至信号采集系统，通过分析计算，随压力测量的变化而同步变化，由此测出各测点的压力变化量而分析地表的相对沉降高度。产品利用连通液的原理，多支通用连通管连接在一起的储液罐的液面总是在同一水平面，通过测量不同储液罐的液面高度与静力水准仪的基点（不动点）进行比对，通过公式计算可以得出各个静力水准仪的相对差异沉降量。该方式存在以下缺点：

1）连通管施工难度大，建设成本高，后期维护成本高，连通管需要采用全程密封管，维护考虑连通液的补充、污染、泄漏等问题。同时采用油液处理存在一定的安全隐患。

2）测量测量内容无法体现全局，情况，只能测量沉降。

2.隧道/建筑物分层沉降计：主要是用于基坑，边坡，坝体，地基采用直线传感器监测深部不同层位的沉降。安装采用钻孔预埋方式，即在拟观测处钻孔埋设于地基土体内。广泛应用于各种公路、铁路、堤坝地基压缩沉降测量和边坡位移变形监测。该方式存在以下缺点：

1）施工难度大，建设成本高，后期维护成本高，基准点需要在地基上钻孔深埋，维护考虑隐蔽连接杆的腐蚀、阻塞等问题，维护十分款能。

2）测量测量内容无法体现全局，情况，只能测量沉降。

3）隧道光纤振动监测系统/隧道光纤应力应变监测系统:利用激光、光纤传感和光通讯等技术，采集外部扰动信号影响到光纤本身，通过激光测量光纤本身的变动情况反应振动点的强度。广泛用于隧道、桥梁、周界等安全监控。该方案存在只能定性判断，通过应力或应变的变化，只能知道哪里发生了较大的变形，针对具体的变形幅度和规模，无法形成量化指标等缺点。且误报率高，小型动物触碰也能造成不可逆的应变报警。

技术实现要素：

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是现有的长距离结构环境监测设备存无法实时监测量，对测量每个监测分区的垂直沉降距离、倾斜角度、振动冲击、水平位移距离测量不够全面，且各测量值精度低等缺陷。

本发明的具体实施方案是：一种重力沉降倾斜振动监测仪，包括一横梁，所述横梁横跨建筑构件相的不同分区，所述横梁位于其中一个分区内的一端铰接于建筑构件且横梁下方固定连接有控制盒，所述控制盒内固定有二轴倾角传感器及拉绳位移传感器，所述横梁位于另一分区内的一端铰接有摆臂，摆臂上端铰接于另一分区的建筑构件上，摆臂的上端固定连接有定滑轮，所述拉绳位移传感器的拉绳穿过横梁上端并绕过定滑轮固定于建筑构件的另一分区上。

进一步的，所述控制盒上方设置有固定于横梁上的导轨滑轮，所述轨道滑轮包括一对滚轮，所述拉绳由从一对滚轮中部穿过。

进一步的，所述拉绳位于控制盒内的一端还固定有配重。

进一步的，所述控制盒内固定有与拉绳位移传感器及二轴倾角传感器连接的采集器，所述采集器经网络线路与工作站连接。

整体装置可连续分段安装，将每个左侧固定点作为下一个装置的右位移线的固定端，能够实现大范围内被监控设施的沉降、位移和冲击监控。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.结构简单:安装简单，整体设备可折叠，结构紧凑，安装简单。

2.易于安装:相对于现有的水准仪或光纤水平沉降仪，其施工要求很低，根据电缆隧道的特点，在电缆隧道本体的分接处安装即可。

3.可靠性高:材料选用不锈钢制作，防护等级ip66,抗腐蚀性强。

4.应用范围广:随着国家对地下管网的建设和管理需求越来越高。采用光纤式应变沉降，成本高，且只能知道应变发生，无具体的量化指标值。通过水准仪，又需要经常进行后期维护。采用本产品，克服了上述问题。对于施工的大桥，桥梁，涵洞，电缆隧道，综合管廊，重要大型设备。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明轨道轨道滑轮结构示意图。

图3为本发明布局示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1～3所示，一种重力沉降倾斜振动监测仪，包括一横梁10，所述横梁10横跨建筑构件相的不同分区，本实施例一电缆隧道为例，由于建造过程中存在不同分区建造，所述横梁位于第一分区101内的一端铰接于建筑构件且横梁下方固定连接有控制盒20，所述控制盒20内固定有二轴倾角传感器210及拉绳位移传感器220，所述横梁位于相邻的第二分区102内的一端铰接有摆臂30，摆臂30上端固定于第二分区102的建筑构件上，摆臂30的上端固定连接有定滑轮310，所述拉绳位移传感器220的拉绳221穿过横梁上端并绕过定滑轮固定于第二分区102上。

本实施例中，横梁10位于第一分区101与建筑构件铰接以实现横梁在及第一分区101及第二分区102发生相对位移时发生摆动，而摆臂30上端与第二分区102建筑构件铰接处可以在第一分区101及第二分区102发生倾斜。

本实施例中，所述控制盒上方设置有固定于横梁上的导轨滑轮40，所述轨道滑轮40包括一对滚轮410，所述拉绳由从一对滚轮中部穿过。

在第一分区101和第二分区102的建筑构件上可以根据需要设置多个滑轮以利于拉绳的位置。所述拉绳通过重力传动装置51，一端还固定有配重50，一般的配重为铅块，所述控制盒内固定有与拉绳位移传感器及二轴倾角传感器连接的采集器，所述采集器经网络线路与工作站连接。

控制盒外壳材质为不锈钢材质制造，可做到ip68的防护等级。即使在水下一样能够不损坏。

本实施例中，二轴倾角传感器210可实现重力参考系下横梁倾斜角度的测量，通过对横梁的横向倾斜度和顺线倾斜度等数据的在线监测，结合线路设计参数给出杆塔倾斜的预警信息，测量精度高：角度测量精度：0.2°；

拉绳位移传感器30配合重力配重将垂直沉降位移量转换成可计量的、成线性比例的电信号。被测的两个分区产生相对位移时，另一分区相连接的拉绳拉动配重，拉绳221带动拉绳传感器220内部的传动机构和传感元件同步转动；当位移反向移动时，传感器内部的回旋装置将自动收回绳索，并在绳索伸收过程中保持其张力不变，从而输出一个与绳索移动量成正比例的电信号。

拉绳传感器具有独立自动排线机构，保证拉伸绳自动均匀排线、保证传感器具有高独立线性精度和较长的传感器使用寿命。

具体工作步骤及原理如下：

（1）选定基准点:根据隧道/管沟的特征，选择在接缝处附近。

（2）固定横梁10，采用水泥膨胀螺丝固定左端铰链头，右端固定摆臂。

（3）选定基准动点，采用水泥膨胀螺丝固定每个滑轮，每个探测器可安装2～4个滑轮，每个滑轮距离约3～5米，避免拉绳阻碍。

（4）校准水平位置，通过调试器将水平位置调整为180度，校准垂直沉降，将沉降位置调整为0。

初始状态下此时水平位移距离标定为0，沉降距离标定为0；

当第二分区102相对第一分区101发生错位（沉降时）发生时：在二轴倾角传感器210上会产生一个角度差角度变化为xo，l为横梁长度，此时水平位移距离为y，垂直距离为v，之间存在着三角换算公式如下:

y=l-l×cos(xo)多出来的距离即为水平位移。

v=l×sin(xo)即为沉降位移。

整体装置可连续分段安装，将每个左侧固定点作为下一个装置的右位移线的固定端，能够实现大范围内被监控设施的沉降、位移和冲击监控。

通过倾角传感器能够及时采集到割轴的各项加速度。采用牛顿第二定律，获得本设备的重量结合现场的设备的情况

f=m*a；其中f为外部冲击力的大小，单位为牛顿，a为本装置的采集的加速度，m为=本装置的质量。如果是本装置与被测物体整体固定，本装置质量加上被测物体的质量即为m,结合测量出来的加速度a，即可利用f=m*a计算出外部冲击力量的大小。以此能够判断位移、沉降发生的故障原因为地质振动、车辆经过、人为敲击等行为。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。