一种收敛测量装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于隧道断面、矿山巷道、围堰等表面收敛测量技术领域，特别涉及一种收 敛测量装置及方法。
【背景技术】
[0002] 收敛测量是指对两点间的相对变形和变形规律的量测。目前隧道断面、矿山巷道、 围堰等都需要进行收敛测量。目前的收敛测试方法或收敛仪，其大多是用卷尺、塔尺、测线 和重锤等测量工具，直接测量巷道、隧道断面、围堰等的侧帮或顶、底两测点之间的距离，由 于高度不方便观测读数，通常是借助于反射镜等工具才能读取到数据，而且需要多人配合 共同完成作业，因此，在测量过程中存在测量误差大、工作效率低、测量精度低等缺陷，因此 在实际工程测量中应用时存在局限性。
【发明内容】
[0003] 为了解决上述收敛测量技术所存在的不足，本发明提供了一种利用转向滑轮改变 收敛变形方向，受外界干扰小，结构简单、观测方便的收敛测量装置。
[0004] 本发明还提供了一种测量精度高、读数方便的收敛测量方法。
[0005] 本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：该装置是由滑轮架、安装在滑轮 架上的转向滑轮、缠绕在转向滑轮上的测试绳、悬挂在测试绳末端的配重、设置在配重下方 的机电百分表以及用于固定机电百分表的磁性表架组合构成；测试绳绕过转向滑轮90° 转向，由水平方向向竖直方向向下延伸，分布在配重下方的机电百分表测杆与配重中心轴 以及配重上方的测试绳在同一条直线上。
[0006] 上述配重是由本体以及设置在本体顶部中心位置的吊环组成，在本体的顶部加工 有螺孔，与吊环通过螺纹方式连接，在本体的底部中心位置加工有凹槽，百分表的测杆延伸 至本体凹槽内。
[0007] 上述配重的本体高度与底部端面直径的比值为2:1~3:1。
[0008] 上述配重的本体是圆锥台或者圆柱体，测试绳是铅丝或者钢丝绳。
[0009] 用上述装置进行收敛测量的方法由以下步骤实现：
[0010] (1)将测试绳的自由端固定在测试构造物的测试点A，将滑轮架固定在测试构造 物的测试点B，测试点A与测试点B在同一水平线上；
[0011] (2)测试绳的另一端绕过滑轮架上的转向滑轮竖直向下延伸，在测试绳的另一端 悬挂的配重在重力作用将测试绳拉直，固定在配重底部的机电百分表测试出测试点A与测 试点B之间的收敛变形前竖直方向的位移初始值L。；
[0012] (3) t小时后，t>l测试点A与测试点B之间的测试构造物产生收敛变形，通过转向 滑轮使水平方向的收敛变形转换为竖直方向的位移，测试绳在水平方向移动牵动配重在竖 直方向发生位移，配重移动引起机电百分表的测杆移动，通过机电百分表将位移变换转换 为角度变化通过指针指示，实时读取机电百分表的数值，并记录为L 1;
[0013] (4)通过公SL1-Lid= Δ L1'即可计算出测试构造物在t小时后所对应的收敛实 测值AL/ ;
[0014] (5)根据下式对步骤（4)的收敛实测值进行校正，
[0015]
[0016] 式中：G为配重4重量；
[0017] q为收敛测试绳沿绳弧长均匀分布的自重；
[0018] S为A、B两个测试点之间的水平距离；
[0019] 确定最终收敛真实值为：Δ Li = Δ L/ - δ。
[0020] 上述测试点A与测试点B在测试构造物的同一断面内。
[0021] 本发明提供的收敛测量装置及方法是利用滑轮将测试绳的水平方向的收敛变形 转换为竖直方向的位移，利用配重对测试绳牵引将收敛形变通过机电百分表读数体现出 来，从而方便观测、读取数据并能且对数据进行校正，排除了由于测试绳的自重所产生的垂 度效应，使得测量结果准确可靠。
[0022] 与现有技术相比，可将准确度由0.1 mm提高到0. 01mm，而且通过机电百分表可以 实时观测并实时记录收敛变形情况，此外，本发明的测试绳直径小、配重形状细长，可减少 测试过程中风对测量结果的影响，受外界干扰小，保证测量精度，测量距离可由几十厘米到 几十米，适用范围广。
【附图说明】
[0023] 图1为实施例1的收敛测量装置结构示意图。
[0024] 图2为图1中的配重4结构示意图。
[0025] 图3为实施例2的配重4结构示意图。
【具体实施方式】
[0026] 现结合附图对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实 施情形。
[0027] 实施例1
[0028] 参见图1，本实施例的收敛测量装置是由滑轮架1、转向滑轮2、测试绳3、配重4、机 电百分表5以及磁性表架6组合构成。
[0029] 本实施例的滑轮架1和转向滑轮2属于常规部件，测试绳3是采用直径为0. 7_ 的细铅丝，测试绳3在待测点之间沿水平设置，绕过转向滑轮2后竖直向下延伸，发生90° 转向，在测试绳3的下端悬挂有配重4,为了方便悬吊，参见图2,本实施例的配重4是由吊 环4-1和本体4-2组成，本体4-2是锥度为0. 5、高为10cm、上底面直径为2cm、下底面直径 为7cm的圆锥台结构，可减少测试过程中风力对测量结果的影响，采用不锈钢材料制成，也 可以根据具体的使用调整配重4的结构尺寸。在本体4-2的顶部加工有一个螺孔，吊环4-1 的底端延伸至本体4-2螺孔中与本体4-2通过螺纹方式连接，在本体4-2的底部中心位置 也加工有一个凹槽，在本体4-2下方的磁性表架6上固定安装有一个机电百分表5,该机电 百分表5的测杆延伸至本体4-2的凹槽内，使本体4-2在竖直方向发生位移变化时会引起 测杆直线移动，从而通过机电百分表5的指针体现出来。
[0030] 用上述的收敛测量装置对矿山巷道的两侧进行收敛测量时，具体的方法由以下步 骤实现：
[0031] (1)将测试绳3的自由端固定在矿山巷道的左侧壁上测试点A处，将转向滑轮2架 1固定在矿山巷道的右侧壁上测试点B处，测试点A和测试点B在同一条水平线上且处于同 一个断面内；
[0032] (2)测试绳3的另一端绕过转向滑轮2架1的转向滑轮290°转向，竖直向下延伸， 在测试绳3末端悬挂的配重4在重力作用将测试绳3拉直，固定在配重4底部的机电百分 表5测试出测试点A与测试点B之间的收敛变形前竖直方向的位移初始值L。；
[0033] (3) t小时后，测试点A与测试点B之间的测试构造物产生收敛变形，通过转向滑轮 2使水平方向的收敛变形转换为竖直方向的位移，测试绳3在水平方向移动牵动配重4在竖 直方向发生位移，配重4移动引起机电百分表5的测杆移动，通过机电百分表5将位移变换 转换为角度变化通过指针指示，实时读取机电百分表5的数值，并记录为L 1;
[0034] (4)通过公SL1-Lq= AL1'计算出测试构造物在t小时后所对应的收敛值Δ L1^
[0035] (5)根据下式对步骤（4)的收敛实测值进行校正，由于收敛测试绳3的自重使其产 生一定的垂度，导致上述步骤（4)中t时刻所测的测试绳3的收敛变化量不等于A、B两点 的真实收敛量，因此，在计算收敛值时，需要考虑这种垂度效应，排除由于测试绳3垂度所 带来的误差，误差公式参见下式：
[0036]
[0037] 式中：G为配重4重量；
[0038] q为收敛测试绳3沿绳弧长均匀分布的自重；
[0039] S为A、B两个测试点之间的水平距离；
[0040] 确定最终收敛真实值为：Δ Li = Δ L/ - δ。
[0041] 实施例2
[0042] 参见图3,本实施例的配重4本体4-2还可以是圆柱体，其高度为12cm，直径为 4cm，保证是细长结构即可，测试绳3也可以用钢丝绳替换。
[0043] 其他的部件及其连接关系与实施例1相同。
[0044] 本实施例的收敛测量方法也与实施例1相同。
[0045] 上述实施例中的配重4的形状和尺寸可根据实际调整，不仅限于上述的规格、形 状，但是如果满足其高度与底部端面直径之比为2:1~3:1范围内时，所受外界干扰小，配 重4自身误差对测量值的影响相对较小，保证测量结果更精确。
【主权项】
1. 一种收敛测量装置，其特征在于：该装置是由滑轮架（1)、安装在滑轮架（1)上的转 向滑轮（2)、缠绕在转向滑轮（2)上的测试绳（3)、悬挂在测试绳（3)末端的配重（4)、设置在 配重（4)下方的机电百分表（5)以及用于固定机电百分表（5)的磁性表架（6)组合构成；测 试绳（3)绕过转向滑轮（2) 90°转向，由水平方向向竖直方向向下延伸，分布在配重（4)下 方的机电百分表（5)测杆与配重（4)中心轴以及配重（4)上方的测试绳（3)在同一条直线 上。2. 根据权利要求1所述的收敛测量装置，其特征在于：所述配重（4)是由本体（4-2)以 及设置在本体（4-2)顶部中心位置的吊环（4-1)组成，在本体（4-2)的顶部加工有螺孔，与 吊环（4-1)通过螺纹方式连接，在本体（4-2)的底部中心位置加工有凹槽，百分表的测杆延 伸至本体（4-2)凹槽内。3. 根据权利要求2所述的收敛测量装置，其特征在于：所述配重（4)的本体（4-2)高度 与底部端面直径的比值为2:1~3:1。4. 根据权利要求3所述的收敛测量装置，其特征在于：所述配重（4)的本体（4-2)是圆 锥台或者圆柱体，测试绳（3)是铅丝或者钢丝绳。5. -种收敛测量方法，其特征在于由以下步骤组成： (1) 将测试绳（3)的自由端固定在测试构造物的测试点A，将滑轮架（1)固定在测试构 造物的测试点B，测试点A与测试点B在同一水平线上； (2) 测试绳（3)的另一端绕过滑轮架（1)的转向滑轮（2)竖直向下延伸，在测试绳（3) 的另一端悬挂的配重（4)在重力作用将测试绳（3)拉直，固定在配重（4)底部的机电百分表 (5)测试出测试点A与测试点B之间的收敛变形前竖直方向的位移初始值L。； (3) t小时后，t>l，测试点A与测试点B之间的测试构造物产生收敛变形，通过转向滑 轮（2)使水平方向的收敛变形转换为竖直方向的位移，测试绳（3)在水平方向移动牵动配 重（4)在竖直方向发生位移，配重（4)移动引起机电百分表（5)的测杆移动，通过机电百分 表（5)将位移变换转换为角度变化通过指针指示，实时读取机电百分表（5)的数值，并记录 为L1; (4) 通过公式L1-Lid=AL1'即可计算出测试构造物在t小时后所对应的收敛实测值 (5) 根据下式对步骤（4)的收敛实测值进行校正，式中：G为配重4重量； q为收敛测试绳（3)沿绳弧长均匀分布的自重； S为A、B两个测试点之间的水平距离； 确定最终收敛真实值为：Δ Li= Δ Li ' - δ。6. 根据权利要求5所述的收敛测量方法，其特征在于：所述测试点A与测试点B在测 试构造物的同一断面内。
【专利摘要】本发明涉及一种收敛测量装置及方法，该装置是由滑轮架、安装在滑轮架上的转向滑轮、缠绕在转向滑轮上的测试绳、悬挂在测试绳末端的配重、设置在配重下方的机电百分表以及用于固定机电百分表的磁性表架组合构成；本发明可将准确度由0.1mm提高到0.01mm，而且通过机电百分表可以实时观测并实时记录收敛变形情况，此外，本发明的测试绳直径小、配重形状细长，可减少测试过程中风对测量结果的影响，受外界干扰小，保证测量精度，测量距离可由几十厘米到几十米，适用范围广。
【IPC分类】G01B21/32
【公开号】CN105157663
【申请号】CN201510374131
【发明人】任更锋, 徐岳, 王春生, 邹存俊, 王建华, 常仕东, 陈浩, 高鹏飞, 马先坤, 张锦凯
【申请人】长安大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年6月30日