绳3还起到固定及平衡钻头外连管24的作用，第一刻槽21作用是让同速张拉绳3与钻头 外连管24更好地发生协同变形。
[0025] 在本实用新型中，梓固栓18可W调整校正牵引绳2放松及收紧的绳索长度，可W 最大限度地对内部设备进行位置的精准微调，单侧双校正牵引绳2的布置对于前期仪器布 置中的校准及精准安装起到双层的保证作用。
[0026] 在本实用新型中，控制器为一个手持控制器，手持控制器内安装有控制巧片 STM32F103VET6，STM32F103VET6内设有无线传输模块，驱动电机8上安装有无线接收模块， 无线接收模块采用PT2272解码超外差模块，通过手持控制器控制驱动电机8的正转和反 转，从而带动驱动轴7的正反转，由于驱动轴7与五级活塞26螺纹连接，从而控制五级活塞 26的往复运动。
[0027] 在本实用新型中，锥形钻头23为对称分布，装置进行安装之前，对称分布的锥形 钻头23处于压缩状态，其紧贴通底竖井1的外壁，在埋设安装之后，通过在地面上操作手持 控制器将锥形钻头23固定于±石结合区域内部，在需要收缩锥形钻头23时，通过手持控制 器驱动电机8从而带动五级活塞26运动，对于多年沉积的具有较高密实度的±石结合区 域，也可将锥形钻头23钻入，锥形钻头23的可收缩可伸长的结构，在未安装之前的收缩状 态可W大大降低工程开挖费用及保护工序，在安装到适合位置之后其可W长期处于伸长状 态，大大保证了传感钻头对结构体长期的跟踪监测，在需要维护或检测时，其可W收回，极 大提高了其可重复性及监测精度。
[002引在本实用新型中，拉压弹黃10上端与刻度台12上的竖向测尺11较接，且竖向测 尺11的初始刻度与刻度台12上水平面齐平，拉压弹黃10的下端与变位台27相连，上述部 件的组合为对称分布，该组合构件在±石结合区域发生不均匀沉降时通过两侧锥形钻头23 将对应侧沉降量通过变位台27传递到对应侧拉压弹黃10上，拉压弹黃10竖向变形带动了 刻度台12上竖向测尺11刻度变化，从而在地面上可直接有效地读出该侧沉降变形量数值。
[0029] 在本实用新型中，光纤挂桶22中，在与拉压弹黃10平行的侧面及光纤挂桶22中 间部位上，分布布置有光纤扣19,光纤扣19可W将从光波发射器14发出的波状回路光纤 13依次从光纤挂桶22 -侧的上端向下顺延至变位台27,后经过固定在变位台27上的光纤 扣19, W-定弧度回路的方式，再依次从光纤挂桶22的另一侧的下端向上顺延至光波采集 器15处，且光纤挂桶22两个布设有光纤扣19的侧面都有刻度标示，作为坐标标志，光纤挂 桶22中轴面为弹性结构，锥形钻头23在遭受周围±石结合区域不均匀沉降荷载时，其将竖 向荷载通过水平放置的变位台27上的光纤扣19传递给竖向波状分布的、处于中轴面的波 状回路光纤13,在光波发射器14一端不断的发射出光信息，波状回路光纤13中光学现象中 的光信息会不断的发生变化，光波采集器15会不断收集到其中变化的光信息，进而，将光 信息进行记录与存储，将采集到不同的光信息进行融合辨识，进行可W实现实时、分布式、 微宏观监测±石结合区域沉降变化。
[0030] 在本实用新型中，波状回路光纤13两个端口都位于地面上，可W利用光时域反射 技术进行定位监测，同时利用双端口的布里渊散射技术进行定量监测。利用两端对称分布 的竖向测尺11之间的动态的距离值及竖向测尺11的沉降数值可化测出其中任意一点沉降 量值；与此同时，波状回路光纤13对外界荷载极其敏感，微小的变形量值也可被有效捕捉 至IJ，利用波状回路光纤13的监测结果值对竖向测尺11的监测结果值进行校准，可W实现精 确监测±石结合区域中各处存在的沉降量值。
[0031] 在本实用新型中，通底竖井1主体本部为圆筒状，在通底竖井1主体的两边开始有 锥形钻头23移动的通道，载道内管30在深度方向两侧对称设有内管通道，变位台27沿内 管通道上下来回移动。光纤挂桶22是弹性较大的结构体，光纤挂桶22通过位于变位台27 上的光纤扣19与变位台27连接。
[0032] 将各组件按照由下到上，从左到右的顺序进行组装，使用常规通用传感光纤作为 内部布置光纤，结合附图对优先实施例进行解释说明。
[0033] (1)开挖竖井，布置传感钻头
[0034] 在待监测±石结合区域，开挖深度为10m的竖直圆桶，且基于前期所构建的通底 竖井1的直径来确定所开挖的最小直径，为了便于装置安装，需要开挖的直径略大于通底 竖井1的直径。然后将长度为10m、直径略小于开挖竖井的通底竖井1下放到±石结合区域 的竖井内。
[00对 似回填原上，弹出传感钻头
[0036] 将开挖出的原±石结合区域沿着竖井与通底竖井1之间的空隙进行回填，将对称 分布的同速张拉绳3沿着张拉载道5盘旋到螺纹柱6上，通过手持控制器驱动驱动电机8、 驱动轴7、五级活塞26、持力圆塞25、钻头外连管24等构件，带动锥形钻头23深入到10m 深的±石结合区域竖井的侧壁内，微调四周的校正牵引绳2将锥形钻头23调整到水平位置 处，并移除四周的校正牵引绳2;
[0037] (3)打开各信息采集装置，采集及分析数据结果
[003引当一侧的拉压弹黃10受到从该侧锥形钻头23所传递的对应侧的沉降荷载时， 对应侧竖向测尺11监测到的该侧沉降变形量值为di，同时，当另一侧拉压弹黃10受到 从与其对应侧锥形钻头23所传递的相应侧的沉降荷载时，相应的竖向测尺11所监测到 该侧的沉降变形量值为d2,两侧的拉压弹黃10之间的距离标为以变形较小一侧的拉压 弹黃10与待测点Q的距离为M，则Q处的沉降量值为S。= d 2+(di-d2)M/L，位于中间位 置处C点的沉降变形量值为5/= (di+d2)/2)，基于波状回路光纤13所发生的瑞利散 射和菲涅尔反射、布里渊散射等光信息的变化，监测到此刻变形量值为5。°，初始变形量 值为也％则对于同一中间位置所监测沉降差值的绝对值为I ( 5。°- 5。。- 5刀，为构建 ±石结合区域不均匀沉降的计算公式，定义不均匀沉降参量《，且《的表达式定义为 叫咕年，。，―屯|/年。，基于本监测装置工作原理及上述推导，待测点Q处的最终沉降计算公式 为
【主权项】
1. 一种水工建筑物竖向变形监测装置，其特征在于；包括位于±石方结合区的通底竖 井、位于通底竖井内部的载道内管，所述载道内管内安装有变位台，变位台上的两侧对称的 安装有驱动电机，驱动电机通过支架安装在变位台上，驱动电机与驱动轴连接，驱动轴上设 有外螺纹，驱动轴插入到五级活塞内，五级活塞设有与外螺纹配合的内螺纹，通过位于五级 活塞顶端的持力活塞与钻头外连管联接，钻头外连管与锥形钻头连接，五级活塞位于活塞 壳体内，活塞壳体上设有第一刻槽，驱动电机内安装有无线接收模块，无线接收模块通过无 线传输模块与控制器信号连接；变位台两边的活塞壳体分别与提升钻头活塞壳体运动的升 降装置连接，变位台的两端对称的安装有校正变位台水平的校正装置，变位台中部与一组 对称安装的弹黃的一端连接，弹黃的另一端与竖向测尺较接，刻度台位于设置在通底竖井 上的横梁上，两个弹黃之间设有光纤挂桶，光纤挂桶的底端与变位台连接，光纤挂桶内安装 有波状回路光纤，波状回路光纤上设有光纤扣，波状回路光纤的输入端安装有光波发射器， 波状回路光纤的输出端安装有光波采集器。
2. 根据权利要求1所述的水工建筑物竖向变形监测装置，其特征在于；所述升降装置 包含同速张拉绳、张拉台、张拉载道和螺纹柱，所述同速张拉绳一端连接第一刻槽，另一端 穿过张拉载道缠绕在螺纹柱并收纳在张拉绳盘里，张拉台位于横梁上。
3. 根据权利要求1所述的水工建筑物竖向变形监测装置，其特征在于；所述校正装置 包含校正牵引绳、牵引载道、牵引台、梓固栓，所述牵引台上设有两个牵引载道，变位台的一 侧设有两个第二刻槽，两根校正牵引绳一端分别穿过牵引载道与第二刻槽连接，两根校正 牵引绳的另一端分别通过设置在牵引台的梓固栓梓紧，牵引台位于横梁上。
4. 根据权利要求1所述的水工建筑物竖向变形监测装置，其特征在于；所述变位台的 下方设有护底凸台。
5. 根据权利要求1所述的水工建筑物竖向变形监测装置，其特征在于；所述控制器为 STM32F103VET6。
【专利摘要】本实用新型公开了一种水工建筑物竖向变形监测装置，包括通底竖井、位于通底竖井内部的载道内管，所述载道内管内安装有变位台，变位台上的两侧对称的安装有驱动电机，驱动电机通过五级活塞与锥形钻头连接，两边的活塞壳体分别与提升活塞壳体运动的升降装置连接，变位台的两端对称的安装有校正变位台水平的校正装置，变位台中部与一组对称安装的弹簧的一端连接，弹簧的另一端与竖向测尺铰接，两个弹簧之间设有光纤挂桶，光纤挂桶内安装有波状回路光纤，波状回路光纤上设有光纤扣。本实用新型具有可重复的使用、极为方便的安装及实时的检测与维护等优势及分布式、微宏观、实时性、复杂环境高适应性等特点。
【IPC分类】G01C5-00
【公开号】CN204286420
【申请号】CN201420799657
【发明人】苏怀智, 杨孟, 韩彰, 田始光, 李金友
【申请人】河海大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月16日