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专利名称：一种提高结构沉降监测精度的方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于结构沉降监控的高精度监测方法，属于结构健康监控和传感器应用领域。
背景技术：
桥梁、房屋、道路、地面、船体、飞机机身等结构在受到负载及外力作用时，会产生一定的沉降形变。通过对于结构各处的沉降的精确测量，可以对结构的健康状态及安全性能进行监控。现有的结构沉降测量方法一般采用一个液体连通管连通各处监测点的液体压力传感器，液体连通管的一端连接着一个液面保持器，通过测量液体压力传感器的压强值计算出传感器与液面保持器的基准液面的高度差，从而实现测量目的。该方法有以下缺点·液体压力传感器的量程必须覆盖全部监测点的压强变换范围，必须选择大量程的压力传感器，测量精度相对较低，同时需要对每次测量的结果进行繁琐的偏置校准。

发明内容
一种提高结构沉降监测精度的方法，其特征在于，依次含有以下步骤步骤(I )，构造一个结构沉降监测系统所述结构沉降监测系统含有被监测结构(I)、液体连通管(2)、液面保持器(3)、测量液体(4)、支撑杆件(5)、液压平衡管(6)以及液体压力传感器(7)，其中被监测结构(I)，是包括桥梁、房屋、道路、底面、船体、飞机机身在内的多种结构中的任何一种，被监测结构(I)上设有多个监测点(9)，在所述被监测结构(I)的每个监测点
(9)的位置通过支撑杆件(5)固定支撑一个所述液体压力传感器(7)和一个所述液压平衡管(6)，液体连通管(2 )，分以下三类第一类所述液体连通管(21 )，有一根，一端和所述液面保持器(3)的底部相连通，第二类所述液体连通管(22)，有多根，一端通过液体连通管转接头(8)和第一类液体连通管(21)连通，另一端和述所述液体压力传感器(7)的第二接口(72)相连通，第三类所述液体连通管(23)，有多根，一端和所述液压平衡管(6)的底部相连通，另一端和所述液体压力传感器(7)的第一接口(71)相连通，测量液体(4)，是具有固定密度和非挥发特性的液体，所述测量液体(4)通过所述液体连通管(2 )在液面保持器(3 )、液体压力传感器(7 )和液压平衡管(6 )之间流通，液体压力传感器(7)，包括第一接口(71)、第二接口(72)和传感片(73)，所述第一接口(71)或第二接口(72)向所述传感片(73)两边输送测量液体(4)，以便所述传感片(73)测量其两边测量液体(4)的压强差，液压平衡管(6)，是一个上端开口的柱状容器，内部容纳所述测量液体(4)，将测量液体(4)通过第三类液体连通管(23)输送到所述液体压力传感器(7)的第一接口(71)，
液面保持器(3 )，是一个直径大于所述液压平衡管(6 )和液体连通管(2 )的直径的柱状容器，上端有一个通气孔，所述液面保持器(3)内部容纳所述测量液体(4)，将测量液体(4)通过第一类液体连通管(21)和第二类液体连通管(22)输送到所述液体压力传感器
(7)的第二接口(72)，所述液面保持器(3)固定在被监测结构(I)之外的位置，不随被监测结构(I)的沉降而沉降，步骤(2)，依次按以下步骤监测所述被监测结构(I)的各个监测点(9)的沉降高度H 步骤(2. I)被监测结构(I)的偏置校正，在静止状态下，所述被监测结构⑴的各个监测点(9)的沉降为零，依次向所述液面保持器(3)和各个液压平衡管(6)中注入所述测量液体(4)，使各个液压平衡管(6)内的液面高度和液面保持器(3)内的液面高度相等，此时液体压力传感器(7)的传感片(73)两 边的压强差为零，在沉降情况下，按以下公式计算所述被监测结构(I)的各个监测点(9)的沉降高度H:H=S/(Pg)米，其中S为所述液体压力传感器(7)的传感片(73)两边的压强差，单位为帕斯卡，P为所述测量液体(4)的密度，单位为千克/米3，g为重力加速度常量，单位为米/秒2。同现有的技术相比，本发明采用一个固定的液面保持器作为基准液面，同时通过在液体压力传感器一端加入液压平衡管抵消了传感片两边固有的压强差偏置，从而结构监测可以采用量程小精度高的液体压力传感器，提高结构沉降监测的精度，检测过程只需进行一次初始化偏置校准。本发明可以实现结构沉降的多点同时高精度监测，并可以长期、稳定的工作，有利于实现结构沉降监测的自动化和网络化。


图I是本发明提出的提高结构沉降监测精度的方法的示意图；图2是结构沉降监测方法进行初始偏置校准的示意图；图3是利用本发明对结构沉降正常监测时的液面变化示意图。附图标志I、被监测结构，2、液体连通管，3、液面保持器，4、测量液体，5、支撑杆件，6、液压平衡管，7、液体压力传感器，71、第一接口，72、第二接口，73、传感片，8、液体连通管转接头，9、监测点。
具体实施例方式提高结构沉降监测精度的方法所使用的装置，包括液体连通管、测量液体、液面保持器、液体压力传感器、液压平衡管，被监测结构选定若干监测位置作为监测点，每个监测点固定一个液体压力传感器和一个液压平衡管，随着被监测结构一同沉降，所有监测点的液体压力传感器的第二接口通过液体连通管连通到液面保持器的底部，第一接口通过液体连通管连接到监测点各自的液压平衡管的底部。
所述液体压力传感器包括传感片、第一接口和第二接口，液体压力传感器的传感片分割开第一接口和第二接口所通入的测量液体。所述液面保持器是一个横截面积大于液体连通管横截面积的柱形容器，液面保持器固定在被监测结构之外的位置，不随被监测结构一同沉降，液面保持器内部通过一个小孔与外部大气连通，液面保持器内部容纳一定高度的测量液体。所述液压平衡管是一个上端开口的柱形容器，液压平衡管内部容纳一定高度的测量液体，对被监测结构进行初始化偏置校准时，所有监测点的液压平衡管的液面高度被设定为与液面保持器中的液面一致。所述测量液体是具有固定密度和非挥发特性的液体，测量液体通过液体连通管在液面保持器、液体压力传感器和液压平衡管之间流通。 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述如图I所示，本发明的提高结构沉降监测精度的方法，包括液体连通管2，液面保持器3，测量液体4，支撑杆件5，液压平衡管6，液体压力传感器7。被监测结构I的每个监测点9通过支撑杆件5固定支撑一个液压平衡管6和一个液体压力传感器7，液压平衡管6和液体压力传感器7随着被监测结构I 一起沉降，液压平衡管6通过液体连通管23和液体压力传感器7的第一端口 71相连通，液面保持器3固定在被监测结构I之外的位置，不随被监测结构I 一起沉降，液面保持器3通过液体连通管21、液体连通管22和所有液体压力传感器7的第二接口 72相连通，液面保持器3的直径大于液压平衡管6和液体连通管2的直径，使得液体保持器3的液面不随被监测结构I的沉降而变化。对于被监测结构各个监测点的沉降测量执行过程如下步骤(I )，如图2所示，对于被监测结构I进行初始化偏置校准，校准过程在被监测结构I的安静状态下进行，此时被监测结构I各个监测点9都具有零沉降。校准的方法是先将液面保持器3内注入一定高度的测量液体4，然后将各个监测点9的液压平衡管6内注入测量液体4，使所有液压平衡管内6的液面高度与液面保持器3的液面处于同一水平面上，此时液体压力传感器7的传感片73两边的测量液体的压强相等，压强差为零。步骤(2)，如图3所示，被监测结构I处在正常监测状态，各个监测点9各自具有一定的沉降，使得液压平衡管6的液面随着被监测结构I 一起下降，而液面保持器3的液面没有变化，这样液体压力传感器7的传感片73两边的测量液体4具有压强差S帕斯卡。测量液体的密度为P千克/米3，重力加速常量为g米/秒2，则被监测结构I的监测点9的沉降高度H=S/ (P g)米。
权利要求
1.一种提高结构沉降监测精度的方法，其特征在于，依次含有以下步骤 步骤(I )，构造一 个结构沉降监测系统 所述结构沉降监测系统含有被监测结构(I)、液体连通管(2)、液面保持器(3)、测量液体(4)、支撑杆件(5)、液压平衡管(6)以及液体压力传感器(7)，其中 被监测结构(1)，是包括桥梁、房屋、道路、底面、船体、飞机机身在内的多种结构中的任何一种，被监测结构(I)上设有多个监测点(9)，在所述被监测结构(I)的每个监测点(9)的位置通过支撑杆件(5 )固定支撑一个所述液体压力传感器(7 )和一个所述液压平衡管(6 )，液体连通管(2)，分以下三类 第一类所述液体连通管(21)，有一根，一端和所述液面保持器(3)的底部相连通， 第二类所述液体连通管(22)，有多根，一端通过液体连通管转接头(8)和第一类液体连通管(21)连通，另一端和述所述液体压力传感器(7)的第二接口(72)相连通， 第三类所述液体连通管(23)，有多根，一端和所述液压平衡管(6)的底部相连通，另一端和所述液体压力传感器(7)的第一接口(71)相连通， 测量液体(4)，是具有固定密度和非挥发特性的液体，所述测量液体(4)通过所述液体连通管(2)在液面保持器(3)、液体压力传感器(7)和液压平衡管(6)之间流通， 液体压力传感器(7)，包括第一接口(71 )、第二接口(72)和传感片(73)，所述第一接口(71)或第二接口(72)向所述传感片(73)两边输送测量液体(4)，以便所述传感片(73)测量其两边测量液体(4)的压强差， 液压平衡管(6)，是一个上端开口的柱状容器，内部容纳所述测量液体(4)，将测量液体(4 )通过第三类液体连通管(23 )输送到所述液体压力传感器(7 )的第一接口( 71)， 液面保持器(3 )，是一个直径大于所述液压平衡管(6 )和液体连通管(2 )的直径的柱状容器，上端有一个通气孔，所述液面保持器(3)内部容纳所述测量液体(4)，将测量液体(4)通过第一类液体连通管(21)和第二类液体连通管(22)输送到所述液体压力传感器(7)的第二接口(72)，所述液面保持器(3)固定在被监测结构(I)之外的位置，不随被监测结构Cl)的沉降而沉降， 步骤(2)，依次按以下步骤监测所述被监测结构(I)的各个监测点(9)的沉降高度H: 步骤(2. I)被监测结构(I)的偏置校正， 在静止状态下，所述被监测结构(I)的各个监测点(9)的沉降为零，依次向所述液面保持器(3)和各个液压平衡管(6)中注入所述测量液体(4)，使各个液压平衡管(6)内的液面高度和液面保持器(3)内的液面高度相等，此时液体压力传感器(7)的传感片(73)两边的压强差为零， 在沉降情况下，按以下公式计算所述被监测结构(I)的各个监测点(9)的沉降高度H : H=S/(P g)米， 其中S为所述液体压力传感器(7)的传感片(73)两边的压强差，单位为帕斯卡，P为所述测量液体(4)的密度，单位为千克/米3，g为重力加速度常量，单位为米/秒2。
全文摘要
一种提高结构沉降监测精度的方法，属于结构健康监控和传感器应用领域，其特征在于采用一个固定的且不随结构沉降而沉降的液面保持器作为基准液面，同时通过在液体压力传感器的一端加入一个液压平衡管以抵消液体压力传感器的初始压强偏差，减小了所使用的液体压力传感器的量程，提高了液体压力传感器的测量灵敏度，从而提高了结构沉降的监测精度，同时简化了测量过程的校准程序，该方法只需一次静态的初始化校准，克服了传统的结构沉降监测的低精度、校准过程繁琐的缺点。
文档编号G01C5/04GK102927966SQ20121042771
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者李让坤, 王鹏军, 刘伟, 罗洪, 徐淑正, 杨华中 申请人:清华大学