专利名称：安全监测仪器及其自动化室内展示模型的制作方法
技术领域：
安全监测仪器及其自动化室内展示模型技术领域：
本实用新型属于实验教学仪器技术领域，特别是一种用于演示安全监测仪器中各测量和传感元件性能的试验教学和演示仪器。背景技术：
建筑物安全监测是近些年来逐步从国外引进的技术，其发展的历史 并不长，而多年的工程经验积累表明其对建筑物安全施工、运行是不可或缺的。所谓安全监测是指直接或借用专门的仪器设备，对建筑物本身及相关坝基岩体， 从施工之前开始包括对施工、运行整个过程，对其各种状态变化所进行的量测与分析。这一 过程包括三个基本环节数据量测、数据采集和数据分析。其监测项目包括1、变形监测变形监测包括表面变形监测、内部变形监测、裂缝与接缝监测、挠度 监测、倾斜监测、岸坡位移监测等项目。变形监测是了解建筑物工作状态及安全管理的重要 内容。2、渗流监测包括扬压力及渗流压力监测、孔隙压力监测、绕坝渗流及地下水位监 测、渗流量及渗流水质监测。特别对大坝的安全具有重要意义。3、应力应变及温度监测应力应变及温度监测包括孔隙水压力监测、土压力(应 力)监测、混凝土应力应变监测岩体应力应变监测、钢筋及钢板应力、应变监测等项目。4、水力学监测包括流速、流量。水流流态、水面线动水压力、空蚀及掺气、消能及 冲刷监测等项目。5、环境量监测包括水位、降雨量、气温、水温、波浪、冰冻等监测项目。由于安全检测与实际工程项目联系非常紧密，且大多用于重大的工程项目中，各 种测量和传感元件均处于视野无法触及的地方，在室内进行安全监测仪器性能展示是一件 较为困难的事情。目前在全国很多高校，安全监测已经成为一门重要的选修课程，但在试 验教学上，由于其与工程联系的紧密性，很大程度上制约了在实验室试验教学、操作的可行 性。调查显示，目前在各大高校的实验室还鲜有能够供学生感知、进行试验教学的模 型。而在很多安全监测仪器生产企业，为客户展示其产品也仅仅停留在单个仪器观看和提 供技术参数的阶段上，客户不能直观、快速的了解公司产品的性能。无论高校、企业，此类展 示模型在国内还很少有人触及。
实用新型内容:本实用新型目的是提供一种安全监测仪器及其自动化室内展示 模型，该模型可以精确的计算、测量模型各部位发生的物理量变化，可作为一种对安全监测 仪器测值、精度的校核手段，应用于安全监测仪器生产企业的生产过程中。本实用新型作为高校水利工程、土木工程系在实验室内为学生展示安全监测仪器 设备工作原理、工作特点以及安全监测自动化系统的试验模型，能够以直观、清晰的方式达 到试验教学目的，培养学生兴趣，引导学生创新，促进安全监测学科发展。能够作为安全监 测仪器生产企业为客户展示其生产的仪器设备的载体，使客户快速、直接的了解企业产品 的外观、性能以及自动化系统实时采集、处理数据的能力，促进其产品销售。本实用新型提供的安全监测仪器及其自动化室内展示模型，包括一个工作平台， 该工作平台通过中间支杆和固定支杆放置在基体上，中间支杆和固定支杆的下端固定，中间支杆的上端与工作平台铰接，固定支杆的上端安装有一个压缩弹簧，工作平台下方相对 固定支杆的另一侧安装有一个滑动杆，滑动杆的上端与工作平台铰接，滑动杆的下端与设 置在基体上的滑槽内的滑块铰接，工作平台上位于固定支杆一侧的上方设置有一个水箱， 水箱内底部填充有弹性材料，在位于弹性材料上段位置的水箱侧壁上开有一个进水口并通 过管路连接放置于蓄水池中的水泵，水箱上部开有一个溢水口，溢水口外连接一个水槽，该 水槽通过管路接入蓄水池中。所述的水箱底部的弹性材料内埋有沉降计和土压力计，水箱内放置有渗压计，水 箱上部溢水口外的水槽内放置有量水堰计，沉降计、土压力计、渗压计和量水堰计通过微控 制单元MCU最终汇集到计算机控制系统。所述的固定支杆的上端与工作平台之间安装有位移计，在中间支杆上安装有应力 计，位移计和应力计通过微控制单元MCU最终汇集到计算机控制系统。所述的滑动杆上安装有倾斜计，与滑动杆铰接的滑块和滑块挡板上设置有测缝 计，倾斜计与测缝计通过微控制单元MCU最终汇集到计算机控制系统。所述的蓄水池一侧通过底部的联通孔设置有一个蓄水池，该蓄水池内填充有渗透 性材料，渗透性材料内放置有孔隙水压力计，该孔隙水压力计通过微控制单元MCU最终汇 集到计算机控制系统。本实用新型的优点和积极效果本实用新型是在长期的从事安全监测生产实践的基础上总结出来的，其原理完全 符合安全检测仪器实际运用中的物理规律，并能够应用这些物理规律演绎出一个较为复杂 的物理量测量、收集和自动化系统，具有较强的科学性。本实用新型利用杠杆原理，引入系统化的设计思路，并尽可能多的应用各种安全 检测仪器设备。由一处物理变化引发各处发生物理变化，由各处所安装的安全监测仪器测 出各处变化量，将测得的物理量通过微控制单元MCU最终汇集到计算机控制系统进行数据 分析处理，形成一个联动的自动化系统。本系统的特点是1、化大系统为小系统，突破安全监测仪器、设备一般与大型工程相联系的思维，使 其能够在有限空间内进行展示，而不影响、减少各种使用功能。2、克服实际工程中仪器埋设后的不可视性，模型能够直观的看到各种监测仪器的 工作状况、过程。3、整体考虑安全监测的类别，对各类别所涉及的各种常用监测仪器集中展示，注 重展示的完整性。4、各部位发生的物理量变化形成连锁反应机制，可循环工作，为监测仪器、设备运 行提供良好的一体化工作平台。5、能够实时监测模型各处发生的物理量变化，并及时的进行数据的采集与处理。 充分展现现行安全监测自动化的特点和发展方向。6、将系统化、自动化的思想引入模型当中，提供当前安全监测设计系统化、自动化 的设计理念，引导学生的时代性、创新性思维。本实用新型从实验教学、企业实用、人才培养的角度出发，面向的使用对象包括高 校水利、土木专业及安全检测仪器设备生产企业，特别适合于安全检测这一发展中学科的 人才培养和教学实践，具有较好的开发前景，预计会取得很好市场价值。
图1是安全监测仪器及其自动化室内展示模型的系统结构分布图；图2是安全监测仪器及其自动化室内展示模型的立体结构示意图；图3是连接件1结构示意图，图3. 1是主视图，图3. 2是左视图；图4是连接件2结构示意图，图4. 1是主视图，图4. 2是左视图；图5是固定支杆与工作平台连接结构示意图；图6是左侧滑动杆与工作平台连接结构示意图，图6. 1是主视图，图6. 2是左视 图；图7是左侧滑动杆与滑块连接结构示意图。图中，1蓄水池、2小型水泵、3水箱、4蓄水池右侧容器、5渗透性材料、6水槽、7弹 性材料、8工作平台、9弹簧、10右侧固定支杆、11中间支杆、12左侧滑动杆、13滑块、14孔隙 水压力计、15量水堰计、16渗压计、17 土压力计、18沉降计、19倾斜仪、20测缝计、21应力 计、22位移计。
具体实施方式实施例1 如图1、2所示，安全监测仪器及其自动化室内展示模型，包括一个工作平台8，该 工作平台通过中间支杆11和右侧固定支杆10放置在基体上，中间支杆和固定支杆的下端 相对固定，中间支杆11的上端与工作平台8 (通过如图3、4所示的连接件1和2)铰接在一 起，固定支杆的上端安装有一个压缩弹簧9 (如图5)，工作平台下方相对固定支杆的另一侧 安装有一个左侧滑动杆12，滑动杆的上端与工作平台铰接(如图6)，滑动杆的下端与设置 在基体上的滑槽内的滑块铰接(如图7)，工作平台上位于固定支杆一侧的上方设置有一个 水箱3，水箱内底部填充有弹性材料7，在位于弹性材料上段位置的水箱侧壁上开有一个进 水口并通过管路连接放置于蓄水池1中的小型水泵2，水箱上部开有一个溢水口，溢水口外 连接一个水槽6，该水槽通过管路接入蓄水池中。所述的水箱底部的弹性材料内埋有沉降计18和土压力计17，水箱内放置有渗压 计16，水箱上部溢水口外的水槽内放置有量水堰计15，沉降计、土压力计、渗压计和量水堰 计通过微控制单元MCU最终汇集到计算机控制系统。所述的固定支杆的上端与工作平台之间安装有位移计22，在中间支杆上安装有应 力计21，位移计和应力计通过微控制单元MCU最终汇集到计算机控制系统。所述的滑动杆上安装有倾斜仪19，与滑动杆铰接的滑块和滑块挡板上设置有测缝 计20，倾斜计与测缝计通过微控制单元MCU最终汇集到计算机控制系统。所述的蓄水池一侧通过底部的联通孔设置有一个蓄水池，该蓄水池内填充有渗透 性材料，渗透性材料内放置有孔隙水压力计14，该孔隙水压力计通过微控制单元MCU最终 汇集到计算机控制系统。一、模型主要组成部分的作用1、蓄水池，主要用来提供水源和回收用水，材料为有机玻璃或透明的塑料，具有一 定的强度，做成箱型。[0044]2、小型水泵，主要用来向上部水箱抽水。3、水箱，主要用来容纳水泵的来水，并作为施力主体向平台一端施加压力。4、蓄水池联通容器，主要用来放入渗透性材料，并和蓄水池在底部联通，使蓄水池 中水渗入容器，其材料为有机玻璃或透明塑料。5、渗透性材料，放入蓄水池中，作为测量孔隙水压力或渗压力的载体。6、水槽，用来作为回收抽入水箱多余水的通道，装入量水堰计，作为测量水流量的 载体，其材料为有机玻璃或透明塑料。7、弹性材料，铺垫于水箱下部，可发生较为明显的弹性形变，作为埋设压力计和沉 降计的载体。8、工作平台，主要是承载装置，向下部各支杆传递力，并起到“杠杆”的作用。9、弹簧，承重时发生竖向变形，带动工作平台的“杠杆效应”。10、右侧固定支杆，主要用来承重，可以用钢管等材料。11、中间支杆，顶部与平台间为铰接，平台可绕铰支点转动。12、左侧滑动杆，两端均为铰接(连接件见图3和图4)，可以在平台发生转动时，其 与水平面的夹角发生改变，作为倾斜仪的载体。13、滑块，其端部与左侧滑动杆下部铰接，可发生水平移动，作为测水平位移的载 体。14、滑槽，用来约束滑块，使其只能在水平方向上发生移动。二、模型工作过程模型的工作完全由小型水泵的开始抽水触发，当上部的水箱的水位达到其上部溢 水口的高程后，模型将处于一个恒定的工作状态，水泵停止抽水后，则模型的工作过程将反 序进行。其具体的工作过程如下1、小型水泵抽水，蓄水池和水箱内的水位发生变化，水箱内布置水位计或渗压计， 监测水箱内水位和水压力的变化量。2、蓄水池右侧由容器封装渗透性材料，和水池的下部相连接，容器内安装孔隙水 压力计，监测容器内孔隙水压力的变化量。3、当水箱的水位达到预定水位后，多余的水量由水箱上部开口经水槽泻入蓄水 池，水槽中部安装量水堰计，测量泻入蓄水池的水流量。4、水箱的水位上升、重量增加，对其下部的弹性材料产生压力，弹性材料内部安装 压力计和沉降计，监测由于水箱的水量增加对其产生的压力和竖向沉降量的变化值。5、水箱的水位上升、重量增加，压迫工作平台右侧下部支杆上的弹簧发生竖向的 紧缩变形，从而工作平台右端发生下沉，在右侧支杆与平台之间安装位移计，监测弹簧发生 的竖向位移量。6、水箱的水位上升、重量增加，使工作平台下的支杆内部应力发生变化，在中间支 杆上安装应力计，监测其应力的变化。7、在平台的左侧安装一个斜杆，其上下部均用铰接，其中下部铰连接在一个滑块 上，滑块设在一个水平的滑槽内，使其只能在水平方向发生位移。当工作平台左端上移时， 滑块发生水平方向的移动，滑块的左侧有滑块挡板，二者间安装测缝计或位移计，监测两者 间的位移变化。[0066]8、工作平台左端向上部移动时，使其下部斜杆也发生移动，从而斜杆与水平方向的夹角产生变化。在左侧的斜杆上安装倾斜仪，监测其角度的变化。三、模型的自动化模型开始工作后，所有相关部位的变化将是可视的，可以直接看到各部位内部的 细节变化。所有安装仪器的监测结果将通过电缆传至一个MCU，经MCU传至计算机，在计算 机上可对监测数据进行存储、处理等操作，并将结果直接的通过投影仪投影到大屏幕上。四、技术关键1、由于建筑物安全监测是一个讲求精密度、准确性的领域，有些时候非常微小的 一个变化量都会导致安全事故的发生，对监测仪器的测量精度都有较高的要求。因此，模型 在加工制作时必须要有较高的加工精度，各个连接部位不能出现较大的误差，所用的监测 仪器也必须具有相对较高的测量精度，以便于校核理论计算结果，并体现安全监测这一领 域的科学性和严谨性。2、模型用到的安全监测仪器可能并不能简单的直接把工程中所用的仪器进行应 用，因为实际工程和模型在尺寸上相差较大，某些仪器需要改装加工后方能应用。3、模型自动化系统的数据采集、处理软件要求具有实时采集和处理功能，以体现 现行安全监测自动化的特点和发展趋势。
权利要求一种安全监测仪器及其自动化室内展示模型，其特征在于该模型包括一个工作平台，该工作平台通过中间支杆和固定支杆放置在基体上，中间支杆和固定支杆的下端固定，中间支杆的上端与工作平台铰接，固定支杆的上端安装有一个压缩弹簧，工作平台下方相对固定支杆的另一侧安装有一个滑动杆，滑动杆的上端与工作平台铰接，滑动杆的下端与设置在基体上的滑槽内的滑块铰接，工作平台上位于固定支杆一侧的上方设置有一个水箱，水箱内底部填充有弹性材料，在位于弹性材料上段位置的水箱侧壁上开有一个进水口并通过管路连接放置于蓄水池中的水泵，水箱上部开有一个溢水口，溢水口外连接一个水槽，该水槽通过管路接入蓄水池中。
2.根据权利要求1所述的安全监测仪器及其自动化室内展示模型，其特征在于所述的 水箱底部的弹性材料内埋有沉降计和土压力计，沉降计和土压力通过微控制单元MCU最终 汇集到计算机控制系统。
3.和量水堰计通 过微控制单元MCU最终汇集到计算机控制系统。
4.根据权利要求1所述的安全监测仪器及其自动化室内展示模型，其特征在于所述的 固定支杆的上端与工作平台之间安装有位移计，在中间支杆上安装有应力计，位移计和应 力计通过微控制单元MCU最终汇集到计算机控制系统。
5.根据权利要求1所述的安全监测仪器及其自动化室内展示模型，其特征在于所述的 滑动杆上安装有倾斜计，与滑动杆铰接的滑块和滑块挡板上设置有测缝计，倾斜计与测缝 计通过微控制单元MCU最终汇集到计算机控制系统。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的安全监测仪器及其自动化室内展示模型，其特 征在于所述的蓄水池一侧通过底部的联通孔设置有一个蓄水池，该蓄水池内填充有渗透性 材料，渗透性材料内放置有孔隙水压力计，该孔隙水压力计通过微控制单元MCU最终汇集 到计算机控制系统。
专利摘要一种安全监测仪器及其自动化室内展示模型。包括一个工作平台、中间支杆、固定支杆和滑动杆，中间支杆、滑动杆的上端与工作平台铰接，固定支杆的上端安装有一个弹簧，滑动杆的下端与滑块铰接，工作平台上设有一个水箱，水箱底部填充弹性材料，水箱侧壁开有一个进水口并通过管路连接蓄水池中的水泵，水箱上部开有溢水口，溢水口外连接水槽，该水槽通过管路接入蓄水池。弹性材料内、水箱中以及各支杆和滑动杆上分别装有沉降计、土压力计、渗压计、量水堰计、位移计、应力计、倾斜计与测缝计等安全监测仪器。该模型通过安全检测仪器实时监测模型各处发生的物理量变化，来展示各种安全监测仪器的工作原理及工作过程，并及时进行数据的采集与处理。
文档编号G09B19/00GK201611530SQ20092025079
公开日2010年10月20日 申请日期2009年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者刘序, 欧阳群安, 渠元闯, 申青松, 石静涛 申请人:渠元闯;石静涛;刘序;申青松;欧阳群安