专利名称：遥测遥控水平垂直位移计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水电水利工程监测设备，特别是一种监测大坝位移量的遥测遥控水平垂直位移计。
在水电水利工程的大坝，特别是土石坝(包括面板堆石坝)施工过程中，需要对大坝的变形进行监测，大坝建成以后，还需要进行长期监测。大坝的变形包括垂直位移与水平位移。在现有技术中这种监测采用水平垂直位移计，其结构包括两个部分，水平位移监测部分在大坝坝体内的测点上固定一根测量钢丝，钢丝的另一端缠绕在一个轮轴系统的小轮(本领域称为“绞轮”)上；在轮轴的大轮(本领域称为“转轮”)上缠绕有悬挂钢丝绳，悬挂钢丝绳的自由端系有砝码(也称为重锤)，砝码包括恒重和配重两串。砝码通过轮轴在测量钢丝上加载张力。当大坝发生水平位移时，测量钢丝随之移动，位移量通过固定于测量钢丝上的游标测尺读出。为了消除测量钢丝的温度变形对测量精度的影响，测量钢丝采用热膨胀系数很小的不锈铟瓦钢丝，而且在不进行测量时，需要将测量钢丝上加载的配重放下，以减少钢丝的徐变。所以在进行测量时需要先加载配重，再进行测量。水平垂直位移计的垂直位移检测部分是设有一个液位计，液位计测量管的下端设有连通管与固定在坝体内的沉降测头连通，连通管内注满液体(一般采用无气水，寒冷地区使用特制的不冻液)，当大坝发生沉降时，沉降测头随之沉降，向连通管充入液体，管内多出的液体会从测头内竖管管口溢出，并从测头下部的排水管排出坝体，使液位计中的液面与测头液面平衡。读出前后两次测量管的液位差，即为大坝的相对沉降量。为了补充蒸发损耗，每次测量前都需要先向液位计连通管内加注液体，直至液面稳定不动，说明液面已与沉降测头竖管管口平齐，才能读取数据，再与上次测量数据相比，得出大坝沉降量。可见，两种测量操作都比较复杂，加之水平、垂直位移的两种数据都是以非电量输出，造成这种仪器很难实现自动化测量。另外，这两种数据的测量过程都是人工操作，难以消除主观误差。同时因大坝测量工作量很大，条件很艰苦，在恶劣气候等情况下，容易造成缺测、漏测，影响测量资料的连续性与完整性。
本发明的任务是提供一种新结构的水平垂直位移计，使大坝位移监测的操作实现完全的自动化，并在自动化的基础上，实现遥测、遥控，以减轻监测人员的劳动强度，改善工作条件，同时消除人工读取数据的主观误差，提高测量精度，保证测量资料的连续性和完整性。
在现有水平垂直位移计的基础上，本发明的方案是将水平垂直位移计的两个部分分别改进，改进后测量水平位移的部分与测量垂直位移的部分可以继续作为一个仪器设置在一起；也可以分开设置，作为两种仪器。分别工作。水平位移测量部分为在大坝坝体内测点上固定一根测量钢丝，钢丝的另一端缠绕在轮轴系统的绞轮上，在轮轴的转轮上缠绕有悬挂钢丝绳，悬挂钢丝绳的自由端系有恒重砝码和配重砝码，其特征是砝码采用电动砝码，在砝码内部设有由微型电动机带动的小型卷扬机，悬挂钢丝绳的自由端固定在小型卷扬机上。平时，只留恒重砝码悬挂在钢丝上，以保持钢丝的设置状态；配重砝码放置在箱底，以减少钢丝所承受的张力。测量时，开动卷扬机使配重砝码提起，处于悬挂状态，测量钢丝被加载上配重产生的张力，可进行测量。测量结束后，反向开动卷扬机，使配重砝码自动落地，消除配重产生的张力。这样实现了自动操作。当坝体位移使恒重砝码的位置变化，例如上升接触了箱顶或下降落地，也可以开动卷扬机调整其高度，以保持恒重。这部分的优选方案是1、在轮轴上设置编码器，由编码器转动角的读数直接测量出大坝位移量，实现自动测量。2、在两个砝码的上、下端或砝码的上、下箱体上，设置限位开关，当砝码的位置过高或过低时，可自动开动卷扬机调整其位置。这里所述的限位开关可以采用机械限位开关；也可以采用电路控制开关或磁控开关等。由于编码器的输出为电量参数；卷扬机也是利用电路开关控制，所以在自动化的基础上实现了遥测、遥控。测量垂直位移的部分的技术方案是设有一个液位计，液位计测量管的下端设有连通管与固定在坝体内的沉降测头连通，连通管内注满液体。其特征是设有一个供液箱，供液箱设管道与液位计相连，管道上设有电磁阀，在液位计的上方设置有由步进电机与绞轮带动的测锤，测锤及液位计中的液体柱分别与控制器成电路连接，控制器的输出与电磁阀及测锤电机连接。测量时，控制器打开电磁阀，供液箱向液位计内注入液体，等待一段预设的时间后，液位计内的液位与沉降测头竖管管口达到平齐，控制器使测锤电机带动绞轮转动，测锤下降，当测锤下端接触液面时，测锤、液位计中液体柱与控制器的电路接通成为回路，这一信号通过控制器使测锤电机停止转动，因测锤电机采用了步进电机，根据步进电机转动的角度，即可自动测得液位数据。优化方案是还设有储液箱，通过水泵与供液箱连接，以补充供液箱中的液体量。补充液体的电磁阀、测锤的步进电机均由控制器控制；步进电机的转动数据也输入控制器，实现了遥测与遥控。
本发明提供的新结构水平垂直位移计，使大坝位移测量的操作实现了完全的自动化，并在自动化的基础上，实现了遥测、遥控，可以大幅度地减轻监测人员的劳动，同时还消除了人工读取数据的主观误差，提高了测量的精度与可靠性。这种自动化的遥测、遥控还可以确保测量资料的连续性和完整性。如采用水平、垂直两部分分别设置的方案，使用会更加方便。
现结合附图与实施例作进一步说明。
图1、图2为水平垂直位移计中水平位移测量部分结构示意图；图3为水平垂直位移计中垂直位移测量部分结构示意图。
实施例1，水平位移测量部分，参照图1、图2在大坝坝体内的测点上固定一根测量钢丝1，钢丝的另一端缠绕在轮轴系统的绞轮2上，在轮轴的转轮3上缠绕有悬挂钢丝绳4，悬挂钢丝绳的自由端系有恒重砝码5、配重砝码6，其特征是采用电动砝码，在砝码内部设有由微型电动机8带动的小型卷扬机7，悬挂钢丝绳的自由端固定在小型卷扬机上。在轮轴上设置编码器9。测量时，开动卷扬机使配重砝码提起，处于悬挂状态，测量钢丝被加载上全部张力，可进行测量，即由编码器转动角的读数直接测量出大坝位移量。测量结束后，反向开动卷扬机，使配重砝码自动落地，测量钢丝消除部分张力。在两个砝码的上、下两端设置有磁铁，在箱体的上方、下方相应位置上，设置有磁控接近开关，当砝码的位置过高或过低时，磁控接近开关通过延时电路自动开动卷扬机调整砝码的位置。
实施例2，垂直位移测量部分，参照图3设有一个液位计10，液位计测量管的下端设有连通管11与固定在坝体内的沉降测头12连通。连通管内注满液体。其特征是设有一个供液箱13，供液箱设管道与液位计相连，管道上设有电磁阀14，在液位计的上方设置有由步进电机15与绞轮16带动的测锤17，测锤及液位计中的液体柱分别与控制器18成电路连接，控制器的输出与电磁阀及测锤电机连接。测量时，控制器打开电磁阀，供液箱向液位计内注入液体，等待一个预设的时间后，液位计内的液位与沉降测头竖管管口平齐，控制器使测锤电机带动绞轮转动，测锤下降，当测锤下端接触液面时，测锤、液位计中液体柱与控制器的电路接通成为回路，这一信号通过控制器使测锤电机停止转动，根据步进电机转动的角度，即可自动测得液位数据。当供液箱中的液位下降时，开动水泵19，由储液箱20补充供液箱中的液体量。
权利要求
1.一种遥测遥控水平垂直位移计，其水平测量部分为在大坝坝体内测点上固定一根测量钢丝，钢丝的另一端缠绕在轮轴系统的绞轮上，在轮轴的转轮上缠绕有悬挂钢丝绳，悬挂钢丝绳的自由端系有恒重砝码和配重砝码，其特征是砝码采用电动砝码，在砝码内部设有由微型电动机带动的小型卷扬机，悬挂钢丝绳的自由端固定在小型卷扬机上。
2.按照权利要求1所述的遥测遥控水平垂直位移计，其特征是在轮轴上设置有直接读出大坝位移量的编码器。
3.按照权利要求1或2所述的遥测遥控水平垂直位移计，其特征是在砝码的上、下端或砝码的上、下箱体上，设置有限位开关。
4.一种遥测遥控水平垂直位移计，其垂直测量部分为设有液位计，液位计测量管的下端设有连通管与固定在坝体内的沉降测头连通，连通管内注满液体，其特征是设有供液箱，供液箱设管道与液位计相连，管道上设有电磁阀，在液位计的上方设置有由步进电机带动的测锤，测锤及液位计中的液体柱分别与控制器成电路连接，控制器的输出与电磁阀及测锤电机连接。
5.按照权利要求4所述的遥测遥控水平垂直位移计，其特征是还设有储液箱，通过水泵与供液箱连接。
全文摘要
将大坝水平垂直位移计的两部分分别改进,水平部分将测量钢丝的砝码改为电动,由内设的小型卷扬机控制砝码的悬挂与放下,并由编码器读出位移量。垂直测量部分增设供液箱,并设电磁阀与液位计相连,控制器操纵电磁阀补充液体。由步进电机带动的测锤下降接触液面时,与液位计液体柱及控制器构成回路,控制器即停止其下降,由步进电机的转动角度得出位移量。两种位移测量实现了自动化和遥测、遥控,提高了测量精度。
文档编号G01C15/00GK1298090SQ0013326
公开日2001年6月6日 申请日期2000年11月24日 优先权日2000年11月24日
发明者李泽崇, 郦能惠, 张志武, 宋永祥, 徐竹青, 唐彤芝, 沈定贤, 庞中玉 申请人:水利部交通部电力工业部南京水利科学研究所