一种测量混凝土内部位移的装置、系统及其安装方法与流程

本发明涉及混凝土内部位移测量领域，具体而言，涉及一种测量混凝土内部位移的装置、系统及其安装方法。

背景技术：

在高铁无砟轨道上，轨道板底部限位凸台与周围结构会产生的相对位移，因此需要对无砟轨道服役状态进行连续观测，为无砟轨道状态评估提供测量数据，以此来提高无砟轨道养护维修效率。

目前，使用位移测量装置测量混凝土结构内部发生的位移时，当混凝土凝结后，很难更换其他测量混凝土内部位移的装置，因此要求测量装置的寿命要长、不易损坏。

技术实现要素：

本发明的第一目的为提供了一种测量混凝土内部位移的装置，其密封性能好，不易损坏，使用寿命长。

本发明的第二目的为提供了一种测量混凝土内部位移的系统，该系统能够快速且连续地测量混凝土结构内部变化后的各个位移，精度高，同时不易损坏，使用寿命长。

本发明的第三目的为提供了一种测量混凝土内部位移的系统的安装方法，使测量混凝土内部位移的系统能够测量双向位移，同时测量混凝土内部位移的系统的密闭性好。

本发明是这样实现的：

一种测量混凝土内部位移的装置，包括壳体、弹片、探针与套管，弹片设置在壳体内部，且弹片的相对两端为固定端与自由端，固定端与壳体连接，弹片包括相对的第一面与第二面，第一面与壳体之间以及第二面与壳体之间均有间隙，第一面和第二面设有应变片，应变片靠近固定端，壳体与自由端对应的位置设置有内径大于套管的第一通孔，探针与自由端连接并且探针的一端由第一通孔伸出壳体，套管活动套设于探针。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，套管的长度小于探针的长度。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，套管活动嵌设于第一通孔，且套管的外侧壁与第一通孔接触。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，应变片包括第一应变片与第二应变片，第一应变片在第一面上，第二应变片设置在第二面上，且第一应变片与第二应变片平行。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，应变片还包括第三应变片与第四应变片，第三应变片设置在第一面上，第四应变片设置在第二面上，第一应变片和第三应变片在第一面上的位置与第二应变片和第四应变片在第二面上的位置相同。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，壳体靠近固定端的端部开设有第二通孔，第二通孔连接有导管。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，外壳设有第一螺钉孔，弹片设有第二螺钉孔，壳体与弹片利用螺钉与螺母穿过第一螺钉孔与第二螺钉孔连接；第二螺钉孔靠近应变片，且与应变片间隔设置。

一种测量混凝土内部位移的系统，包括多个上述测量混凝土内部位移的装置，多个测量混凝土内部位移的装置通过导管连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，测量混凝土内部位移的系统还包括模板，模板与探针抵接。

一种测量混凝土内部位移的系统的安装方法，其包括：在混凝土凹坑内放置测量混凝土内部位移的装置，调整探针和套管并露出探针的远离弹片的一端和部分套管，在壳体的外侧浇筑混凝土以固定壳体，在探针的远离弹片的一端放置模板，并使模板顶住探针，朝壳体移动模板，使弹片发生弹性形变并使探针有预压量，调整套管接触模板，在模板的远离壳体的一侧浇筑混凝土。

本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的测量混凝土内部位移的装置，由于弹片的第一面和第二面设有应变片，且探针与弹片的自由端连接，当探针随着测量结构位移时，使弹片发生弯曲，弹片两面产生大小相等、方向相反的应变δ。位移值与δ呈线性关系，通过应变片及数据处理检测装置即可测量出位移值。由于采用应变片作为测量的主要工具，该装置的测试速度快、测量结果准确。其次，壳体与自由端对应的位置设置有内径大于套管的第一通孔，探针与自由端连接并且探针的一端由第一通孔伸出壳体，套管活动套设于探针，因此套管不仅能够保证壳体的密封性，防止混凝土进入到测量混凝土内部位移的装置内，进一步保护探针，使整个装置不易损坏，使用寿命延长。

本发明提供的测量混凝土内部位移的系统包括上述多个测量混凝土内部位移的装置。多个测量混凝土内部位移的装置的导管连接且连通。通过多个测量混凝土内部位移的装置同时检测在位于同一水平线上不同距离的多个混凝土结构内部位移，取其平均值，得到的结果更加准确。

本发明提供的测量混凝土内部位移的系统的安装方法，通过使模板顶住探针，使探针有一定的预压量，弹片发生形变，同时使套管接触模板。当两侧混凝土远离时，有一定预压量的探针可向外运动；当两侧混凝土接近时，探针可向内部移动，故可以测量双向位移。同时利用该方法安装得到的测量混凝土内部位移的系统的密闭性好，测量结果准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的测量混凝土内部位移的装置的示意图；

图2是本发明实施例提供的测量混凝土内部位移的装置去掉壳体后的第一视角的示意图；

图3是本发明实施例提供的测量混凝土内部位移的装置第去掉壳体后的第二视角的示意图；

图4是本发明实施例提供的测量混凝土内部位移的装置使用状态下的示意图；

图5是本发明实施例提供的测量混凝土内部位移的系统的示意图。

图标：100-测量混凝土内部位移的装置；110-壳体；111-第一端部；112-第二端部；120-弹片；120a-固定端；120b-自由端；121-第一面；122-第二面；130-应变片；131-第一应变片；132-第二应变片；133-第三应变片；134-第四应变片；150-导线；160-套管；170-探针；181-导管；191-螺钉；192-螺母；200-测量混凝土内部位移的系统；300-模板。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中部”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本实施例提供了一种测量混凝土内部位移的装置100，如图1所示，测量混凝土内部位移的装置100具有壳体110。需要说明的是，壳体110的形状、大小及材质不限。在本实施例中，为了适应混凝土内部结构，壳体110为长方体，选用不锈钢制成。壳体110包括相对的第一端部111与第二端部112。

具体地，便于详细说明，图2-图5为测量混凝土内部位移的装置100去掉壳体110后的结构，即测量混凝土内部位移的装置100的内部结构。如图2所示，测量混凝土内部位移的装置100还包括弹片120。弹的相对两端为固定端120a与自由端120b。弹片120设置在壳体110内部，且弹片120的固定端120a与第一端部111连接；同时，弹片120的自由端120b不与第二端部112接触。弹片120包括相对的第一面121与第二面122。第一面121与壳体110之间以及第二面122与壳体110之间均有间隙。可以理解为，弹片120的两侧不与壳体110接触。

第一面121和第二面122设有应变片130。应变片130靠近固定端120a，并与固定端120a间隔设置。在本实施例中，为了增加测量精度及方便加工，应变片130是粘贴在弹片120上的。其次，需要说明的是，弹片120的厚度尽量小，这样测量位移的精度就会相对提高，在本实施例中，优选地，弹片120的厚度为1mm。

与传统测量位移的方法相比，使用应变片130作为测量的主要工具具有以下优点：1、灵敏度高，测量速度快，测量结果精确。2、易于实现测试过程中的全自动化数据采集、多点同步测量、远距离测量和遥控检测，特别适用于混凝土内部结构的检测。3、应变片130标距小、粘贴方便。4、质量轻。5、适用范围广，可在高温、低温、高压、高速等特殊条件下成功量测。6、操作方便，测试方法易于掌握。

测量混凝土内部位移的装置100还包括探针170与套管160，壳体110与自由端120b对应的位置设置有内径大于套管160的第一通孔(图中未标记)，探针170与自由端120b连接并且探针170的一端由第一通孔伸出壳体110，套管160活动套设于探针170。需要说明的是，第一通孔的内径不限，优选地，套管160活动嵌设于第一通孔，且套管160的外侧壁与第一通孔接触，换言之，第一通孔的内径与套管160相适应，套管160与第一通孔相接触并能够发生相对位移。

具体地，在本实施例中，套管160的一端靠近第二面122。探针170穿过套管160，并与第二面122连接。换言之，套管160可相对于外壳滑动，并且不影响探针170活动。外壳上设有套管160，在浇筑混凝时可以保证外壳的密封性。需要说明的是，在本实施例中，优选地，套管160的材质选用质轻的硬质材料，套管160不影响探针170发生正常的位移，使测量的结果更加准确。其次，由于存在套管160可进一步地保护探针170不被损坏。

测量混凝土内部位移的装置100的工作原理是：由于第一面121和第二面122设有应变片130，当探针170随着测量结构发生位移时，使弹片120发生弯曲，弹片120两面产生大小相等、方向相反的应变δ。其次，位移值与δ呈线性关系，通过应变片130及数据处理检测装置即可测量出位移值。

进一步地，在本实施例中，套管160的长度小于探针170的长度。需要说明的是，在其他实施例中，套管160与探针170的相对长度不限。

请参阅图2和图3，在本实施例中，应变片130包括第一应变片131与第二应变片132，第一应变片131设置在第一面121上，第二应变片132设置在第二面122上。其中，第一应变片131与第二应变片132平行，第三应变片133与第四应变片134平行。进一步地，为了增加测量的精度，还包括第三应变片133与第四应变片134，第三应变片133设置在第一面121上，第四应变片134设置在第二面122上。第一应变片131、第二应变片132、第三应变片133及第四应变片134通过导线150连接，采用“全桥接法”。再次，优选地但不局限于此，第一应变片131和第三应变片133在第一面121上的位置与第二应变片132和第四应变片134在第二面122上的位置相同。需要说明的是，应变片130也可采用应变花，其粘结的角度可采用0°、45°或90°等。

再次参阅图1和图2，便于整理导线150且不影响测量精度，壳体110靠近固定端120a的端部开设有第二通孔(图中未标记)，第二通孔连接有导管181。优选地，导管181在本实施例中，导管181为“L”型，采用PVC管。导管181的管口所在的平面与第一面121所在的平面垂直。进一步地，便于调整导管181的管口朝向，导管181可相对于壳体110旋转。即导管181的管口朝向的位置不限。可以根据实际测量的方向来调整导管181的管口朝向。

如图1和图2所示，外壳设有第一螺钉孔(图未示)，弹片120设有第二螺钉孔(图未示)，第一螺钉孔的位置与第二螺钉孔的位置相对应。即壳体110与弹片120可利用螺钉191与螺母192穿过第一螺钉孔与第二螺钉孔连接。壳体110与弹片120通过螺钉191与螺母192连接可进一步增加两者之间的稳定性。

为了不妨碍弹片120的自由端120b活动，第一螺钉孔与第二螺钉孔靠近应变片130，其与应变片130间隔设置，即不与应变片130接触。需要说明的是，第一螺钉孔与第二螺钉孔的数量不限。在本实施例中，为了增加壳体110与弹片120之间的稳定性，第一螺钉孔与第二螺钉孔的数量都为2个。其次，还可利用螺钉191与螺母192将与第一应变片131、第二应变片132、第三应变片133及第四应变片134连接的导线150压紧，防止导线150脱落而影响测量混凝土内部位移的装置100的稳定性。

请参阅图5，本发明实施例还提供了一种测量混凝土内部位移的系统200。测量混凝土内部位移的系统200包括上述多个测量混凝土内部位移的装置100。多个测量混凝土内部位移的装置100的导管181连接且连通。通过多个测量混凝土内部位移的装置100同时检测在同一水平线上，不同距离的多个混凝土结构内部位移，取其平均值，得到的结果更加准确。

本实施例还提供了一种测量混凝土内部位移的系统200的安装方法，结合图1、图2与图4所示。

第一步，混凝土内开设凹槽以放置测量混凝土内部位移的装置100，放置好测量混凝土内部位移的装置100后，将导管181延伸至混凝土外部，以引出壳体110内部的导线150。

第二步，保护好探针170，露出探针170远离弹片120的外端部和部分套管160，在壳体110外侧可先行浇筑混凝土，以固定好测量混凝土内部位移的装置100。

第三步，在探针170的远离弹片120的一端放置模板300，并用探针170外端部固定模板300，模板300可选用泡沫板、橡胶垫、木板等。值得注意的是，为了测量双向位移，首先需要使模板300顶住探针170，即朝壳体110移动模板300，使探针170有一定的预压量，并使弹片120发生弹性形变，同时调整套管160，使其接触模板300，探针170与外界没有缝隙，即保证了壳体110的密封性。

需要说明的是，测量双向位移的原理为：由于探针170有一定的预压量，也即弹片120发生了形变(如图4所示的位置)，当两侧混凝土远离时，有一定预压量的探针170可向外运动；当两侧混凝土接近时，探针170可向内部移动，故可以测量双向位移。

第四步，在模板300远离壳体110的一侧浇筑混凝土，完成安装。

第五步，调试各设备，即可持续采集混凝土内部位移。值得注意的是，在调试过程中，首先需要标定应变片130和弹片120之间的关系，使两者成一个确定的线性关系。

综上，本发明提供的测量混凝土内部位移的装置100，能够持续采集混凝土内部位移，同时测量混凝土内部位移的装置100测试速度快、测量结果准确、使用寿命长且不易损坏。其次，由于套管160活动地嵌设在外壳上，探针170穿过套管160。因此套管160能够保证外壳的密封性，防止混凝土进入到测量混凝土内部位移的装置100内，并且套管160可防止起初探针170受力过大，发生弯折或受其他损坏，进一步地使探针170能够正常工作，使整个测量混凝土内部位移的装置100的工作时间变长。

测量混凝土内部位移的系统200能够同时检测在位于同一水平线上不同距离的多个混凝土结构内部位移，取其平均值，得到的结果更加准确。

测量混凝土内部位移的系统200的安装方法，通过使模板300顶住探针170，使探针170有一定的预压量，弹片120发生形变，同时使套管160接触模板300。使测量混凝土内部位移的系统200能够测量双向位移，同时测量混凝土内部位移的系统200的密闭性好。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。