CN103674065A - 一种滑动式测斜仪检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滑动式测斜仪检测装置及检测方法，包括一测头夹具、一水平仪、一光学分度头以及一平台，所述光学分度头置于所述平台上，所述测头夹具安装于所述光学分度头上，所述测头夹具具有供测斜仪测头导轮滑动的导槽和两个相互垂直的基准面，其中一个基准面安装在所述光学分度头的主轴上，另一个基准面作为所述水平仪调整的基准。利用该装置测量时数据稳定，且基准与工程测量一致，可以检测出滑动式测斜仪***极性、零偏值、标度因数、分辨率、示值误差、重复性等技术指标。

Description

一种滑动式测斜仪检测装置

技术领域

本发明涉及一种检测装置，尤其涉及一种用于对滑动式测斜仪的极性、标度因数、分辨率、零偏、示值误差和重复性等指标测试的装置。

背景技术

滑动式测斜仪是专门用于岩土地基位移测量的仪器，适用于各种岩土地基横向和纵向位移的测量，如水利库坝、堤防、岩土边坡、城市建设地基、基坑开挖、打桩、铁路、公路交通边坡的深部位移或路面水平沉降的测量。该仪器是以加速度计为核心敏感元件的，一般是由测头、电缆组件和采集部件构成，测量测孔相对于底部的水平位移的装置。当测头从测孔底部按一定的间距拉升至测孔顶部，记录每个测量间距相对于重力铅垂线的倾斜角，可得到每个测量间距的水平位移，将所有测量间距的水平位移代数相加，即可获得测孔顶部相对于底部的水平位移。其检测精度对工程质量及工程安全影响很大，往往需要定期对测斜仪的***参数如极性、标度因数、分辨率、零偏、示值误差和重复性等指标进行标定或检测。

国内无该仪器的国家检定规程及成熟的标准设备，目前滑动式测斜仪传统检测方法中，多采用固定支架法，该支架的多个固定角度事先由一定方法测定，其优点是检测操作简单，不足之处是由于角度是固定的，不能实现角度连续变化，对标度因数、分辨率等指标无法检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种能够检测滑动式测斜仪参数的装置，利用光栅分度头，结合测头夹具和水平仪，充分考虑测斜仪测量基准和正反测量等要求，是一种可对测斜仪的***参数如极性、标度因数、分辨率、零偏、示值误差和重复性等指标进行检测的装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种滑动式测斜仪检测装置，包括一测头夹具、一水平仪、一光学分度头以及一平台，所述光学分度头置于所述平台上，所述测头夹具安装于所述光学分度头上，所述测头夹具具有供测斜仪测头导轮滑动的导槽和两个相互垂直的基准面，其中一个基准面安装在所述光学分度头的主轴上，另一个基准面作为所述水平仪调整的基准。

进一步地，所述测头夹具包括一基座和一盖板，所述导槽由基座和盖板装配后形成，两个相互垂直的基准面设于所述基座上，所述盖板与所述基座之间垫有拉伸弹簧，并用螺钉或螺柱连接，用于对导槽的宽度进行调节。

进一步地，所述测头夹具的一端设有挡板。

进一步地，所述拉伸弹簧为圆柱螺旋拉伸弹簧。

进一步地，所述盖板和/或基座上设有减重孔。

进一步地，所述光学分度头具有数字显示器。

一种采用上述装置的测斜仪检测方法，其步骤包括：

1)对上述滑动式测斜仪检测装置进行调平，并将待检测的测斜仪置于测头夹具内；

2)利用调平后的滑动式测斜仪检测装置标定或检测测斜仪的下列参数中的一种或多种：极性、标度因数、分辨率、零偏、示值误差和重复性等。

进一步地，步骤1)进行所述调平的步骤包括：

a)用水平仪将放置光学分度头的平台调平，然后将测头夹具的一个基准面作为安装平面，将夹具安装于光学分度头的主轴上；

b)旋转光学分度头的主轴，将测头夹具调整至近水平状态，将水平仪放于另一个基准面上，利用水平仪的水平指示调整光学分度头，将测头夹具调整至水平位置，再将水平仪在水平面转90°，调整光学分度头主轴的俯仰直至水平；

c)将光学分度头的显示器读数置零，将测头夹具调整至铅垂位置，直至光学分度头的显示器读数为90°，然后将光学分度头的显示器读数置零。

与现有技术相比，本发明的检测装置安装在调平的稳定平台上，测量时数据稳定，且基准与工程测量一致，可以标定或检测测斜仪的下列参数：测斜仪极性、标度因数、分辨率、零偏、示值误差和重复性等技术指标。

附图说明

图1是滑动式测斜仪检测装置示意图。

图2是测头夹具示意图。

图3是测斜仪的结构示意图。

图4是测斜仪的极性试验示意图。

图中标号说明：

1-待测测斜仪样品；2-测头夹具；3-水平仪；4-光学分度头；5-平台；

21-基座；22-减重孔；23-导槽；24-圆柱螺旋拉伸弹簧；25-盖板；26-锁紧螺柱；27-挡板；A、B-基准平面；

31-电缆组件；32-连接器；33-上导轮中的高轮；34-上导轮中的低轮、35-下导轮中的高轮；36-下导轮中的低轮。

具体实施方式

下面通过具体实施例和附图，对本发明专利做进一步说明。

参见图1，是本发明的一种滑动式测斜仪检测装置的实施例，包括待测测斜仪样品1、测头夹具2、水平仪3、光学分度头4和平台5。光学分度头4具有数字显示器，置于平台5上，测头夹具2安装于光学分度头4的主轴上。光学分度头4安装测头夹具2，可以实现精准的角度偏转；测头夹具2内部结构近似测斜管，可模拟测斜仪测头在实际工程测量中***导槽内的工作状态。另外通过测头夹具2可将测斜仪的导轮压紧，实现测头转动角度的精确变化；水平仪3用于对测头夹具上的基准平面找准，通过水平仪可以找到基准平面绝对水平的位置，进而找准作为测头测量基准的铅垂位置。滑动式测斜仪的检测可通过该检测装置实现，完成滑动式测斜仪参数如极性、标度因数、分辨率、零偏、示值误差和重复性等指标的测试。

参见图2，是测头夹具2的组成构件示意图，包括基座21、减重孔22、导槽23、圆柱螺旋拉伸弹簧24、盖板25、锁紧螺柱26和挡板27。基座21具有两个相互垂直的安装基准面，如图2的A平面和B平面所示，主要用于与光学分度头和水平仪相配合，其中一个基准面安装在光学分度头主轴上，另一个基准面作为水平仪调整的基准。

基座21还具有与测斜仪导轮匹配的导槽23，提供测量基准。盖板25与基座21之间垫圆柱螺旋拉伸弹簧24，用锁紧螺柱26连接，通过锁紧螺柱26和圆柱螺旋拉伸弹簧24对导槽的宽度进行调节。测斜仪测头可模拟实际工程测量放入导槽23内，锁紧螺柱26可将导轮压紧。挡板27用于防止测头在检测过程跌落，同时起到测头***深度的定位作用。为了减少夹具质量且尽可能不影响夹具整体刚度，同时便于观察测头放置状态，盖板25和基座21的侧面加工了四个减重孔22。

工程测量中，深部位移分主滑平面即A平面位移和与之垂直的B平面位移。相应地，测头及夹具的测量平面也分A测量平面和B测量平面。检测测头的A(或B)测量平面参数时，所述平台5检测前需要用水平仪3调平。将夹具2的A(或B)测量平面垂直装入光学分度头4内轴并紧固螺栓，此时测头四个导轮构成的平面与转轴垂直。旋转光学分度头4的内轴，将测头夹具2转至水平状态。通过水平仪3将测头夹具2调整至水平位置；然后将水平仪3在水平面转90°，调整光学分度头4内轴的俯仰，直至水平。

然后将光学分度头4的显示器读数置零。将测头夹具2调整至铅垂位置，直至光学分度头4的显示器读数为90°，再将光学分度头4的显示器读数置零。再将待测测斜仪样品1置于紧固在光学分度头4上的测头夹具2中。

经过上述步骤，所述滑动式测斜仪夹具处于调平状态，然后可按照以下步骤进行检测：

(1)极性试验

对于垂直测斜仪极性试验：将测斜仪各部件电气连接；开启测斜仪观测实时输出。图3所示为测斜仪的结构示意图，包括电缆组件31、与电缆组件31相连的连接器32、上导轮中的高轮33(A0向)、上导轮中的低轮36(A180向)、下导轮中的高轮34和下导轮中的低轮35。

将测头铅垂放入夹具2中，如图4所示(该图为图2中导槽的截面示意图，上边和下边为一对导槽的位置)，当测头朝上导轮的高轮方向即A0向倾斜时，测斜仪A向的输出值为正值；当测头朝上导轮的低轮方向倾斜时(A180向)，测斜仪A向输出值为负值。

对于水平测斜仪极性试验：夹具2调整至水平状态，将测斜仪各部件电气连接，固定轮始终朝下，活动轮始终朝上，测头水平放入夹具2中。开启测斜仪观测实时输出。转动光学分度头，使得提升标识为“1”或“+”的测头一端时，数据显示为正；提升标识为“2”或“-”的一端时，数据显示为负方向。

(2)标度因数

第一步，将测头安装于紧固在分度头上的测斜仪测头夹具中，测头四个导轮构成的平面与转轴垂直，再将测头供电输入端通过测试电缆与直流电源相连；

第二步，把测头的信号输出端和数字万用表进行连接；

第三步，旋转光学分度头，通过水平仪将测头调整至垂直位置，将光学分度头数字显示器读数置零，测头供电，使用数字万用表测量输出电压；

第四步，朝上导轮方向转动分度头到一定正角度θ(测量范围内的角度，如30°)，记下此时数字万用表指示U₁；反向转动分度头到一定负角度-θ(测量范围内的角度，如-30°)，数字万用表指示为U₂；

第五步，按公式(1)计算标度因数(单位：V/g)。

K＝(U₁-U₂)/2sinθ..........................(1)

(3)分辨率

第一步，将测头安装于紧固在分度头上的测斜仪测头夹具中，测头四个导轮构成的平面与转轴垂直，再将测头供电输入端通过测试电缆与直流电源相连；

第二步，测头的信号输出端与数字万用表相连接；

第三步，旋转光学分度头，通过水平仪将测头调整至垂直位置，将光学分度头数字显示器读数置零，测头供电，使用数字万用表测量输出电压，旋转分度头使分度头的数字显示器在0°～3°范围内；

第四步，将分度头转角朝上导轮方向递增理论分辨率Δθ(如8")，每增加Δθ记录和外接数字万用表指示，反之往下导轮方向递减理论分辨率Δθ(如8")，同样记下读数；

第五步，朝上、下导轮方向分别做六个增减。

第六步，计算理论值输出增量ΔV=Kgsin(Δθ)(如K=2.5V/g，Δθ=8")。

根据测试数据，得到每一位置的角增量实际输出值ΔVp，比较实测输出增量ΔVp和理论输出增量ΔV之比，若满足公式(2)，即为合格。

ΔVp/ΔV×100％≥50％..........................(2)

(4)零偏

使用电子水平仪将测斜仪夹具调至垂直位置(水平位置)，将测头按A0和A180向依次放入，记录垂直测斜仪(水平测斜仪)位移输出值VA₀和VA₁₈₀。两次读数和的一半：(VA₀+VA₁₈₀)/2。

(5)最大允许误差

第一步，将测斜仪夹具转至正测量范围D_+max位置；

第二步，将测头置于测斜仪夹具中，读数值应为正值，读数稳定后进行测试；

第三步，A0向：使测头从正测量范围D_+max位置开始，按一定角度间隔读数至负测量范围D_-max，测试各角度测斜仪位移输出值A0_i。这里i表示第i个角度位置θ_i(i=1，2，...I，I取不少于7点，角度分布采取大角度位置稀疏，小角度位置密集的原则)；

第四步，将测头再次调整至正测量范围D_+max位置；

第五步，A180向：将测头取出，翻转180°后重新放入，按第三步，测试各角度测斜仪位移输出值A180_i；

第六步，按式(3)计算第i点的示值误差：

Δi=(A0_i-A180_i)/2-L×Sinθ_i.........................(3)

第七步，从Δi中找出绝对值最大者，记为Δi_max，最大允许误差按式(4)计算。

$\mathrm{\δ}=\frac{{\mathrm{\Δi}}_{\max }}{L\×\sin \left(D_{+\max }\right)-L\×\sin \left(D_{-\max }\right)}\×100\%\·\·\·\left(4\right)$

式中：

D_+max——正测量范围(单位：°)；

D_-max——负测量范围(单位：°)；

L——测量间距(单位：mm)，取值和待测产品导轮轴距相同。

(6)重复性

第一步，将测斜仪夹具调至铅垂位置；

第二步，将测头置于测斜仪夹具中，按一定角度间隔转动测斜仪夹具，测试测斜仪读数A_1k，这里k表示第k个角度位置(k＝1，2，...K，K不少于3)；

第三步，取出测头，重复第二步，得到测斜仪读数A_jk，这里j表示重复测量次数(j=1，2，...J，J不少于3)；

第四步，对于第k个角度位置，计算A_jk中最大值和最小值的差值ΔA_jk。从K个ΔA_jk中找出绝对值的最大者，记为ΔA_max；重复性按式(5)计算。

$\mathrm{\δ}=\frac{{\mathrm{\ΔA}}_{\max }}{L\×\sin \left(D_{+\max }\right)-L\×\sin \left(D_{-\max }\right)}\×100\%\·\·\·\left(5\right)$

对于双轴传感器的测头，还需要检测B向参数。检测完A向后取出测头，将夹具从分度头上取下，转动夹具，将夹具2的B测量平面垂直装入光学分度头4内轴并紧固螺栓，重新调整夹具，测量过程与A向完全相同。

以上实施例仅用于说明本发明专利的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明专利的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明专利的精神和范围，本发明专利的保护范围应以权利要求所述为准。

Claims (8)

1.一种滑动式测斜仪检测装置，其特征在于，包括一测头夹具、一水平仪、一光学分度头以及一平台，所述光学分度头置于所述平台上，所述测头夹具安装于所述光学分度头上，所述测头夹具具有供测斜仪测头导轮滑动的导槽和两个相互垂直的基准面，其中一个基准面安装在所述光学分度头的主轴上，另一个基准面作为所述水平仪调整的基准。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述测头夹具包括一基座和一盖板，所述导槽由基座和盖板装配后形成，两个相互垂直的基准面设于所述基座上，所述盖板与所述基座之间垫有拉伸弹簧并用螺钉或螺柱连接，用以对导槽的宽度进行调节。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述测头夹具的一端设有挡板。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述拉伸弹簧为圆柱螺旋拉伸弹簧。

5.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述盖板和/或基座上设有减重孔。

6.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述光学分度头具有数字显示器。

7.一种采用权利要求1所述装置的测斜仪检测方法，其步骤包括：

1)对滑动式测斜仪检测装置进行调平，，并将待检测的测斜仪置于测头夹具内；

2)利用调平后的滑动式测斜仪检测装置检测测斜仪的下列参数中的一种或多种：极性、标度因数、分辨率、零偏、示值误差、重复性。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤1)所述调平的步骤包括：

a)用水平仪将放置光学分度头的平台调平，然后将测头夹具的一个基准面作为安装平面，将夹具安装于光学分度头的主轴上；

b)旋转光学分度头的主轴，将测头夹具调整至近水平状态，将水平仪放于另一个基准面上，利用水平仪的水平指示调整光学分度头，将测头夹具调整至水平位置，再将水平仪在水平面转90°，调整光学分度头主轴的俯仰直至水平；

c)将光学分度头的显示器读数置零，将测头夹具调整至铅垂位置，直至光学分度头的显示器读数为90°，然后将光学分度头的显示器读数置零。

Images