[实用新型]结构水平位移观测装置

说明书

本申请涉及建筑结构的位移测量装置，特别涉及结构水平位移观测装置。

监视结构位移对于重要建筑物的安全使用十分重要。在高耸大跨度结构测定中，广泛使用铅垂线(以下称张线)把高空、远距离的结构位移传递到地面或人们容易接近的位置进行测量。测量张线的位移即是结构的位移。

在利用张线测量位移技术中，法国使用了一种极座标游标卡尺读数器测量核电站安全壳的水平位移(《核电工程与技术》1996年第3期)。它是一个半圆形的读数盘，有一个缺口，该盘与测点相对固定安装，并使张线从缺口通过。在盘的缺口附近有基准物，它是2个圆锥体尖锋。在盘的边缘左右圆弧上分别有游标卡尺。测量时移动游标卡尺的副尺使张线、尖锋的锋尖、副尺瞄准孔同在一直线上，记录游标卡尺的读值，算出张线的原始位置(x₀、y₀)。当张线发生水平位移时，重新调整上述三点在一直线上，再记录读值，并再次算出张线的位置(x₁、y₁)。最终算出张线的位移值。

利用该装置测量位移，测读方便，长期稳定性好。但是分辨率低(0.1mm)，测量精度不高(0.5mm)，而且要用三角函数计算，比较烦琐。影响测量精度的主要因素是两个弧长的测读误差大。此外，圆锥体的锋尖一旦被碰坏，失去唯一的基准点，更影响测量。

本实用新型的目的就是提高结构水平位移测量的分辨率和精度，使其达到美国标准《混凝土反应堆容器和安全壳规范》(ACI359-95)关于绝对误差为0.25mm和相对误差为5％的规定，可用于高精度的位移测量。

为此，本申请的装置除了带缺口的托盘及其上的基准物外，还有光路上有十字丝的光学显微镜(以下称显微镜)和螺旋测微器(以下称测微器)，它们在托盘上互相垂直安装，前者在上，后者在下，并用螺丝将前者固定在后者的滑块上，使前者在后者的轴向能够滑动。它们在托盘上的安装定位点是以显微镜能清楚瞄准张线时，其调焦范围的中点位置。安装定位点在托盘上的x方向和y方向各取一个。所说基准物只有一个，它是一个至少有一条直线段垂直于托盘的物体。因此它可以是水平断面为三角形、四边形或其他多边形的物体，不论其是柱状或锥体状，只要至少有一条棱垂直于托盘即可。此外，所说基准物也可以是角钢或圆柱体。测量时以其一条垂直于托盘的棱即直线段(以下称垂直棱)为基准线。基准物位置的设计是以垂直棱至缺口中心的距离在x方向和y方向相等，并在张线的预期最大位移值与测微器量程之间取值。

显微镜与测微器在托盘上安装定位的方式至少可以有以下两种：一是在测微器底座下设至少两个销钉，在托盘的定位点设相应的销钉孔；二是在测微器底座下装设可使其吸坐在托盘上的磁性材料。

本装置是用显微镜、测微器和托盘协同工作，共同完成结构水平位移测量功能。显微镜分别将张线和垂直棱放大，其边界清楚，测量时显微镜的十字丝分别能准确的瞄准张线的一个边界和垂直棱，重合度很好，加上用高精度的测微器读值，从而可以获得0.01mm的分辨率和最大绝对误差0.15mm的测量精度，优于美国标准，更优于极座标游标卡尺读数器，完全满足核电站安全壳的测量要求，当然更能满足一般高耸大跨度结构水平位移的测量要求。测读方便，计算简单，垂直棱不易被整体损坏，使用寿命长，装置长期稳定性好。

下面通过附图和实施例进一步说明本装置的技术特征、使用方法和效果。

图1是极座标游标卡尺读数器平面示意图；

图2是本装置的平面示意图。

附图标记：1-张线；2-圆锥体尖锋；3-副尺；4-托盘；5-有锐角垂直棱的三棱锥体；6-显微镜；7-测微器；8-定位孔；d、g-弧长；x、y-水平位移方向

实施例1(图2)：带缺口的托盘4用厚8mm以上的镀铬钢板或不锈钢板制作，其形状为矩形(也可为半圆形)，其外围尺寸以能放置显微镜6和测微器7即可。缺口为正方形(也可为圆形)，其1/2边长(或半径)略大于张线的预期水平位移(20mm)。基准物是固定在托盘缺口附近的不锈钢三面体锐角垂直棱锥体5，其垂直棱至缺口中心的距离在x方向和y方向均为25mm。

选用上海光学仪器厂的15J测量显微镜，将其目镜筒和测微器分离后在托盘上相互垂直组装，前者在上，后者在下，用螺丝将前者固定在后者的滑块上。所说目镜筒，其光路上有十字瞄准丝，可放大25倍，可作为本装置所说的显微镜。测微器量程为50mm，分度值为0.01mm。将它们安装在托盘4上时，以显微镜能清楚瞄准张线时，其调焦范围的中点作为在托盘上的安装定位点。这种定位点在x方向和y方向各取一处。