[发明专利]悬臂差动式地裂缝位移测试仪

说明书

技术领域

本发明属于地质灾害与防治领域，具体应用于地裂缝、地面沉降等灾害的微变量位移的测试工作。

背景技术

现有的地裂缝监测装置大致有以下几种：①横梁式（KHALID等，1999），将横梁架于裂缝两侧，通过观测横梁变形推算裂缝垂向活动情况；②立柱式（翟越等，2009），将两根立柱、一根横梁安装于裂缝两侧，通过滑轮连接传感部件以观测垂向、横向活动情况；③悬锤式（王建秀等，2010），由支架、滑轮、测绳、自进土锚等部件组成，通过角度盘读数以推算地裂缝水平和垂向位移情况。这些监测装置能在一定程度或精度上（0.1mm左右）反映地裂缝的活动情况，其缺点在于周期长、结构繁、精度低、不可存储等方面；而地裂缝活动是长期、缓慢的地质过程（多年活动量为数厘米，每小时活动量为±0.001mm），不利于实际测试工作进行，因此亟需一种周期更短、精度更高、分析更可靠的位移测试仪器。

发明内容

为解决同类仪器的诸多不足，本发明的目的在于以下几点：一是精确、可度量，其关键问题在于如何将微变量的位移值精确、稳定地放大到有效感知量程；二是简单、稳定性好，通过设计使结构尽可能简单、合理，减少相互联接以促进测量数值的稳定；三是动态、可分析，所要考虑该设计与其他相关产品（如传感器）的兼容性，兼用其长、以化其难；四是轻便、适用广，该设计规格要小、方便携带，以满足地裂缝的多点、多区、不定期地测量工作。

针对以上问题，本发明的设计方案是：一是基座支撑，该基座由矩形面状钢板制成，以4根钢钎穿过四角，并深入地下，以确保整体的水平和固定；二是悬臂挑梁，悬臂由整根工字型碳钢制成，并在其前端以斜拉钢丝勒于后端支柱上，以确保悬臂的能负重、不变形；三是齿轮传动，位移传动装置由多组（4组）双联齿轮啮合而成，将位移的微变量值放大到百倍、千倍甚至更高倍数；四是电阻感应，位移放大装置采用差动电阻感应器，并与电脑连接，以动态监测电阻（位移）随时间的变化特征曲线；五是三向使用，安装方向决定了测量方向，通过调整位移放大装置的方向，以获得地裂缝在垂向、横向、走向三向活动情况。

与同类仪器相比，本发明更加贴近地裂缝的监测与测试任务，其优点可概括为结构简单、测试精准、成本低廉、适用广泛等主要特点。

附图说明

图1为安装部分，各数字表示组成测试仪的部分，具体是：Ⅰ-基座，Ⅱ-悬臂，Ⅲ-位移传动放大器，Ⅳ-位移传感器，Ⅴ-接触杆，Ⅵ-电源，Ⅶ-电脑。

图2为基座部分，各数字表示为：①-基座钢板（矩形），②-悬臂梁（条状工型钢），③-立柱，④-钢钎，⑤-斜拉钢丝。

图3为传动（感）部分，各数字表示为：①-双联齿轮，②-传动直条齿轮，③-联系齿轮，④-传感直条齿轮，⑤-电阻感应器，⑥-触探基准，⑦-保护套，⑧-观测孔，⑨-外壳。

图4为探测部分，各数字表示为：①-传动直条齿轮，②-钢钎。各构件尺寸如图标示为准。

具体实施方式

以地裂缝活动测试为例，其实施方式具体如下：首先，选择裂缝两侧较为平整、稳固的区块（面积至少为10m2）。其次，将4根钢钎按照基座钢板预留孔相对位置分布而锤击、深入地下，以确保仪器整体的稳定；通过上、下螺母将基座钢板固定于钢钎上，调节螺母位置以确保基座板水平。再次，在悬臂梁一端安装传动部分，另一端固定于基座钢板上，并将立柱旋紧、固定在基座板上，通过斜拉钢丝将立柱与悬臂梁（远端）连接，利用螺母旋紧，使钢丝紧拉悬臂梁。又次，将触探钢钎插入地下一定深度，并与传动直条齿轮收尾相连、扣在一起，以保证两者联为整体而不松动。最后，将传动部分伸出的两条线路，分别连接电源和电脑。测试时，应避免人车运动造成地面振动情况的发生，以减小人为干扰因素。

其相关计算如下：设双联齿轮直径比为i（大齿直径比小齿直径），地裂缝位移为l₀，电阻传感器感应位移为l_s，传感器电阻为R，电阻率为ρ，截面面积为S。这样，就可以得到如下公式：

传动放大器的放大倍数为i⁴；

l_s=i⁴l₀，

R=ρl_s/S=ρi⁴l₀/S，

因此，地裂缝的实际位移为：l₀=RS/(ρi⁴)。