CN112833838B

CN112833838B - 一种多形的空间三维位移监测装置及位移计算方法

Info

Publication number: CN112833838B
Application number: CN202011064346.XA
Authority: CN
Inventors: 黄德武
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2023-04-28
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: CN112833838A

Abstract

本发明涉及一种多形空间三维位移监测装置及位移计算方法，属于工程测量、安全监测领域。监测装置由底座，测缝计、支撑杆组成。底座可任意三角形形式，三支测缝计一端与底座三顶点连接，另一端集合在一起，由支撑杆固定于监测对象上。空间三维位移监测计算方法的坐标系选择上采用测量坐标系，通过三棱锥体积演变法及坐标增量计算法计算三维位移。本发明在装置上底座形状自由、占地小、安装灵活、三维位移计算方法简单、准确、通用、可程序化，便于应用等优点。

Description

一种多形的空间三维位移监测装置及位移计算方法

技术领域

本发明涉及安全监测领域，具体为一种多形的空间三维位移监测装置及位移计算方法。

背景技术

大型结构工程的设计、施工及后期运营过程中，难免会产生裂缝(三维方向)，这些缝隙的变形特征，既是反应结构受力状态的重要表征，也是评估结构健康状态的重要指标，准确地监测这些结构缝隙，对于结构的设计、施工和后期运营安全至关重要。

目前市面上的空间三维位移监测多数采用三向测缝计进行，而三向测缝计的安装其底座全部采用固定直角三角形结构，使用时将某一条直角边与计算位移坐标系重合，存在占地大，安装不灵活等问题；同时由于空间三维变形的不确定性，目前的计算方法都是针对固定型的监测装置，采用近似计算，尤其是在同一个监测工程中使用不同厂家的监测装置，数据处理方法不同，导致计算没有通用性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种多形的空间三维位移监测装置及位移计算方法及其使用和检测方法。

本发明提供如下技术方案：一种多形的空间三维位移监测装置，包括底座安装平台、底座、测缝计、监测体和固定杆，所述底座安装平台的一侧固定连接有底座，所述底座的形状为三角形，所述底座上安装有三组测缝计，所述底座的一端固定连接有固定杆，并通过固定杆与监测体固定连接，从而对底座起到支撑作用。

优选的：所述底座的尺寸大小与三角形形状均为任意规格。

一种多形的空间三维位移计算方法，包括以下步骤：

步骤S1，根据底座结构及形状，计算底座在设定坐标系下的三维坐标；

步骤S2，根据安装的三支三向测缝计的初始长度，计算出集合点的初始空间三维坐标(x0,y0,z0)；

步骤S3，根据实时监测的三支测缝计的数据，计算出集合点的实时空间三维坐标(xi,yi,zi)；

步骤S4，根据步骤S3和S2，计算监测对象的三维位移量(xi-x0,yi-y0,zi-z0)；

步骤S5，若需监测不同方向的位移变化情况，可对步骤S4的位移量进行投影计算转换。

优选的：所述方法采用了测量坐标系。

优选的：所述方法通过三棱锥体积演变，并对测量坐标下的投影进行计算。

与现有技术相比，本发明提供了一种多形的空间三维位移监测装置及位移计算方法及其检维修方法，具备以下有益效果：

本发明的新颖性是安装底座的形状是任意三角形，解决了原底座占地大、安装不灵活的缺点；创造性是特别适合安装空间大小不一、尤其是狭小空间的监测工程，计算方法采用三棱锥体积演变及投影相结合，适合任意形的三维空间三维位移监测，计算严密、准确、精确，计算方法通用，可实现程序化。

附图说明

图1为本发明监测装置主视示意图

图2为本发明计算方法示意图。

图1中：1、底座安装平台，2、底座，3、测缝计，4、监测体，5、固定杆，A、B、C为底座三角形的三顶点，O为三支测缝计集合点。

图2中：O’为O在面ABC的投影、O O’⊥△ABC、O’O1⊥AB、O’O2⊥BC、O’O3⊥AC。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：如图1所示，该空间三维位移监测装置，由底座2、三组测缝计3和固定杆5组成，底座2的形状△ABC自由设置，无需垂直或平行监测对象。

实施例二：如图2所示，监测位移计算坐标系的建立为Y轴平行于监测对象，X轴垂直Y轴并指向监测对象，Z轴垂直底座2，底座2的形状可自由设置，无需任何一条边与坐标轴X、Y垂直或平行。

实施例三：如图2所示，记三棱锥O-ABC的6条棱OA、OB、OC、AB、BC、CA的长度分别为a、b、c、l、m、n，可计算出三棱锥O-ABC的体积VO-ABC以及底面△ABC上的高hOO’。

实施例四：由a、b、c、l、m、n计算△OAB、△OBC、△OCA面积，并计算底座测缝计3上边AB、边BC、边CA上的高O-O1、O-O2、O-O3；由O-O1、O-O2、O-O3、hOO’计算O’-O1、O’-O2、O’-O3的长度。

实施例五：由l、m、O-O1、O-O2、O-O3计算A-O1、B-O2、A-O3长度。

实施例六：由底座2的三顶点A、B、C计算边AB、边BC、边AC的方位角αAB、αBC、αAC，与A-O1、B-O2、A-O3结合计算出O1、O2、O3的平面坐标(XO1，YO1)、(XO2，YO2)、(XO3，YO3)。

实施例七：由(XO1，YO1)、(XO2，YO2)、(XO3，YO3)、αAB、αBC、αAC、O’-O1、O’-O2、O’-O3计算O’坐标(XO’，YO’)，三维坐标为(XO’，YO’，hOO’)。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种多形的空间三维位移计算方法，其特征在于：

通过监测装置实现位移计算，所述监测装置包括底座安装平台（1）、底座（2）、测缝计（3）、监测体（4）和固定杆（5），所述底座安装平台（1）的一侧固定连接有底座（2），所述底座（2）的形状为三角形，所述底座（2）上安装有三组测缝计（3），所述底座（2）的一端固定连接有固定杆（5），并通过固定杆（5）与监测体（4）固定连接，从而对底座（2）起到支撑作用；所述底座（2）的尺寸大小与三角形形状均为任意规格；

利用上述监测装置实现的空间三维位移计算方法，包括以下步骤：

步骤S1，根据底座（2）结构及形状，计算底座（2）在设定坐标系下的三维坐标；监测位移计算坐标系的建立为Y轴平行于监测对象，X轴垂直Y轴并指向监测对象，Z轴垂直底座2，底座（2）的形状可自由设置，无需任何一条边与坐标轴X、Y垂直或平行；

步骤S2，根据安装的三支三向测缝计（3）的初始长度，计算出集合点的初始空间三维坐标（x0,y0,z0）；

步骤S3，根据实时监测的三支测缝计（4）的数据，计算出集合点的实时空间三维坐标（xi,yi,zi）；

步骤S4，根据步骤S3和S2，计算监测对象的三维位移量（xi-x0,yi-y0,zi-z0）；

2.根据权利要求1所述一种多形的空间三维位移计算方法：其特征在于：所述方法采用了测量坐标系。

3.根据权利要求1所述一种多形的空间三维位移计算方法：其特征在于：所述方法通过三棱锥体积演变，并对测量坐标下的投影进行计算。