静力水准仪的工作原理和选型!

 一、静力水准仪简介

对结构健康影响很大的外力因素是重力，因此结构的竖向位移很能代表结构位置的变化。竖向位移通常也简称沉降。

传统的人工测量耗时太多，监测周期长，只能反应变化的长期趋势。难以反应快速变化的竖向位移。而静力水准仪可用来在线自动测量沉降数据。

二、静力水准仪的原理及分类

静力水准仪是依据“连通管”原理工作的：两端开口与大气相通的U型管注入液体后，液体在大气压力和重力的作用下，然后会保持在同一个水平面。测量出测点液位的变化，即可得到测点的位置变化。

根据这个原理，市面上出现了液位式静力水准仪和压差式静力水准仪。液位式水准仪是通过测量每个测点液位变化的高度来计算沉降的，而压差式静力水准仪是通过计算不同测点间的液体压力变化量再除以液体的密度和重力加速度得到沉降值。

液位式静力水准仪由于原理简单，液位变化直观，测量液位的技术简单成熟，因此种类繁多。液位测量的方式有机械式、非机械式两种。

机械式的液位测量是在液位中放入浮球，液位变化时，浮球会随液位而变动，测量出浮球的位置变化，即可得到液位的变化。常见的测量浮球位置变化是通过磁致伸缩原理来实现的。

非机械式的液位测量方式有超声波、电容，毫米波雷达、机器视觉、压差。

超声波、毫米波液位测量是利用超声波或电磁波遇到液体与气体的界面时会发生反射的原理，测量出超声波在液体中传播所用的时间，根据液体中声波的速度，求出液位的。

机器视觉是利用摄像装置，观察辅助激光光束在液面的光斑位置变化，求出液位变化的。由于摄像装置的光学器件会收到水蒸气的遮蔽、侵蚀等影响，对视频数据的解算需要硬件和软件支持，结构复杂，体积较大、成本较高，目前很少有应用，因此本文不做展开介绍。

电容式液位测量原理是利用液位变化时，液体与上方的金属之间的电容会发生变化。通过测量电容的变化，可求出液位的变化。由于影响到电容的不仅是两板之间的距离，液体上方的空气密度、温度、结构件几何尺寸都会影响到电容的变化，且测量的量程较小。