坡度角測(cè)量工具探究

周存圣

摘 要：坡度角的測(cè)量和檢測(cè)在工程建設(shè)中占有重要地位，傳統(tǒng)的方法較為復(fù)雜，筆者通過(guò)大量調(diào)研，結(jié)合多年的工作實(shí)踐，研制成功了坡度角測(cè)量工具。有效解決了建筑工地的基坑護(hù)坡、公路路基護(hù)坡、河道、水庫(kù)護(hù)坡等的坡度測(cè)角問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：坡度角;檢測(cè)

測(cè)量是工程建設(shè)中的一個(gè)重要組成部分，其中坡度角的測(cè)量和檢測(cè)在工程建設(shè)上占有重要地位。目前坡度角測(cè)量使用的儀器和方法較為復(fù)雜，需要使用專用儀器，分別測(cè)出兩點(diǎn)之間的高度差及兩點(diǎn)間的直線距離，再經(jīng)過(guò)計(jì)算方能取得最后結(jié)果。成本高，費(fèi)時(shí)，費(fèi)力，而且增加了測(cè)量誤差。為解決現(xiàn)有技術(shù)中坡度角測(cè)量過(guò)程較復(fù)雜，測(cè)量誤差較大的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種坡度角測(cè)量工具，可以直接進(jìn)行坡度角測(cè)量，成本小，造價(jià)低，操作方便，測(cè)量誤差小。

一、總體思路

坡度角測(cè)量工具運(yùn)用“鉛垂線原理”和“幾何中平行線內(nèi)錯(cuò)角相等原理”，利用殼體和內(nèi)部的角度度量裝置，組成指針式坡度角測(cè)量工具。玻璃罩內(nèi)裝有半圓形刻度盤，其上標(biāo)有刻度。在半圓的中心裝有中心軸，軸上固定指針和擺錘桿，并且使指針與擺錘桿相互垂直，軸的兩端嵌入軸承并固定于殼體的兩側(cè)中心處，固定于一體的中心軸、指針和擺錘桿可以在重力的作用下自由擺動(dòng)。考慮到工作環(huán)境的因素，在殼體內(nèi)部加裝了照明裝置，便于在昏暗的環(huán)境中準(zhǔn)確讀取數(shù)據(jù)。測(cè)量結(jié)束，將擺錘鎖定，從而有效避免移動(dòng)過(guò)程中擺錘的隨意擺動(dòng)。

二、探究過(guò)程

1、探究?jī)?nèi)容及原理

該測(cè)量工具重點(diǎn)針對(duì)制作過(guò)程中的誤差控制問(wèn)題、指針與擺錘桿垂直度的精度控制、照明亮度與電池使用壽命、整體重量及尺寸等問(wèn)題進(jìn)行了多次改進(jìn)，同時(shí)考慮使用環(huán)境、耐用、輕便、便于制作等因素確定下列研究?jī)?nèi)容：①半圓形刻度盤分劃方法;②指針與擺錘桿垂直度的精度控制;③擺錘鎖定裝置;④照明亮度與電池使用壽命的優(yōu)化配置;⑤根據(jù)使用環(huán)境，試驗(yàn)選取材料及外部尺寸。

由于擺錘桿與指針成垂直狀態(tài)，當(dāng)工作中的擺錘穩(wěn)定后，指針便處于水平。由“平行線內(nèi)錯(cuò)角相等”原理可知，此時(shí)在刻度盤上讀出的數(shù)值就是坡度角的角值。

2、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

玻璃罩內(nèi)裝有半圓形刻度盤，其上標(biāo)有刻度。在半圓的中心裝有中心軸，軸上固定指針和擺錘桿，并且使指針與擺錘桿相互垂直，軸的兩端嵌入軸承并固定于殼體的兩側(cè)中心處，固定于一體的中心軸、指針和擺錘桿可以自由擺動(dòng)。

在測(cè)量工具中心軸上加裝軸承，使擺錘能夠自由擺動(dòng)。指針與錘球桿相互垂直，并可進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)工具處于工作位置時(shí)，擺錘能很快穩(wěn)定在鉛垂線上，從而直接測(cè)量坡度角。

當(dāng)工作環(huán)境變暗，影響正常讀數(shù)時(shí)，可以開(kāi)啟照明裝置，從而保證測(cè)角工作的正常進(jìn)行。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，該照明裝置可以連續(xù)使用8小時(shí)而不必更換電池。

為了保證該工具的長(zhǎng)久使用而測(cè)角精度不會(huì)下降，在測(cè)角裝置和照明系統(tǒng)外部加裝了殼體。在殼體內(nèi)加裝了擺錘鎖定裝置，有效避免了移動(dòng)過(guò)程中擺錘的隨意擺動(dòng)。

3、誤差分析

該工具測(cè)角過(guò)程中所產(chǎn)生的誤差，主要來(lái)自于制作誤差和讀數(shù)誤差兩個(gè)方面。

制作誤差主要由制作加工和制成品校驗(yàn)不完善引起。對(duì)消除或減弱上述誤差所采取的措施是：①對(duì)測(cè)角用的刻度盤有手工繪制改成激光雕刻機(jī)刻制，并將最小分劃有2度縮小至0.5度;②反復(fù)驗(yàn)證指針、錘球桿、中心軸間的垂直度，保證兩兩間的夾角誤差在秒級(jí)范圍內(nèi);③反復(fù)修正中心軸與刻度盤中心的對(duì)中誤差。

讀數(shù)誤差與觀測(cè)者的工作經(jīng)驗(yàn)和操作熟練程度有關(guān)，經(jīng)驗(yàn)不足，可能造成誤差超限。為此，觀察者首先要與刻度盤成垂直狀態(tài)，待指針?lè)€(wěn)定后再仔細(xì)讀取數(shù)值。

通過(guò)以上分析，對(duì)誤差產(chǎn)生的因素進(jìn)行有效控制后，可以將測(cè)角精度控制0.5度以內(nèi)。

4、方案實(shí)施

坡度角測(cè)量在工程建設(shè)和檢查驗(yàn)收過(guò)程中都有著廣泛的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，多次深入建筑工地、監(jiān)理公司、市政建設(shè)工程公司等進(jìn)行調(diào)研，征求一線技術(shù)工人需求，不斷改進(jìn)產(chǎn)品原有設(shè)計(jì)。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研的結(jié)果，定位測(cè)角工具功能，設(shè)計(jì)出整體結(jié)構(gòu)。由角度測(cè)量裝置、照明電路和擺錘鎖定裝置三部分組成。角度測(cè)量裝置由刻度盤、指針、擺錘;照明電路由LED燈條、亮度調(diào)節(jié)旋鈕、開(kāi)關(guān)、電源。角度測(cè)量裝置可以對(duì)坡度角進(jìn)行測(cè)量;照明電路可以在昏暗的工作環(huán)境中開(kāi)啟，便于觀測(cè)人員觀測(cè)讀數(shù);擺錘鎖定裝置可以在結(jié)束工作后，將擺錘固定，從而避免在移動(dòng)過(guò)程中擺錘的隨意擺動(dòng)。使產(chǎn)品具有了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，操作方便，測(cè)量精度能滿足用戶需求，測(cè)量速度快，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn);加裝照明電路后，實(shí)現(xiàn)了夜間觀測(cè)。

三、結(jié)語(yǔ)

該工具適用于建筑工程、交通工程、水利工程等行業(yè)。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，該產(chǎn)品可以供需到各類工程公司、企業(yè)和個(gè)人。在建筑工地的基坑護(hù)坡、公路路基護(hù)坡、河道、水庫(kù)護(hù)坡等有坡度的地方，都需要進(jìn)行坡度角觀測(cè)?，F(xiàn)有技術(shù)中坡度角測(cè)量過(guò)程較復(fù)雜，需要使用專用儀器，分別測(cè)出兩點(diǎn)之間的高度差及兩點(diǎn)間的直線距離，再經(jīng)過(guò)計(jì)算方能取得最后結(jié)果。方法陳舊，誤差控制難，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。該工具可以直接進(jìn)行坡度角的測(cè)量，勞動(dòng)效率高，應(yīng)用前景廣闊。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，該測(cè)角方法與傳統(tǒng)方法相比，可以提高工效百分之五十以上，而且測(cè)角精度完全能夠滿足工程現(xiàn)場(chǎng)需求。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

淄博職業(yè)學(xué)院建筑工程學(xué)院專業(yè)課教師。主要從事《建筑工程測(cè)量》課程教學(xué)、實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)、國(guó)家及省市“測(cè)繪賽項(xiàng)”大賽指導(dǎo)等。