一种坡度测量装置技术领域
本实用新型涉及工程测量技术领域，具体为一种土木建筑工程测量装置，尤其涉及一种坡度测量装置。
背景技术
在土木建筑工程行业中，准确地测量是保证工程质量所必不可少的一个控制性环节，如果测量方法不当，将直接给建筑结构带来外观线形差异、结构受力不合理等问题，严重影响结构的适用性和耐久性等，给人们带来巨大的安全隐患和经济损失。
坡度在现代土木建筑工程行业中是一种十分常见的结构形式，现有的针对坡度测量的方式主要通过人工拉尺确定，这种测量方式一方面存在较大的测量误差，不够精确；另一方面需要多人共同操作，反复校核，显得繁琐。除此之外，虽然现在也出现了一些采用红外线测距等较为便捷准确的方式，但都是针对外轮廓较为规范的斜坡直接确定坡度测量方向，实际工程结构物的外轮廓多多少少存在一定的瑕疵，采用这类方法确定的坡度值是否准确还有待探讨。
因此，如何在已有坡度测量技术上进一步地研发改进，是保证工程结构建设准确性和使用安全性的重要举措。
实用新型内容
针对上述现有技术的不足，本实用新型提供一种坡度测量装置，该测量装置具有使用方便，测量精确，节约人工成本等优点，同时该测量装置对一些坡度较大、环境较为恶劣和上、下边缘存在瑕疵的坡度也能进行准确的测量。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：
一种坡度测量装置，包括从下到上依次连接的底部固定调平机构、竖向旋转支撑机构和水平测量机构，所述底部固定调平机构安装在待测量坡度的上方，所述竖向旋转支撑机构下端与所述底部固定调平机构连接并可绕所述底部固定调平机构旋转，所述竖向旋转支撑机构下端设有能够读取所述竖向旋转支撑机构旋转角度的角度测量装置，所述竖向旋转支撑机构上端与所述水平测量机构连接并能够带动所述水平测量机构一起旋转，所述水平测量机构包括水平伸缩杆、激光测距仪和与所述激光测距仪电连接的激光距离显示器，所述激光测距仪通过激光测距仪调平机构安装在所述水平伸缩杆的伸缩端。
激光测距仪是一种可发出激光并对待测目标的距离进行准确测定的仪器。
本实用新型的工作原理是：在使用本实用新型的坡度测量装置对待测坡度进行测量时，将坡度测量装置通过底部固定调平机构安装在待测量的坡度上；通过底部固定调平机构对水平伸缩杆进行调平，通过激光测距仪调平机构对激光测距仪进行调平，使得激光测距仪发射的激光垂直向下照射在待测量的坡度上，然后将竖向旋转支撑机构连同水平测量机构一起旋转到待测量坡度的任意位置，记录下此时角度测量装置上的读数α，打开激光测距仪，使得激光测距仪发射激光并照射在待测量的坡度上，记录下此时激光距离显示器上显示的激光测距仪与激光测距仪发出的激光在待测量坡度上的投影之间的距离h1；调节水平伸缩杆，使得水平伸缩杆带动激光测距仪沿水平方向缩短/伸长一定的距离s，再次记录下此时激光距离显示器上显示的激光测距仪与激光测距仪发出的激光在待测量坡度上的投影之间的距离h2；然后将竖向旋转支撑机构连同水平测量机构一起再次旋转，旋转的同时观察激光距离显示器上显示的激光测距仪与激光测距仪发出的激光在待测量坡度上的投影之间的距离，当该距离达到h2时，停止竖向旋转支撑机构和水平测量机构的旋转，记录下此时角度测量装置上的读数α1；调节水平伸缩杆，使得水平伸缩杆带动激光测距仪沿水平方向伸长/缩短距离s，调节竖向旋转支撑机构使得激光距离显示器上显示的激光测距仪与激光测距仪发出的激光在待测量坡度上的投影之间的距离为h1，记录下此时角度测量装置上的读数α2；根据测量得到的数据和相关的几何关系即可以得到坡度的计算公式为：
式中：θ1为待测量的坡度值。
本实用新型的有益效果在于：采用本实用新型的坡度测量装置对待测坡度进行测量时，只需要利用角度测量装置和激光距离显示器对待测坡度的相关数据进行采集，再利用得到的数据和几何关系进行计算就可以得到待测量坡度的坡度值，其测量精度相比传统的人工拉尺测量更为精确，减小了人工拉尺测量中造成的不必要误差，同时单人就可以完成整个测量过程，与传统人工拉尺需要多人共同配合完成测量的方式相比，大大减少了使用的人工成本，对于一些坡度较大、环境较为险恶的情况下，利用本实用新型中的坡度测量装置，测量人员可在坡顶或坡底这样的安全区完成操作，保证了测量过程中的人身安全，解决了现有测量方法实施困难的问题。另外相比现在出现的局限于外轮廓比较规范的斜坡坡度测量的红外测量方法，该坡度测量装置不用担心斜坡上、下部边缘存在瑕疵的情况，可直接对任意平整斜坡坡面进行测量。
因此本实用新型中的坡度测量装置具有使用方便，测量精确，节约人工成本等优点，同时对一些坡度较大、环境较为恶劣和上、下边缘存在瑕疵的坡度也能进行准确的测量。
优选地，所述水平伸缩杆包括横向并行布置的第一水平伸缩杆和第二水平伸缩杆，所述激光测距仪调平机构为激光测距仪水平调节旋钮，所述激光测距仪的两端分别通过激光测距仪水平调节旋钮安装在所述第一水平伸缩杆和所述第二水平伸缩杆上，所述激光测距仪的上端高于所述第一水平伸缩杆和所述第二水平伸缩杆所在的平面，并在所述激光测距仪的上端安装有第一水平仪。
这样，通过激光测距仪水平调节旋钮可用于对激光测距仪的位置进行调整，并利用激光测距仪上端的第一水平仪来观察激光测距仪是否已经调节水平，以此来保证激光测距仪发出的激光垂直照射在待测量坡度上，保证了激光测距仪数据测量的准确性。
优选地，所述水平测量机构还包括支座和与所述支座转动连接的转轴，所述支座与所述竖向旋转支撑机构连接，所述支座后端用于安装所述激光距离显示器，所述支座前端用于安装所述第一水平伸缩杆和所述第二水平伸缩杆，所述第一水平伸缩杆和所述第二水平伸缩杆与所述转轴相对固定连接并能够随所述转轴一起转动，所述转轴伸出所述支座的一端相对固定连接有伸缩杆水平调节旋钮，所述第一水平伸缩杆和所述第二水平伸缩杆伸出所述支座的部分还安装有第二水平仪。
这样，可以通过转动伸缩杆水平调节旋钮，使得转轴能够带动第一水平伸缩杆和第二水平伸缩杆转动，转动的过程中通过第二水平仪来观察第一水平伸缩杆和第二水平伸缩杆是否已经调节水平。
优选地，所述角度测量装置包括指针和刻度盘，所述指针与所述竖向旋转支撑机构相对固定连接并能够随所述竖向旋转支撑机构一起旋转，所述刻度盘安装在所述底部固定调平机构的上端。
这样，在对待测坡度进行测量时，所述竖向旋转支撑机构在相对所述底部固定调平机构旋转时，所述指针相对于所述刻度盘旋转，通过所述指针在所述刻度盘上指示角度的变化可以得到所述竖向旋转支撑机构旋转的角度变化。
优选地，所述底部固定调平机构包括上部的基座和下部的安装座，所述安装座的下端开设有固定螺栓孔，所述基座的上端安装有固定旋钮，所述固定旋钮用于所述基座和所述竖向旋转支撑机构的连接，所述基座与所述安装座之间通过脚螺旋进行连接。
这样，在对待测坡度进行测量时，安装座下端的固定螺栓孔用于将底部固定调平机构通过待测坡度上预埋的螺栓或三脚架上的螺栓固定在待测坡度上，脚螺旋用于精调水平伸缩杆至水平位置。
优选地，所述水平伸缩杆具有相同长度的若干节段。
这样，将水平伸缩杆做成具有相同长度的若干节段，这样在对待测坡度进行测量时，每次伸长或缩短一个节段即可，这样可以使得每次伸长或缩短的距离一致，同时操作人员在实际使用时，每次只需要改变一个节段长度即可，使用更加的方便快捷。
优选地，所述水平伸缩杆上设有刻度线。
这样，在实际测量过程中，通过水平伸缩杆上的刻度线可方便的读取水平伸缩杆缩短/伸长的距离。
附图说明
为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：
图1为本实用新型实施例中坡度测量装置的结构示意图；
图2本实用新型实施例中水平测量机构的结构示意图；
图3为本实用新型实施例中竖向旋转支撑机构的结构示意图；
图4为本实用新型实施例中底部固定调平机构的结构示意图；
图5为本实用新型实施例中激光测距仪调平处的结构示意图；
图6为本实用新型实施例中水平伸缩杆调平处的结构示意图；
图7为本实用新型实施例的使用及测量原理示意图。
附图标记说明：水平测量机构1、激光测距仪11、第一水平仪12、导线13、激光测距仪水平调节旋钮14、水平伸缩杆15、第一水平伸缩杆151、第二水平伸缩杆152、刻度线16、第二水平仪17、伸缩杆水平调节旋钮18、激光距离显示器19、竖向旋转支撑机构2、第一制动机构21、第二制动机构22、指针23、底部固定调平机构3、刻度盘31、脚螺旋32、安装座33、固定旋钮34、基座35、待测量坡度4；
A点为第一次激光测距仪的位置，B点为A点激光测距仪发出的激光打在待测量坡度上的投影点，A’点为水平伸缩杆缩短s后激光测距仪的位置，B’点为A’点激光测距仪发出的激光打在待测量坡度上的投影点，G点为A’点激光测距仪发出的激光投影到平面上的点，F点为竖向旋转机构旋转角度α1后第二次激光测距仪的位置，E点为F点激光测距仪发出的激光打在待测量坡度上的投影点，F’点为水平伸缩杆缩短s后激光测距仪的位置，E’点为F’点激光测距仪发出的激光打在待测量坡度上的投影点，H点为F’点激光测距仪发出的激光投影到平面上的点，D点和I点分别为BE线段和B’E’线段的中点，D’为I点投影到平面上的点，J点为由G点对BE线段作垂线的交点，垂线的高为h'，h1和h2分别为水平伸缩杆缩短前后激光测距仪到激光测距仪发出的激光打在坡面上的投影点之间的距离。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
如附图1到附图4所示，一种坡度测量装置，包括从下到上依次连接的底部固定调平机构3、竖向旋转支撑机构2和水平测量机构1，底部固定调平机构3安装在待测量坡度的上方，竖向旋转支撑机构2下端与底部固定调平机构3连接并可绕底部固定调平机构3旋转，竖向旋转支撑机构2下端设有能够读取竖向旋转支撑机构2旋转角度的角度测量装置，竖向旋转支撑机构2上端与水平测量机构1连接并能够带动水平测量机构1一起旋转，水平测量机构1包括水平伸缩杆15、激光测距仪11和与激光测距仪11电连接的激光距离显示器19，本实施例中，激光测距仪11和激光距离显示器19之间通过导线进行连接，激光测距仪11通过激光测距仪调平机构安装在水平伸缩杆15的伸缩端。
激光测距仪11是一种可发出激光并对待测目标的距离进行准确测定的仪器。
在使用本实用新型的坡度测量装置对待测坡度进行测量时，将坡度测量装置通过底部固定调平机构3安装在待测量的坡度上；通过底部固定调平机构3对水平伸缩杆15进行调平，通过激光测距仪调平机构对激光测距仪11进行调平，使得激光测距仪11发射的激光垂直向下照射在待测量的坡度上，然后将竖向旋转支撑机构2连同水平测量机构1一起旋转到待测量坡度的任意位置，记录下此时角度测量装置上的读数α，打开激光测距仪11，使得激光测距仪11发射激光并照射在待测量的坡度上，记录下此时激光距离显示器19上显示的激光测距仪11与激光测距仪11发出的激光在待测量坡度上的投影之间的距离h1；调节水平伸缩杆15，使得水平伸缩杆15带动激光测距仪11沿水平方向缩短/伸长一定的距离s，再次记录下此时激光距离显示器19上显示的激光测距仪11与激光测距仪11发出的激光在待测量坡度上的投影之间的距离h2；然后将竖向旋转支撑机构2连同水平测量机构1一起再次旋转，旋转的同时观察激光距离显示器19上显示的激光测距仪11与激光测距仪11发出的激光在待测量坡度上的投影之间的距离，当该距离达到h2时，停止竖向旋转支撑机构2和水平测量机构1的旋转，记录下此时角度测量装置上的读数α1；调节水平伸缩杆15，使得水平伸缩杆15带动激光测距仪11沿水平方向伸长/缩短距离s，调节竖向旋转支撑机构2使得激光距离显示器19上显示的激光测距仪11与激光测距仪11发出的激光在待测量坡度上的投影之间的距离为h1，记录下此时角度测量装置上的读数α2；根据测量得到的数据和相关的几何关系即可以得到坡度的计算公式为：
式中：θ1为待测量的坡度值。
采用本实用新型的坡度测量装置对待测坡度进行测量时，只需要利用角度测量装置和激光距离显示器19对待测坡度的相关数据进行采集，再利用得到的数据和几何关系进行计算就可以得到待测量坡度的坡度值，其测量精度相比传统的人工拉尺测量更为精确，减小了人工拉尺测量中造成的不必要误差，同时单人就可以完成整个测量过程，与传统人工拉尺需要多人共同配合完成测量的方式相比，大大减少了使用的人工成本，对于一些坡度较大、环境较为险恶的情况下，利用本实用新型中的坡度测量装置，测量人员可在坡顶或坡底这样的安全区完成操作，保证了测量过程中的人身安全，解决了现有测量方法实施困难的问题。另外相比现在出现的局限于外轮廓比较规范的斜坡坡度测量的红外测量方法，该坡度测量装置不用担心斜坡上、下部边缘存在瑕疵的情况，可直接对任意平整斜坡坡面进行测量。
因此本实用新型中的坡度测量装置具有使用方便，测量精确，节约人工成本等优点，同时对一些坡度较大、环境较为恶劣和上、下边缘存在瑕疵的坡度也能进行准确的测量。
这样，在实际测量过程中，通过水平伸缩杆15上的刻度线16可方便的读取水平伸缩杆15缩短/伸长的距离。
在本实施例中，如附图5所示，水平伸缩杆15包括横向并行布置的第一水平伸缩杆151和第二水平伸缩杆152，激光测距仪调平机构为激光测距仪水平调节旋钮14，所述激光测距仪11的两端分别通过激光测距仪水平调节旋钮14安装在第一水平伸缩杆151和所述第二水平伸缩杆152上，激光测距仪11上端高于第一水平伸缩杆151和第二水平伸缩杆152所在的平面，并在激光测距仪11的上端安装有第一水平仪12。
这样，通过激光测距仪水平调节旋钮14可用于对激光测距仪11的位置进行调整，并利用激光测距仪11上端的第一水平仪12来观察激光测距仪11是否已经调节水平，以此来保证激光测距仪11发出的激光垂直照射在待测量坡度上，保证了激光测距仪11数据测量的准确性。
在本实施例中，如附图6所示，水平测量机构1还包括支座和与支座转动连接的转轴，支座与竖向旋转支撑机构2连接，支座后端用于安装激光距离显示器19，支座前端用于安装第一水平伸缩杆151和第二水平伸缩杆152，第一水平伸缩杆151和第二水平伸缩杆152与转轴相对固定连接并能够随转轴一起转动，转轴伸出支座的一端相对固定连接有伸缩杆水平调节旋钮18，第一水平伸缩杆151和第二水平伸缩杆152伸出支座的部分还安装有第二水平仪17。
这样，可以通过转动伸缩杆水平调节旋钮18，使得转轴能够带动第一水平伸缩杆151和第二水平伸缩杆152转动，转动的过程中通过第二水平仪17来观察第一水平伸缩杆151和第二水平伸缩杆152是否已经调节水平。
在本实施例中，角度测量装置包括指针23和刻度盘31，指针23与竖向旋转支撑机构2相对固定连接并能够随竖向旋转支撑机构2一起旋转，刻度盘31安装在底部固定调平机构3的上端。
这样，在对待测坡度进行测量时，竖向旋转支撑机构2在相对底部固定调平机构3旋转时，指针23相对于刻度盘31旋转，通过指针23在刻度盘31上指示角度的变化可以得到竖向旋转支撑机构2旋转的角度变化。
在本实施例中，底部固定调平机构3包括上部的基座35和下部的安装座33，安装座33的下端开设有固定螺栓孔，基座35的上端安装有固定旋钮34，固定旋钮34用于基座35和竖向旋转支撑机构2的连接，基座35与安装座33之间通过脚螺旋32进行连接。
这样，在对待测坡度进行测量时，安装座33下端的固定螺栓孔用于将底部固定调平机构3通过待测坡度上预埋的螺栓或三脚架上的螺栓固定在待测坡度上，脚螺旋32用于精调水平伸缩杆15至水平位置。
在竖向旋转支撑机构2上还设有第一制动机构21和第二制动机构22，第一制动机构21用于将水平测量机构1和竖向旋转支撑机构2两者锁定，避免在测量过程中，水平测量机构1相对于竖向旋转支撑机构2摆动，第二制动机构22用于将竖向旋转支撑机构2和底部固定调平机构3两者锁定，避免在测量过程时，竖向旋转支撑机构2相对于底部固定调平机构3旋转，保证整个测量过程中，各机构之间相对位置的准确性，并进一步保证测量的准确性。
在本实施例中，水平伸缩杆15具有相同长度的若干节段。
为了使用的方便，将水平伸缩杆15做成具有相同长度的若干节段，这样在对待测坡度进行测量时，每次伸长或缩短一个节段即可，这样可以使得每次伸长或缩短的距离一致，同时操作人员在实际使用时，每次只需要改变一个节段长度即可，使用更加的方便快捷。在本实施例中，水平伸缩杆15做成具有相同长度的四个节段。
在本实施例中，为了方便的读取水平伸缩杆15伸长和缩短的距离，在水平伸缩杆15上设有刻度线16。
一种坡度测量方法，包括以下步骤：
1)将坡度测量装置通过底部固定调平机构3安装在待测量的坡度上；
2)通过底部固定调平机构3对水平伸缩杆15进行调平，再通过激光测距仪水平调节旋钮14对激光测距仪11进行调平，使得激光测距仪11发射的激光垂直向下照射在待测量的坡度上；
3)将竖向旋转支撑机构2连同水平测量机构1一起旋转到待测量坡度的任意位置，记录下此时角度测量装置上的读数α，打开激光测距仪11，使得激光测距仪11发射激光并照射在待测量的坡度上，记录下此时激光距离显示器19上显示的激光测距仪11与激光测距仪11发出的激光在待测量坡度上的投影之间的距离h1；
4)调节水平伸缩杆15，使得水平伸缩杆15带动激光测距仪11沿水平方向缩短/伸长一定的距离s，再次记录下此时激光距离显示器19上显示的激光测距仪11与激光测距仪11发出的激光在待测量坡度上的投影之间的距离h2；
5)将竖向旋转支撑机构2连同水平测量机构1一起再次旋转，旋转的同时观察激光距离显示器19上显示的激光测距仪11与激光测距仪11发出的激光在待测量坡度上的投影之间的距离，当该距离达到h2时，停止竖向旋转支撑机构2和水平测量机构1的旋转，记录下此时角度测量装置上的读数α1；
6)调节水平伸缩杆15，使得水平伸缩杆15带动激光测距仪11沿水平方向伸长/缩短距离s，调节竖向旋转支撑机构2使得激光距离显示器19上显示的激光测距仪11与激光测距仪11发出的激光在待测量坡度上的投影之间的距离为h1，记录下此时角度测量装置上的读数α2；
7)根据步骤1到步骤5测量得到的数据和相关的几何关系可以得到坡度的计算公式为：
式中：θ1为待测量的坡度值。
这样，根据测量得到的数据和相关的几何关系即可以得到待测坡度的坡度值，从而完成对待测坡度的测量。
本实施例中，在步骤4)中，还包括，再次调节水平伸缩杆15，使得水平伸缩杆15带动激光测距仪11沿水平方向再次缩短/伸长一定的距离s，记录下此时激光距离显示器19上显示的激光测距仪11与激光测距仪11发出的激光在待测量坡度上的投影之间的距离h3；
在步骤5)中，还包括当激光距离显示器19显示距离为h3时，记录下此时角度测量装置上的读数α3；
在步骤7)中，还包括下列的坡度计算公式：
式中：θ2为待测量的坡度值；
综合两个坡度测量值可以得到坡度的平均值θ'，
这样，通过测量得到待测坡度两个不同位置的坡度值，再对两个坡度值求平均，这样使得得到的坡度值更为准确，提高了测量的精度。
优选的，在步骤4)中，还包括再次调节水平伸缩杆15，使得水平伸缩杆15带动激光测距仪11沿水平方向再次缩短/伸长一定的距离s，记录下此时激光距离显示器19上显示的激光测距仪11与激光测距仪11发出的激光在待测量坡度上的投影之间的距离h4；
在步骤5)中，还包括当激光距离显示器19显示距离为h4时，记录下此时角度测量装置上的读数α4；
在步骤7)中，还包括下列的坡度计算公式：
式中：θ3为待测量的坡度值。
综合三个坡度测量值可以得到坡度的平均值θ，
这样，通过测量得到待测坡度三个不同位置的坡度值，再对三个坡度值求平均，这样进一步使得得到的坡度值更为准确，再次提高了测量的精度。
下面结合附图7对本实用新型的测量方法做进一步的说明：
在对待测量坡度4进行测量时，先将本实用新型中的测量装置固定安装在待测量坡度4上，此时激光测距仪11位于A点的位置，打开激光测距仪11，激光测距仪11发出激光照射在待测量坡度4的B点处，A点到B点的距离为h1，然后将水平伸缩杆15缩短距离s,此时激光测距仪11位于A’点的位置，激光测距仪11发出激光并照射在待测量坡度4的B’处，A’点到B’的距离为h2，同时找到A’点激光测距仪11发出的激光投影到平面上的G点。
将竖向旋转支撑机构2带动水平测量机构1一起旋转角度α1，此时激光测距仪11位于F’的位置，激光测距仪11发出激光照射在待测量坡度E’点处，F’点到E’点的距离为h2，然后将水平伸缩杆15伸长距离s,此时激光测距仪11位于F点的位置，激光测距仪11发出激光并照射在待测量坡度4的E处，F点到E点的距离为h1，同时找到E’点激光测距仪11发出的激光投影到平面上的H点。
将得到的G点和H点进行连线，B’点和E’点进行连线，B点和E点进行连线，找到线段GH和线段B’E’的重点D’和I,另外从G点向线段BE做垂线，得到的垂点为J，垂线高GJ为h'，则根据相关的几何关系可最终得到待测量的坡度值：
式中：θ1为待测量坡度4的值。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。