專利名稱：高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于機械動力裝置的沖擊測試領(lǐng)域，尤其涉及一種高速非接觸式?jīng)_擊 位移線陣傳感器。
背景技術(shù)：
抗沖元件沖擊變形測量通常采用電測方法或者簡易方法，其中電測方法通常使 用接觸式變形傳感器，如拉桿式滑線電阻傳感器等，使用時將傳感器固定于被測抗沖元件 兩端，測試該元件在沖擊過程中的時域曲線，該電測方法雖然具有較好的精度，但安裝不方 便，尤其是當(dāng)爆炸當(dāng)量非常大時，拉桿式變形傳感器常常由于兩端固接而發(fā)生折斷，影響測 量。簡易測量方法包括橡皮泥或者針管等方法，這些方法簡單易用，但測試精度有限，并且 只能測試元件沖擊變形峰值，不能測試變形時域曲線。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點而提供的一種高速非接觸式?jīng)_ 擊位移線陣傳感器，該高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器以簡單實用可行的技術(shù)，非接觸 地應(yīng)用于抗沖元件沖擊變形測量中，具有測量精度高、可靠性好、安裝方便、成本低等特點。本實用新型采取的技術(shù)方案是高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器，其特點是，包 括一機殼，所述的機殼前端設(shè)有鏡頭安置孔，后端設(shè)有取景孔；一支架，與機殼活動連接； 一光學(xué)鏡頭，嵌設(shè)在機殼前端的鏡頭安置孔內(nèi)；一取景器，設(shè)置在所述機殼內(nèi)，與所述鏡頭 相對，該取景器的后端與所述機殼后端的取景孔相對，或嵌設(shè)在所述機殼后端的取景孔內(nèi)； 一線陣傳感元件，與所述對景毛玻璃一側(cè)相鄰，并與所述鏡頭相對；一 USB聯(lián)機電纜，與所 述線陣傳感元件的輸出端電連接。上述高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器，其中，所述的支架呈U形，其兩側(cè)頂部與 機殼兩側(cè)活動連接。上述高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器，其中，所述的支架的高度為固定的，或為 高度可調(diào)節(jié)的。上述高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器，其中，還包括一俯仰對景調(diào)節(jié)固定機構(gòu)， 所述的俯仰對景調(diào)節(jié)固定機構(gòu)包括設(shè)置在支架兩側(cè)的第一和第二鎖緊螺栓；所述的支架兩 側(cè)頂部設(shè)有連接孔，所述的機殼兩側(cè)對應(yīng)支架兩側(cè)設(shè)置的連接孔的部位各設(shè)有一螺栓孔， 所述的第一和第二鎖緊螺栓分別穿過支架各自一側(cè)的連接孔與所述各自一側(cè)的機殼的螺 栓孔螺合，調(diào)節(jié)對景角度并固定。上述高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器，其中，還包括一左右對景調(diào)節(jié)固定機構(gòu)， 由一第三鎖緊螺栓構(gòu)成，所述的支架底部設(shè)有固定孔，所述的第三鎖緊螺栓穿過所述支架 底部的固定孔，將所述支架與固定物連接，調(diào)節(jié)左右對景角度并固定。上述高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器，其中，所述的線陣傳感元件與取景器的 一側(cè)緊貼；或與取景器的一側(cè)設(shè)有間隙；所述線陣傳感元件與取景器的組合均與所述鏡頭相對。 上述高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器，其中，所述的取景器為光學(xué)取景器，包括 對景毛玻璃。本實用新型由于采用了以上的技術(shù)方案，其取得的技術(shù)效果是明顯的(1)高速記錄和傳輸線陣傳感元件記錄的是一維光影像，圖像由二維幀減少到一維線，每幅圖像信息 量以數(shù)量級下降，因此每秒傳送的圖像大量增加，測量速度通常每秒就可以達到數(shù)千到萬 幅以行組成的圖像。如果應(yīng)用每秒記錄一萬幅線陣圖像的線陣傳感器成像技術(shù)，可滿足抗 沖元器件沖擊變形的高速測量要求，時間分辨率可達到0. 1毫秒；(2)分辨率較高線陣傳感元件的分辨率一般2000像素以上，2000像素分辨率的線陣傳感器足以 滿足抗沖元器件的沖擊變形測量需求。例如，測量一個抗沖元件沖擊變形，在主方向上的元 件尺度為200毫米，測量的分辨率達到0. 2毫米，可滿足元件沖擊變形測量分辨率要求；(3)非接觸測量采用本實用新型測量抗沖元件沖擊變形，由于是非接觸測量，免去了傳感器本身 受沖擊的影響。而一般接觸式變形傳感器需連接在被測抗沖元件測點上，因此接觸式變形 傳感器有承受加速度、速度和變形范圍的限值，而本實用新型線陣傳感器只有變形范圍限 值；(4)測量精度較高采用本實用新型測量抗沖元件的沖擊變形，可達到拉桿式變形傳感器精度要求， 約千分之一。通過控制沖擊變形與測量范圍比值就可達到變形測量的精度。線陣測量可以 達到昂貴的高速攝影機精度，但本實用新型無需昂貴的高精鏡頭，技術(shù)上容易實現(xiàn)，且對信 號還可進行線性修正；(5)多點測量和影像信號處理一般接觸式變形傳感器，只能測兩點間單方向變形。而本實用新型可測量多點、多 方向的沖擊變形，得到的是測量線上的影像信息，這些圖像信息產(chǎn)生于抗沖元件表面測量 一條線上的特征處，可根據(jù)需要方便添加一些與測量線垂直的容易識別的線條，因此可在 抗沖元件測量線上測量多個點位。只要將時間上相關(guān)的測量線上測點信息統(tǒng)一處理，即可 得到相關(guān)點變形。

本實用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下的實施例及其附圖進一步給出。圖1是本實用新型高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器的一種實施例的從一角度 看過去的整體結(jié)構(gòu)立體示意圖。圖2是本實用新型高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器的上述實施例的從另一角 度看過去的整體結(jié)構(gòu)立體示意圖。圖3是圖1的側(cè)視圖。圖4是圖3的左視圖(部分剖視)。圖5是沖擊試驗?zāi)Ｐ彤a(chǎn)生的波形通過本實用新型的線陣傳感元件記錄的示意圖。[0028] 圖6是本實用新型高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器記錄的圖5沖擊試驗?zāi)Ｐ彤a(chǎn) 生的波形向計算機輸送后由計算機顯示的波形示意圖。
具體實施方式
請參閱圖1 圖4，這是本實用新型高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器的一種實 施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實用新型高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器，包括一機殼1、一支 架2、一光學(xué)鏡頭3、一取景器4、一線陣傳感元件5、一 USB聯(lián)機電纜6。其中所述的機殼1 的前端設(shè)有鏡頭安置孔11，后端設(shè)有取景孔12。所述的支架呈U形，其兩側(cè)頂部與機殼兩 側(cè)活動連接。該支架的兩側(cè)的高度可為固定的，也可為高度可調(diào)節(jié)的，其高度調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)例 如可采用套筒式；或為兩段式，采用螺栓螺孔的相互連接方式。本實施例支架兩側(cè)的高度是 固定的。所述的光學(xué)鏡頭3嵌設(shè)在機殼前端的鏡頭安置孔內(nèi)，本實施例所述的鏡頭采用焦 距約400毫米的大直徑的放大鏡。所述的取景器4和線陣傳感元件5設(shè)置在所述機殼內(nèi)， 與所述鏡頭相對，如圖4所示。所述的取景器為光學(xué)取景器，本實施例采用對景毛玻璃；該 取景器的后端與所述機殼后端的取景孔相對，或如本實施例所示嵌設(shè)在所述機殼后端的取 景孔內(nèi)。所述的線陣傳感元件5用于獲取被測物沖擊變形的波形，該線陣傳感元件5與所 述取景器4 一側(cè)相鄰，可以設(shè)置為所述的線陣傳感元件與取景器的一側(cè)緊貼，也可以設(shè)置 為所述的線陣傳感元件與取景器的一側(cè)設(shè)有間隙，所述線陣傳感元件與取景器的組合均與 所述鏡頭相對。本實施例選擇所述的線陣傳感元件緊貼在取景器一側(cè)的結(jié)構(gòu)，最佳的結(jié)構(gòu) 是所述線陣傳感元件與所述取景器貼合的連接線a與所述鏡頭的中心線b的投影重合。所 述的USB聯(lián)機電纜6與所述線陣傳感元件5的輸出端電連接，該USB聯(lián)機電纜6用于向計 算機輸送線陣傳感元件5輸出的被測物沖擊變形的波形，同時通過計算機向所述線陣傳感 元件5提供工作電源。本實用新型高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器還包括一俯仰對景調(diào)節(jié)固定機構(gòu)， 所述的俯仰對景調(diào)節(jié)固定機構(gòu)包括第一鎖緊螺栓71和第二鎖緊螺栓72 ；所述的支架兩側(cè) 頂部設(shè)有連接孔，所述的機殼兩側(cè)對應(yīng)支架兩側(cè)設(shè)置的連接孔的部位各設(shè)有一螺栓孔，所 述的第一緊螺栓和第二鎖緊螺栓分別穿過支架各自一側(cè)的連接孔與所述各自一側(cè)的機殼 的螺栓孔螺合，調(diào)節(jié)俯仰對景角度并固定。 本實用新型高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器還包括一左右對景調(diào)節(jié)固定機構(gòu)， 由一第三鎖緊螺栓8構(gòu)成，所述的支架底部設(shè)有固定孔，所述的第三鎖緊螺栓穿過所述支 架底部的固定孔，螺合在所述固定物上，調(diào)節(jié)左右對景并將所述支架與固定物固定連接。使用時，先將本實用新型高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器的所述的支架通過所 述第三鎖緊螺栓螺合在固定物上，左右調(diào)節(jié)其鏡頭面向被測物件，并固定。在被測物體上設(shè) 置垂直運動方向的、在線陣傳感元件上可產(chǎn)生明顯光學(xué)影像的邊緣或線條。然后松開第一 緊螺栓和第二鎖緊螺栓，調(diào)節(jié)本實用新型高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器的俯仰角，通 過取景器預(yù)覽被測物件，使影像清晰，再通過俯仰對景調(diào)節(jié)固定機構(gòu)的第一和第二鎖緊螺 栓固定定位。測量時，被測物件的光影像透過鏡頭投射到線陣傳感元件的感光面上并成像，由 線陣傳感元件測到的線條狀的線陣圖像信號，由USB聯(lián)機電纜連續(xù)不斷地傳至計算機，完 成運動信號的采集。[0034]請參閱圖5，圖5是沖擊試驗?zāi)Ｐ彤a(chǎn)生的波形通過本實用新型中線陣傳感元件5記 錄的示意圖。跌落式?jīng)_擊臺103例如為液壓控制式試驗臺架，抗沖元件102安裝在試驗臺 103的臺面上，沖擊錘100的錘頭101釋放后自由跌落，通過控制沖擊波形的波形發(fā)生器，對 抗沖元件施加一個沖擊激勵。當(dāng)錘頭反彈跳起后，試驗臺將重新下落的錘頭剎車制動，防止 多次沖擊。而在沖擊試驗過程中，線陣傳感元件5記錄了抗沖元件的波形105、錘頭沖擊波 形104、以及基座變形波形106等多點變形波形。[0035]請參閱圖6，圖6是本實用新型高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器記錄的圖5沖擊 試驗?zāi)Ｐ彤a(chǎn)生的波形向計算機輸送后由計算機顯示的波形示意圖。試驗中，線陣傳感器測 量精度基本控制在千分之一之內(nèi)，從圖中可以看出，除了能夠有效獲取抗沖元件沖擊變形 以外，還獲取了試驗臺架的臺面在沖擊錘碰撞過程中輕微運動狀況，因為沖擊臺體具有很 低的頻率和較大的阻尼，碰撞時瞬態(tài)運動狀況用拉桿式變形傳感器很難測量，而本實用新 型則很好實現(xiàn)了這一功能。除了臺面和抗沖元件外還獲得了其他測點的沖擊變形數(shù)據(jù)，包 括落錘沖擊曲線201、被測元件頂部變形曲線202、被測元件上部變形曲線203、被測元件中 部變形曲線204、被測元件下部變形曲線205、以及基座變形曲線206。圖中縱坐標(biāo)表示沖擊 位移(mm)，橫坐標(biāo)表示時間(S)。本實用新型是非接觸式的測量抗沖元件上的某一個點的影像，只選取圖像每一列 的一個點進行數(shù)據(jù)采集，記錄該點在時域下整個沖擊過程中各個時刻的位移變化，最后將 每個時刻記錄的影像位置連接起來，從而形成元件上該點在整個沖擊過程中的位移變化曲 線。由于每個圖像位置只記錄一個點，因此可以大大降低數(shù)據(jù)采集點的數(shù)量，單位時間傳送 的圖像大量增加，縮短記錄時間，可以滿足高速沖擊位移數(shù)據(jù)測量的要求。采用本實用新型測量被測物件的抗沖元件沖擊變形，由于是非接觸的測量，因此 測點布置方便易行，測量信息豐富，可方便添加沖擊變形測點；即使在沖擊加速度很大的情 況下，測量信號也沒有明顯漂移，測量效果好。試驗證明本實用新型和傳統(tǒng)變形傳感器相比，具有精度較高，可靠性較好，適應(yīng)性 強、安裝方便等特點，能夠滿足抗沖元件沖擊變形的測試要求，并且價格適中，便于工程上 的應(yīng)用?？蓱?yīng)用于臺架沖擊試驗、浮動平臺試驗，尤其是較大爆炸當(dāng)量的實船水下爆炸試驗 中的沖擊變形測量，工程推廣應(yīng)用前景廣闊。
權(quán)利要求1.高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器，其特征在于，包括一機殼，所述的機殼前端設(shè)有鏡頭安置孔，后端設(shè)有取景孔；一支架，與機殼活動連接；一光學(xué)鏡頭，嵌設(shè)在機殼前端的鏡頭安置孔內(nèi)；一取景器，設(shè)置在所述機殼內(nèi)，與所述鏡頭相對；該取景器的后端與所述機殼后端的取 景孔相對，或嵌設(shè)在所述機殼后端的取景孔內(nèi)；一線陣傳感元件，與所述對景毛玻璃一側(cè)相鄰，并與所述鏡頭相對；一 USB聯(lián)機電纜，與所述線陣傳感元件的輸出端電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器，其特征在于，所述的支 架呈U形，其兩側(cè)頂部與機殼兩側(cè)活動連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器，其特征在于，所述的 支架的高度為固定的，或為高度可調(diào)節(jié)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器，其特征在于，還包括一 俯仰對景調(diào)節(jié)固定機構(gòu)，所述的俯仰對景調(diào)節(jié)固定機構(gòu)包括設(shè)置在支架兩側(cè)的第一和第二 鎖緊螺栓；所述的支架兩側(cè)頂部設(shè)有連接孔，所述的機殼兩側(cè)對應(yīng)支架兩側(cè)設(shè)置的連接孔 的部位各設(shè)有一螺栓孔，所述的第一和第二鎖緊螺栓分別穿過支架各自一側(cè)的連接孔與所 述各自一側(cè)的機殼的螺栓孔螺合，調(diào)節(jié)俯仰對景角度并固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器，其特征在于，還包括一 左右對景調(diào)節(jié)固定機構(gòu)，由一第三鎖緊螺栓構(gòu)成，所述的支架底部設(shè)有固定孔，所述的第三 鎖緊螺栓穿過所述支架底部的固定孔，將所述支架與固定物連接，調(diào)節(jié)左右對景角度并固 定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器，其特征在于，所述的線 陣傳感元件與取景器的一側(cè)緊貼；或與取景器的一側(cè)設(shè)有間隙；所述線陣傳感元件與取景 器的組合均與所述鏡頭相對。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器，其特征在于，所述的 取景器為光學(xué)取景器，包括對景毛玻璃。
專利摘要本實用新型公開了一種高速非接觸式?jīng)_擊位移線陣傳感器，其特點是，包括一機殼，該機殼前端設(shè)有鏡頭安置孔，后端設(shè)有取景孔；一支架，與機殼活動連接；一光學(xué)鏡頭，嵌設(shè)在機殼前端的鏡頭安置孔內(nèi)；一取景器，設(shè)置在機殼內(nèi)，與鏡頭相對；該取景器的后端與機殼后端的取景孔相對，或嵌設(shè)在機殼后端的取景孔內(nèi)；一線陣傳感元件，與對景毛玻璃一側(cè)相鄰，并與鏡頭相對；一USB聯(lián)機電纜，與線陣傳感元件的輸出端電連接。采用本實用新型測量被測物件的抗沖元件沖擊變形，由于是非接觸的測量，因此測點布置方便易行，測量信息豐富，可方便添加沖擊變形測點；即使在沖擊加速度很大的情況下，測量信號也沒有明顯漂移。具有精度較高、可靠性好、適應(yīng)性強、安裝方便等特點。
文檔編號G01B11/16GK201885689SQ201020631870
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者張彬, 王志剛, 韓彥民 申請人:中國船舶重工集團公司第七一一研究所