一種桿式位移計批樣自動率定裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種桿式位移計批樣自動率定裝置，包括計算機、與計算機連通的測量控制單元和與測量控制單元連通的率定架；所述率定架包括支架，設置在支架一端的伺服電機，與伺服電機聯(lián)動的精密絲桿和率定儀器夾具活動底座，用于固定待率定傳感器用的夾具，百分表。本發(fā)明結合集成傳感器、軟件、機械、電子等各項技術，界面清晰，操作方便，整個檢驗過程中間無須人為操作，省時省力，并保證了率定的精度和一致性。
【專利說明】一種桿式位移計批樣自動率定裝置和方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種桿式位移計率定裝置和方法，尤其涉及一種桿式位移計批樣自動率定裝置和方法，屬于傳感器檢測【技術領域】。

【背景技術】
[0002]桿式位移計適用于布設在混凝土結構物或其它材料結構物內及表面，測量結構物伸縮縫或周邊縫的開合度(變形)，亦可用于測量土壩、土堤、邊坡、橋梁等結構物的位移、沉陷、應變、滑移等；因此，對桿式位移計的測量精度率定極為重要，而現(xiàn)有技術都是采用人工率定，費時費力，且精度不高。


【發(fā)明內容】

[0003]為解決現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種桿式位移計批樣自動率定裝置和方法。
[0004]本發(fā)明所采用的技術方案為:
一種桿式位移計批樣自動率定裝置，其特征在于，包括計算機、與計算機連通的測量控制單元和與測量控制單元連通的率定架；所述率定架包括支架、伺服電機、精密絲桿、率定儀器夾具活動底座、夾具、百分表；所述伺服電機設置在支架的一端；且所述伺服電機的輸入端與測量控制單元相連接；所述支架包括左右平行設置的兩個支撐板，且所述兩個支撐板通過結構固定鋼桿固定連接；所述率定儀器夾具活動底座、百分表設置在結構固定鋼桿上；所述夾具的其中一端設置在支架的一個支撐板上，另一端則設置在率定儀器夾具活動底座上，而待率定的桿式位移計設置在夾具內；所述精密絲桿的其中一端與伺服電機的輸出軸連通，另一端則依次穿過支架的支撐板、率定儀器夾具活動底座和支架的另一支撐板，且精密絲桿與支架的支撐板形成軸接，與率定儀器夾具活動底座形成螺旋副結構。
[0005]其中，所述計算機內設置有負責對測量控制單元及伺服電機狀態(tài)進行預診斷和在線診斷的系統(tǒng)診斷模塊；負責計算機與測量控制單元的通訊和對測量控制單元采樣周期、采樣時段、電機轉速、轉數(shù)設置和分段控制的測量控制單元控制和采樣模塊；負責率定桿式位移計類型設置、編號設置、率定公式選擇、率定系數(shù)自動計算、率定表格自動生成的桿式位移計率定模塊。
[0006]進一步，所述計算機通過RS-232通訊線與測量控制單元連接，且所述測量控制單元為一以MSP430單片機為核心控制器的集成電路；且該集成電路包括電機控制電路、位移計測量電路以及診斷電路；所述電機控制電路和診斷電路同時與伺服電機連通，而所述的位移計測量電路則與待率定的桿式位移計連通。
[0007]進一步，所述支架包括四根結構固定鋼桿，分別相互平行的與左右兩個支撐板四個角連接；且所述的百分表設置在支架下部的其中一根結構固定鋼桿上；所述的率定儀器夾具活動底座通過直線軸承設置在支架上部的兩根結構固定鋼桿上。
[0008]同時，在遠離伺服電機端的支架的支撐板和率定儀器夾具活動底座的頂面對應形成有至少兩個桿式位移計固定槽，且所述夾具設置在固定槽的上部，且夾具與固定槽的接觸端也形成有凹槽，所述的凹槽和固定槽一起形成桿式位移計的夾槽，夾具與形成固定槽的支撐板和率定儀器夾具活動底座通過夾緊螺桿和夾緊螺母壓緊固定。
[0009]且所述的精密絲桿與率定儀器夾具活動底座形成的螺旋副結構內還設置有壓簧；所述精密絲桿與支架上的兩個支撐板通過滾珠軸承連接；所述的精密絲桿的導程為2.5mm,通過伺服電機控制精密絲桿旋轉每步角精密絲桿軸向前行或后退0.010mm。
[0010]一種利用權利要求1所述的桿式位移計批樣自動率定裝置進行桿式位移計批樣自動率定的方法，其特征在于，步驟如下:
(1)首先利用計算機軟件控制測量控制單元；測量控制單元通過電機控制與信號電纜啟動伺服電機；伺服電機帶動精密絲桿轉動，進而推拉待率定桿式位移計；
(2)通過精密絲桿上標稱螺距和精密絲桿轉動周數(shù)，因此獲得待率定桿式位移計被拉伸或壓縮的位移量，即標準位移；
(3)測量控制單元采集待率定桿式位移計輸出的電或光信號，根據(jù)信號和標準位移，采用最小一乘或最小二乘對率定架上的待率定桿式位移計擬定出相對應的率定公式；
(4)通過計算機軟件按規(guī)范、標準或用戶要求生成率定表格，記錄所有檢驗數(shù)據(jù)，并轉化成Word文檔；
其中，所述的待率定桿式位移計為振弦式、電阻式、差動電阻式桿式位移計，且量程為O?10mm ;且本方法率定的分辨率為0.010mm。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:結合了集成傳感器、軟件、機械、電子等各項技術，軟件操作界面清晰，使用方便，整個檢驗過程中間無須人為操作，省時省力，并保證了率定的精度和一致性。
[0012]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明率定架結構俯視圖；
圖2為本發(fā)明率定架結構左視圖；
圖3為本發(fā)明圖1所示的率定架結構A向剖視圖；
圖4為本發(fā)明圖1所示的率定架結構B向剖視圖；
圖5為本發(fā)明主要部分連接框圖；
圖6為本發(fā)明采用的典型位移計率定表。
[0013]圖中主要附圖標記含義如下:
1、伺服電機，2、精密絲桿，3、螺旋副，4、直線軸承，5、滾珠軸承，6、百分表，7、結構固定鋼桿，8、待率定桿式位移計，9、夾具，10、率定儀器夾具活動底座。
[0014]【具體實施方式】:
下面結合附圖對本發(fā)明做具體的介紹。
[0015]如圖1-6所示:一種桿式位移計批樣自動率定裝置，包括計算機、與計算機連通的測量控制單元和與測量控制單元連通的率定架；所述率定架包括支架、伺服電機1、精密絲桿2、率定儀器夾具活動底座10、夾具9、百分表6 ;所述伺服電機I設置在支架的一端；且所述伺服電機I的輸入端與測量控制單元相連接；所述支架包括左右平行設置的兩個支撐板，且所述兩個支撐板通過結構固定鋼桿7固定連接；所述率定儀器夾具活動底座10、百分表6設置在結構固定鋼桿7上；所述夾具9分別設置在支架的其中一個支撐板上和率定儀器夾具活動底座10上，而待率定的桿式位移計8設置在夾具9內；所述精密絲桿2穿過率定儀器夾具活動底座10，并與率定儀器夾具活動底座10形成螺旋副3結構；且所述的精密絲桿2與率定儀器夾具活動底座10形成的螺旋副3結構內還設置有壓簧；所述精密絲桿2兩端分別與支架的兩個支撐板連接，且所述精密絲桿2與支架上的兩個支撐板通過滾珠軸承5連接；所述精密絲桿2的其中一端還與伺服電機I輸出軸連接；所述的精密絲桿2的導程為2.5mm,通過伺服電機I控制精密絲桿2旋轉每步角精密絲桿2軸向前行或后退0.0lOmm,從而帶動率定儀器夾具活動底座10前進或后退，從而軸向壓縮或拉長待率定儀器。
[0016]在本實施例中，所述計算機內設置有負責對測量控制單元及伺服電機狀態(tài)進行預診斷和在線診斷的系統(tǒng)診斷模塊；負責計算機與測量控制單元的通訊和對測量控制單元采樣周期、采樣時段、電機轉速、轉數(shù)設置和分段控制的測量控制單元控制和采樣模塊；負責率定桿式位移計類型設置、編號設置、率定公式選擇、率定系數(shù)自動計算、率定表格自動生成的桿式位移計率定模塊；所述計算機通過RS-232通訊線與測量控制單元連接，且所述測量控制單元為一以MSP430單片機為核心控制器的集成電路；且該集成電路包括電機控制電路、位移計測量電路以及診斷電路；所述電機控制電路和診斷電路同時與伺服電機I連通，而所述的位移計測量電路則與待率定的桿式位移計8連通。
[0017]此外，為了支撐的穩(wěn)定性，所述支架包括四根結構固定鋼桿7，分別相互平行的與左右兩個支撐板四個角連接；且所述的百分表6設置在支架下部的其中一根結構固定鋼桿7上；所述的率定儀器夾具活動底座10通過直線軸承4設置在支架上部的兩根結構固定鋼桿7上。
[0018]而在遠離伺服電機I端的支架支撐板和率定儀器夾具活動底座10的頂面對應形成有至少兩個桿式位移計固定槽，且所述夾具9設置在固定槽的上部，且夾具9與固定槽的接觸端也形成有凹槽，所述的凹槽和固定槽一起形成桿式位移計的夾槽，夾具9與形成固定槽的支撐板和率定儀器夾具活動底座10通過夾緊螺桿和夾緊螺母壓緊固定。
[0019]利用上述的桿式位移計批樣自動率定裝置進行桿式位移計批樣自動率定的方法，步驟如下:
(O首先利用計算機軟件控制測量控制單元；測量控制單元通過電機控制與信號電纜啟動伺服電機I ;伺服電機I帶動精密絲桿2轉動，進而推拉待率定桿式位移計8 ；
(2)通過精密絲桿2上標稱螺距和精密絲桿2轉動周數(shù)，因此獲得待率定桿式位移計8被拉伸或壓縮的位移量，即標準位移；
(3)測量控制單元采集待率定桿式位移計8輸出的電或光信號，根據(jù)信號和標準位移，采用最小一乘或最小二乘對率定架上的待率定桿式位移計8擬定出相對應的率定公式；
(4)通過計算機軟件按規(guī)范、標準或用戶要求生成率定表格，記錄所有檢驗數(shù)據(jù)，并轉化成Word文檔；
其中，所述的待率定桿式位移計8為振弦式、電阻式、差動電阻式桿式位移計，且量程為O?10mm ;而本方法率定的分辨率為0.010mm。
[0020]具體工作過程:
計算機應用軟件主要有三大功能模塊:(1)系統(tǒng)診斷模塊；負責對測量控制單元及伺服電機I狀態(tài)進行預診斷和在線診斷，確保測量控制單元和伺服電機I工作正常，當不正常時提出聲光報警；(2)測量控制單元控制和采樣設置模塊；該模塊負責電腦和測量控制單元之間的通訊，負責對測量控制單元采樣周期、采樣時段、電機轉速、轉數(shù)設置和分段控制；(3)傳感器率定模塊；該模塊負責率定傳感器類型設置、編號設置、率定公式選擇、率定系數(shù)自動計算、傳感器率定表格自動生成等功能。
[0021 ] 如圖5和圖6所示:通過計算機控制測量控制單元，測量控制單元通過電機控制與信號電纜控制啟動伺服電機I，伺服電機I帶動精密絲桿2轉動，精密絲桿2轉動拉動率定儀器夾具活動底座10 ;通過精密絲桿2上標稱螺距和精密絲桿2轉動周數(shù)即可獲得待率定桿式位移計8被拉伸或壓縮的位移量(mm)，該位移作為標準位移(近似真值);同時測量控制單元通過待率定桿式位移計8的通訊電纜采集待率定桿式位移計8輸出電或光信號，根據(jù)信號和標準位移，通過最小一乘或最小二乘對率定架上的待率定桿式位移計8擬定出相對應的率定公式；同時按規(guī)范、標準或用戶要求在計算機上自動生成相應的率定表格并轉化成Word文檔，方便打印、編輯。
[0022]整個裝置采用機電一體化和模塊化設計，硬件由計算機、測量控制單元和率定架組成。計算機內安裝有應用軟件，所述應用軟件將多種率定公式算法，包括最小一乘和最小二乘算法嵌入到軟件中；軟件采用基于.net平臺的C#開發(fā)，界面友好可移植性強；同時提供多種率定公式可選擇，包括線性率定公式和非線性(二次多項式和指數(shù)形式)率定公式；實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制測量和率定數(shù)據(jù)處理。測量控制單元以MSP430單片機為核心組成，包括電機控制電路和位移計測量電路以及診斷電路組成。率定架主要由支架和采用高精度全數(shù)字交流的伺服電機1、精密絲桿2、率定儀器夾具活動底座10、夾具9、百分表6組成，待率定桿式位移計8通過夾具9固定在率定架上，待率定桿式位移計電纜直接接入測量控制單元。針對長度不同的待率定桿式位移計8，可以通過調整夾具9位置甚至率定架長度實現(xiàn)率定。在率定架其中一支撐板和率定儀器夾具活動底座10上部預留一個或至少兩個待率定桿式位移計8固定槽，可以同時對一個或至少兩個桿式位移計進行率定，根據(jù)桿式位移計固定槽和夾具9配套設計可以實現(xiàn)對不同直徑的待率定桿式位移計8進行固定，從而實現(xiàn)對不同直徑桿式位移計的率定。高精度全數(shù)字交流伺服電機I可以在測量控制單元控制下按要求轉動和停止，根據(jù)儀器率定要求分成多檔，每檔前進或后退距離之間的滯留時間由儀器測量時間和穩(wěn)定時間確定，例如電位器式儀器電機旋兩檔之間停機時間為2秒(可調)，而振弦式儀器為4秒(可調)；從而可通過高精度全數(shù)字交流伺服電機I分段帶動精密絲桿2實現(xiàn)多檔率定。所述的精密絲桿2 —端穿過支架的一支撐板與伺服電機I輸出軸連接，另一端穿過率定儀器夾具活動底座10與支架的另一支撐板連接；所述精密絲桿2采用不銹鋼耐磨損精密滾珠絲桿，絲桿導程為2.5mm,通過伺服電機I控制精密絲桿2旋轉一定步角，每步角絲桿軸向前進或后退0.010mm，這就是本發(fā)明率定裝置的分辨率。整個結構充分利用機械結構保證支架穩(wěn)定牢固；精密絲桿2螺紋均勻、螺距一致，配套的精密絲桿2與率定儀器夾具活動底座10形成的螺旋副3結構內還設置有專用壓簧，避免間隙誤差；率定儀器夾具活動底座10通過直線軸承4設置在支架上部的兩根結構固定鋼桿7上；保證儀器率定時的平穩(wěn)性。
[0023]本發(fā)明結合了集成傳感器、軟件、機械、電子等各項技術，軟件操作界面清晰，使用方便，整個檢驗過程中間無須人為操作，省時省力，并保證了率定的精度和一致性。
[0024]上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種桿式位移計批樣自動率定裝置，其特征在于，包括計算機、與計算機連通的測量控制單元和與測量控制單元連通的率定架；所述率定架包括支架、伺服電機、精密絲桿、率定儀器夾具活動底座、夾具、百分表；所述伺服電機設置在支架的一端；且所述伺服電機的輸入端與測量控制單元相連接；所述支架包括左右平行設置的兩個支撐板，且所述兩個支撐板通過結構固定鋼桿固定連接；所述率定儀器夾具活動底座、百分表設置在結構固定鋼桿上；所述夾具的其中一端設置在支架的一個支撐板上，另一端則設置在率定儀器夾具活動底座上，而待率定的桿式位移計設置在夾具內；所述精密絲桿的其中一端與伺服電機的輸出軸連通，另一端則依次穿過支架的支撐板、率定儀器夾具活動底座和支架的另一支撐板，且精密絲桿與支架的支撐板形成軸接，與率定儀器夾具活動底座形成螺旋副結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種桿式位移計批樣自動率定裝置，其特征在于，所述計算機內設置有負責對測量控制單元及伺服電機狀態(tài)進行預診斷和在線診斷的系統(tǒng)診斷模塊；負責計算機與測量控制單元的通訊和對測量控制單元采樣周期、采樣時段、電機轉速、轉數(shù)設置和分段控制的測量控制單元控制和采樣模塊；負責率定桿式位移計類型設置、編號設置、率定公式選擇、率定系數(shù)自動計算、率定表格自動生成的桿式位移計率定模塊。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種桿式位移計批樣自動率定裝置，其特征在于，所述計算機通過RS-232通訊線與測量控制單元連接，且所述測量控制單元為一以MSP430單片機為核心控制器的集成電路；且該集成電路包括電機控制電路、位移計測量電路以及診斷電路；所述電機控制電路和診斷電路同時與伺服電機連通，而所述的位移計測量電路則與待率定的桿式位移計連通。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種桿式位移計批樣自動率定裝置，其特征在于，所述支架包括四根結構固定鋼桿，分別相互平行的與左右兩個支撐板四個角連接；且所述的百分表設置在支架下部的其中一根結構固定鋼桿上；所述的率定儀器夾具活動底座通過直線軸承設置在支架上部的兩根結構固定鋼桿上。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種桿式位移計批樣自動率定裝置，其特征在于，在遠離伺服電機端的支架的支撐板和率定儀器夾具活動底座的頂面對應形成有至少兩個桿式位移計固定槽，且所述夾具設置在固定槽的上部，且夾具與固定槽的接觸端也形成有凹槽，所述的凹槽和固定槽一起形成桿式位移計的夾槽，夾具與形成固定槽的支撐板和率定儀器夾具活動底座通過夾緊螺桿和夾緊螺母壓緊固定。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種桿式位移計批樣自動率定裝置，其特征在于，所述的精密絲桿與率定儀器夾具活動底座形成的螺旋副結構內還設置有壓簧；所述精密絲桿與支架上的兩個支撐板通過滾珠軸承連接。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種桿式位移計批樣自動率定裝置，其特征在于，所述的精密絲桿的導程為2.5mm，通過伺服電機控制精密絲桿旋轉，每步角精密絲桿軸向前行或后退0.010mm。
8.一種利用權利要求1所述的桿式位移計批樣自動率定裝置進行桿式位移計批樣自動率定的方法，其特征在于，步驟如下: (O首先利用計算機軟件控制測量控制單元；測量控制單元通過電機控制與信號電纜啟動伺服電機；伺服電機帶動精密絲桿轉動，進而推拉待率定桿式位移計； (2)通過精密絲桿上標稱螺距和精密絲桿轉動周數(shù)，因此獲得待率定桿式位移計被拉伸或壓縮的位移量，即標準位移； (3)測量控制單元采集待率定桿式位移計輸出的電或光信號，根據(jù)信號和標準位移，采用最小一乘或最小二乘對率定架上的待率定桿式位移計擬定出相對應的率定公式； (4)通過計算機軟件按規(guī)范、標準或用戶要求生成率定表格，記錄所有檢驗數(shù)據(jù)，并轉化成Word文檔。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種桿式位移計批樣自動率定的方法，其特征在于，所述的待率定桿式位移計為振弦式、電阻式、差動電阻式桿式位移計，且量程為0?100mm。
10.根據(jù)權利要求8所述的一種桿式位移計批樣自動率定的方法,其特征在于,率定的分辨率為0.010mm。
【文檔編號】G01B7/02GK104457543SQ201410805471
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月23日 優(yōu)先權日:2014年12月23日
【發(fā)明者】方衛(wèi)華, 周柏兵, 張娜, 章麗娟, 吳健琨, 陸緯, 李家群, 邊鴻儒, 徐蘭玉 申請人:水利部南京水利水文自動化研究所