專(zhuān)利名稱(chēng)：一種二維位移測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種二維位移傳感器，尤其適合在以垂線(或引張線)作為位置參考進(jìn)行二維位移檢測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域。
下面以垂線為例說(shuō)明。
垂線是一種經(jīng)典的測(cè)量工具，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，所以至今仍廣泛應(yīng)用于各種測(cè)量，尤其是大壩等大型、高層工程建筑物的變形監(jiān)測(cè)。為了使觀測(cè)朝著自動(dòng)化及遙測(cè)方向發(fā)展，必須有一種將垂線的二維位移轉(zhuǎn)化成電量的位移傳感器。目前位移傳感器很多，但適合測(cè)量垂線的位移傳感器卻不理想，這是因?yàn)?1)垂線的側(cè)向恢復(fù)力極小，必須無(wú)接觸測(cè)量；(2)垂線上的測(cè)點(diǎn)具有X、Y、Z三方向微小位移及繞垂線方向旋轉(zhuǎn)的四個(gè)自由度，欲分離出二個(gè)水平方向數(shù)值有較大技術(shù)難度；(3)垂線使用條件十分惡劣，要求潮濕、結(jié)露對(duì)傳感器的壽命、測(cè)量結(jié)果沒(méi)有影響。
目前，用于測(cè)量垂線有以下幾種方式(1)光電跟蹤式，雖有橫向靈敏度小、線性度好等優(yōu)點(diǎn)，但光、機(jī)系統(tǒng)易受潮銹蝕，維護(hù)保養(yǎng)困難，且不能作快速和連續(xù)測(cè)量；(2)電容式，在較大體積下可得到較好的正交抑制比和線性度，能作快速測(cè)量，但是由于空氣和水的介電常數(shù)相差80倍，而電容極板暴露空氣中易受潮、結(jié)露，影響測(cè)量精度，還由于電容量不能做得太大尺寸是高阻輸出，所以易受干擾；(3)渦流感應(yīng)式，雖可作快速測(cè)量，但線性度、正交抑制比差，橫向靈敏度大。
本實(shí)用新型的目的就是克服上述幾種測(cè)量垂線方式的缺點(diǎn)，提供一種理想的采用全新原理設(shè)計(jì)的二維位移測(cè)量裝置。


圖1為導(dǎo)線電磁變換原理圖，其中0為一根直導(dǎo)線，L是導(dǎo)線長(zhǎng)度，I是通過(guò)導(dǎo)線的電流強(qiáng)度，R是測(cè)點(diǎn)到導(dǎo)線的距離，∮1、∮2是測(cè)點(diǎn)到導(dǎo)線端點(diǎn)連線與導(dǎo)線的夾角，u.是真空導(dǎo)磁率。根據(jù)畢奧一沙伐爾一拉普拉斯定律，當(dāng)R＜＜L時(shí)，則測(cè)點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝ (u.I)/(2πR) (1)本實(shí)用新型傳感器由被測(cè)直線和兩個(gè)測(cè)量頭組成。圖2為傳感器結(jié)構(gòu)俯視圖，圖3為圖2的A－A剖視圖，其中O為被測(cè)直線(垂直導(dǎo)線)，1、2為一組檢測(cè)線圈，3為絕緣凹字形盒，4為測(cè)量頭。一組檢測(cè)線圈是由兩個(gè)完全一樣的線圈(指線圈截面積S、線圈匝數(shù)N，線圈長(zhǎng)度l完全一樣)組成，其位置互相平行，固定在凹字形絕緣盒內(nèi)，上下兩個(gè)凹字形絕緣盒及其在內(nèi)的一組線圈蓋好膠合密封后稱(chēng)作測(cè)量頭。當(dāng)導(dǎo)線通過(guò)檢測(cè)線圈平面中心，并互為垂直關(guān)系時(shí)，根據(jù)公式(1)，則檢測(cè)線圈1、2可測(cè)出該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1、B2，當(dāng)導(dǎo)線電流是頻率f的交變電流時(shí)，則E1＝4.44fNSB1(2)E2＝4.44fNSB2(3)當(dāng)兩個(gè)線圈用差動(dòng)法聯(lián)接時(shí)，則輸電壓E＝E1－E2＝4.44fNS(B1－B2)(4)以(1)代(4)，設(shè)兩檢測(cè)線圈之間的距離為2R，△R是導(dǎo)線偏離中心的距離，R1＝R－△R，R2＝R＋△R，K＝4.44fNS (u.I)/(2π) ，經(jīng)整理略去高次項(xiàng)得E＝ (2K)/(R2) ·△R (5)
所以電壓E和△R成線性關(guān)系。顯而易見(jiàn)，一個(gè)測(cè)量頭，即一組線圈(X方向)可檢測(cè)出垂線的一維位移；另一個(gè)測(cè)量頭，即另組線圈(Y方向)可測(cè)出垂線的另一維位移，從而實(shí)現(xiàn)了二維位移的檢測(cè)。在二維情況下，選取合適的線圈長(zhǎng)度l，則可保證傳感器的橫向靈敏度極小。
圖4為本實(shí)用新型安裝示意圖1，也為垂線實(shí)施例，0為垂線，4為測(cè)量頭，5為鎖相放大器，6為信號(hào)發(fā)生器，7為支撐架，8為擱板，9、10、11、12為回流導(dǎo)線。
在被選定的位置處，垂線作為導(dǎo)線0，導(dǎo)線和電流信號(hào)發(fā)生器6相串聯(lián)，導(dǎo)線則為一根交變載流體，在垂線被測(cè)處0′安裝支撐架7，支撐架為一正多邊柱體(或圓柱體)形狀。安裝時(shí)應(yīng)保證柱體中心線和垂線重合；擱板8為水平面，在0′略下方；擱板上平放兩個(gè)測(cè)量頭，分別檢測(cè)X、Y方向，其中心和垂線重合，測(cè)量頭和鎖相放大器相聯(lián)，輸出二維位移檢測(cè)信號(hào)。此處支撐架為正四方柱體，并以柱體的四條棱作為回流導(dǎo)線9、10、11、12，由于使回流導(dǎo)線阻抗完全一樣，所以回流大小相等，又由于回流導(dǎo)線對(duì)于垂線互為對(duì)稱(chēng)，所以回流電磁場(chǎng)對(duì)測(cè)量頭無(wú)影響。
由于本實(shí)用新型采用電磁差動(dòng)法原理設(shè)計(jì)，因此具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)測(cè)量媒介是磁場(chǎng)，所以是無(wú)接觸式測(cè)量，適合垂線側(cè)向恢復(fù)力小的特點(diǎn)；水和空氣導(dǎo)磁率很小，所以在潮濕環(huán)境中，結(jié)露等現(xiàn)象不影響測(cè)量精度。
(2)測(cè)量頭是全固體密封，沒(méi)有可動(dòng)的機(jī)械部件，屬永久性器件，堅(jiān)固可靠，可在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期使用。
(3)測(cè)量頭尺寸小、重量輕、易于安裝。
(4)整套裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有良好的正交抑制比和線性度，橫向靈敏度極小。
(5)模擬信號(hào)連續(xù)輸出，可以快速測(cè)量。
本實(shí)用新型在具體實(shí)施中，垂線通常采用鋼絲。并設(shè)計(jì)二種測(cè)量頭一種是小量程的，其垂線動(dòng)程范圍是40mm×40mm；另一種是大量程的，其垂線動(dòng)程范圍是90mm×90mm。
權(quán)利要求1.一種由傳感器、支撐架組成的二維位移測(cè)量裝置，其特征在于傳感器是由一根被測(cè)直線0、兩個(gè)測(cè)量頭組成，被測(cè)直線通過(guò)兩個(gè)測(cè)量頭平面的中心，并互為垂直關(guān)系。
2.按權(quán)利要求1所述的二維位移測(cè)量裝置，其特征在于被測(cè)直線0用導(dǎo)線絲制成，和電流信號(hào)發(fā)生器6、支撐架7內(nèi)的回流導(dǎo)線相串聯(lián)，使被測(cè)直線為一交變載流體。
3.按權(quán)利要求1所述的二維位移測(cè)量裝置，其特征在于每個(gè)測(cè)量頭4由兩個(gè)完全一樣的線圈1、2組成，其位置互相平行，一線端按差動(dòng)法連接，另一線端和鎖相放大器5連接，線圈固定在上下兩個(gè)一樣的凹字形絕緣盒3內(nèi)，蓋好膠合密封。
4.按權(quán)利要求1所述的二維位移測(cè)量裝置，其特征在于支撐架7為正多邊體(或圓柱體)形狀，安裝時(shí)使其中心軸線和被測(cè)直線重合；支撐架上的數(shù)根回流導(dǎo)體阻抗完全一樣，對(duì)于柱體中心軸線互為對(duì)稱(chēng)。
專(zhuān)利摘要一種二維位移測(cè)量裝置，涉及在以垂線(或引張線)作為位置參考進(jìn)行二維位移檢測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域。為了解決對(duì)垂線無(wú)接觸測(cè)量、從測(cè)點(diǎn)分離出二維位移數(shù)值及適應(yīng)垂線使用的惡劣條件，本實(shí)用新型采用電磁差動(dòng)法工作原理設(shè)計(jì)。其特征是傳感器由被測(cè)直線(垂線)和兩個(gè)測(cè)量頭組成，被測(cè)直線通過(guò)測(cè)量頭平面中心，并互為垂直關(guān)系。被測(cè)直線為一交變載流體。測(cè)量頭由兩個(gè)完全一樣的線圈按差動(dòng)法聯(lián)接，位置互相平行。廣泛應(yīng)用于各種測(cè)量及大壩等大型高層建筑物的形變監(jiān)測(cè)中。
文檔編號(hào)G01B7/02GK2108273SQ9120936
公開(kāi)日1992年6月24日 申請(qǐng)日期1991年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月31日
發(fā)明者李樹(shù)德 申請(qǐng)人:李樹(shù)德