專利名稱：一種二維位移測量方法及二維位移傳感器的制作方法
技術領域：
本發明屬于測量儀器領域，涉及可用于土木工程測試、機械監控領域的位移測量裝置，尤其是能夠實現單一傳感器對被測點二維位移的測量的裝置。
背景技術：
目前，國內外土木工程測試領域中對位移的測量都是使用一維位移傳感器，而被測點的位移大多產生在兩個方向，用一維位移傳感器的組合方式來測量二維位移時，會產生比較大的誤差，影響輸出結果的精度。
發明內容
本發明的目的是提供一種二維位移傳感器，它能夠準確的測量被測點的二維位移。
本發明的目的是這樣實現的安裝在同一個儀器外殼內的直線形電阻絲和圓弧形電阻絲分別被連接組成變電阻式應變電橋，當被測點帶動傳感器滑桿產生徑向位移和旋轉角度時，滑動電阻觸頭會在電阻絲上滑動，引起電橋中相關節點之間電壓的變化，通過儀器輸出的數據和儀器相關初始參數可以得到測點在極坐標系統中產生的位移和角度的變化，在通過極坐標和直角坐標之間的換算關系，得到測點在直角坐標系下的二維位移。為保護儀器及提高測試精度，儀器內部設置有動態自平衡裝置，而且儀器數據輸出線從帶孔圓軸內部引出，保證儀器的重心始終通過其旋轉中心軸。
一種二維位移測量方法，根據惠斯登電橋電路測試原理，將連接到電橋中的電阻絲布置成直線形和圓弧形，直線形電阻絲用于測量直線形位移量，圓弧形電阻絲用于測量圓弧的弧長變化量，再根據弧長與半徑的關系計算出測點繞圓心的旋轉角度。
進一步，通過測量被測點在極坐標系統中位移變化量的方法來實現二維位移測量。
一種二維位移傳感器，包括組成測試電橋的直線形電阻絲和圓弧形電阻絲，兩者被安裝到一個可以繞固定軸旋轉的結構中。
進一步，包括同測點相連的徑向滑桿，其被安裝在可以圍繞旋轉軸旋轉的外殼中；外殼通過剛性支架和空心圓軸被安裝固定；接于測量電橋中的直線形徑向電阻絲和圓弧形環向電阻絲被分別安裝在基座和圓形基座上，基座固定在外殼上，圓形基座通過帶孔圓軸固定在支架上；所述直線形徑向電阻絲和圓弧形環向電阻絲分別通過各自的電阻線圈接線盒被接到測試電橋中。
還包括數據傳輸線，其從帶孔圓軸內部引出，儀器內部設有維持儀器重心始終通過其旋轉中心軸的動態自平衡裝置。
當儀器中只布置圓弧形電阻絲時，可將其做成角度測量儀器。
由于采用上述方案，可以精確的測量測點的二維位移，結構簡單，測量精度高。
圖1是本發明一種實施例的電路原理示意圖。
圖2是本發明一種實施例傳感器的位移計算原理示意圖。
圖3是本發明一種實施例傳感器的正視示意圖。
圖4是圖3上標示的1-1剖面示意圖。
圖5是圖4上標示的的2-2剖面示意圖。
圖6是圖4上標示的的3-3剖面示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖1-6，本發明一種實施例，圖中包括徑向滑桿1、傳感器外殼2、旋轉軸3、支座4、徑向位移讀數孔5、角度讀數盤6、帶孔圓軸7、徑向位移電阻絲8、環向位移電阻絲9、徑向電阻觸頭10、環向電阻觸頭11、徑向電阻絲基座12、環向電阻絲基座13、徑向回復彈簧14、自平衡滑塊15、滑塊導桿16、徑向電阻絲接線盒17、環向電阻絲接線盒18。
圖1為本發明所采用的差動變電阻式應變電橋原理示意圖。圖中R’為本裝置中的電阻絲，當外界位移帶動滑動觸頭B在R’上移動時，會引起橋路上B、D兩點之間電壓的變化，從而達到對位移進行電測的目的。R’可以根據需要做成直線形來測量測點的直線位移，也可以做成弧形來測量測點沿一定的圓心所移動的弧長，或者在同一個儀器中同時安裝直線和弧形兩種電阻絲，同時進行直線位移和沿圓心角度變化量的二維測量。
圖2為本發明所采用的位移計算原理示意圖。當被測點帶動徑向滑桿1的端部從圖中M點移動到N點時，在以O點為圓心的極坐標系統中，可將位移量分解成沿徑向滑桿1軸向的位移量Δr和沿O點的旋轉角度量Δθ，即相當于測點移動了(Δr，Δθ)，通過公式1、公式2可將極坐標系統中的位移(Δr，Δθ)轉換成直角坐標系統中的(Δx，Δy)。式中Δr由傳感器的徑向位移量(由徑向電阻觸頭10在徑向位移電阻絲8上的滑動得到)得到，Δθ由傳感器的環向位移量(由環向電阻觸頭11在環向位移電阻絲10上的滑動得到)根據弧長半徑的關系換算得到。
Δx＝r0-(r0-Δr)·cosΔθ公式1Δy＝(r0-Δr)·sinΔθ 公式2在圖3、圖4、圖5和圖6中，同測點相連的徑向滑桿1被安裝在可以圍繞旋轉軸3旋轉的外殼2中。外殼通過剛性支架4和空心圓軸7被安裝固定。接于測量電橋中的直線形徑向電阻絲8和圓弧形環向電阻絲9被分別安裝在基座12和圓形基座13上，基座12固定在外殼2上，圓形基座13通過帶孔圓軸7固定在支架4上。電阻絲8和電阻絲9分別通過電阻線圈接線盒17和18被接到測試電橋中。徑向滑桿1端部在被測點位移帶動下，會使徑向滑桿1產生沿其軸向的滑動，并使儀器外殼2產生繞旋轉軸3的旋轉，此時固定在徑向滑桿1上的徑向觸頭10會同所接觸的固定在外殼2上的徑向電阻絲8產生相對運動，環向觸頭11會同所接觸的固定在圓形基座13上的環向電阻絲9之間產生相對運動，從而引起用于數據分析用的測試電橋中的電壓變化量，達到進行二維位移測試的目的。當滑桿1滑動時，自平衡滑塊15會在滑塊導桿16上產生與滑桿1反方向的運動，滑桿1與自平衡滑塊15之間的聯系可以通過連接二者的拉線和和拉線轉向滑輪來實現，這就保持了儀器重心始終通過其旋轉中心軸。儀器數據傳輸線從帶孔圓軸7內部引出，以消除對儀器重心位置的影響。
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對于本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種二維位移測量方法，其特征是根據惠斯登電橋電路測試原理，將連接到電橋中的電阻絲布置成直線形和圓弧形，直線形電阻絲用于測量直線形位移量，圓弧形電阻絲用于測量圓弧的弧長變化量，再根據弧長與半徑的關系計算出測點繞圓心的旋轉角度。
2.根據權利要求1所述的二維位移測量方法，其特征是通過測量被測點在極坐標系統中位移變化量的方法來實現二維位移測量。
3.一種二維位移傳感器，其特征是包括組成測試電橋的直線形電阻絲和圓弧形電阻絲，兩者被安裝到一個可以繞固定軸旋轉的結構中。
4.根據權利要求3所述的二維位移傳感器，其特征是包括同測點相連的徑向滑桿，其被安裝在可以圍繞旋轉軸旋轉的外殼中；外殼通過剛性支架和空心圓軸被安裝固定；接于測量電橋中的直線形徑向電阻絲和圓弧形環向電阻絲被分別安裝在基座和圓形基座上，基座固定在外殼上，圓形基座通過帶孔圓軸固定在支架上；所述直線形徑向電阻絲和圓弧形環向電阻絲分別通過各自的電阻線圈接線盒被接到測試電橋中。
5.根據權利要求3所述的二維位移傳感器，其特征是還包括數據傳輸線，其從帶孔圓軸內部引出，儀器內部設有維持儀器重心始終通過其旋轉中心軸的動態自平衡裝置。
全文摘要
一種二維位移測量方法，根據惠斯登電橋電路測試原理，將連接到電橋中的電阻絲布置成直線形和圓弧形，直線形電阻絲用于測量直線形位移量，圓弧形電阻絲用于測量圓弧的弧長變化量，再根據弧長與半徑的關系計算出測點繞圓心的旋轉角度；通過測量被測點在極坐標系統中位移變化量的方法來實現二維位移測量。二維位移傳感器，包括組成測試電橋的直線形電阻絲和圓弧形電阻絲，兩者被安裝到一個可以繞固定軸旋轉的結構中；還包括數據傳輸線，其從帶孔圓軸內部引出，儀器內部設有維持儀器重心始終通過其旋轉中心軸的動態自平衡裝置。本發明可精確的測量測點的二維位移，結構簡單，測量精度高。
文檔編號G01B7/02GK101063621SQ20061002629
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月29日 優先權日2006年4月29日
發明者胡敬禮, 李炳生, 陳以一, 范佩芳, 黃永嘉, 胡志凌, 王偉 申請人:同濟大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
