实时监控校正室内缩微模型测量设备位移的装置及方法与流程

本发明涉及一种试验技术发展领域中的位移自动调节装置，尤其是一种实时监控校正室内缩微模型测量设备位移的装置及方法。

背景技术：

室内大型物理模型试验，一般是根据工程需要制作的室内缩微模型，比工程实际尺寸小，通过室内缩微模型试验精准反映工程，就要精确测量室内模型的细微移动轨迹和位移变化等，因而，大多需要在空中架设测量设备。基于1：150比例的某大型湖泊室内缩微模型，将观测设备悬挂于模型厅竖向桁架上，用于观测湖面波浪、泥沙等运动参数。当外界环境变化（如温度、风力等）导致测量设备的竖直方向发生1mm位移时，相当于实际湖泊水位上涨或下降了150mm，对于整个湖泊的蓄水量来说，相当于增加或减少了近10万m³，从而导致试验结果失真或失。目前还没有对室内大型物理模型试验的测量设备的微量位移进行实时监测校正的装置。

技术实现要素：

本发明的目的是为为了解决因气温或风力等外界因素变化，导致安装在桁架上的测量设备发生水平或竖向位移，进而导致试验结果失真的问题，提供一种实时监控校正室内缩微模型测量设备位移的装置及方法，其能够自动监控校正测量设备，结构简单，实用性强，便于试验人员的安装。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种实时监控校正室内缩微模型测量设备位移的装置，包括安装于桁架上的测量设备、感应装置和调节装置，桁架外部设置有水平基点和竖向基点，感应装置和调节装置均以水平基点和竖向基点为基准，感应装置和调节装置均通过数据线与控制器连接，调节装置与测量设备连接，能够带动测量设备在桁架上微调。

所述水平基点、竖向基点、调节装置和感应装置的俯视投影在同一笛卡尔二维坐标系中，调节装置和感应装置的中心点以及水平基点均在x轴上，以感应装置的中心为圆点，水平基点的坐标为（l4，0），竖向基点的坐标为（0，l0）。

所述桁架为一框架式结构，顶部中心向下竖直连接有一竖向桁架。

所述测量设备和感应设备均安装于竖向桁架上。

所述调节装置包括固定安装于竖向桁架底部的钢制方形框架，其中方形框架底部相邻的两个底边的上部分别设置有沿其长度方向设置的导轨，每个底边上均设置有底部卡在导轨上的电动推杆，两个电动推杆呈十字交叉布置，两个电动推杆的末端轴头均固定连接于一个套环上，套环套在测量设备向上延伸的套管上，且套环与套管之间有间隙，能够保证测量设备上下自由移动；每个电动推杆上均安装有一个与所述底边接触的电磁吸盘，通电时电磁吸盘将电动推杆固定于底边上，需要电动推杆在底边上滑动时，将电磁吸盘断电；

其中一个电动推杆上靠近末端轴头上安装有一个与推杆有夹角的微型步进电机，微型步进电机的输出轴末端安装有齿轮，套管上设置有所述齿轮相啮合的齿条，微型步进电机工作时，齿轮转动，通过与齿轮啮合的齿条作用，带动套管及测量设备上下移动；

所述电动推杆、电磁吸盘和微型步进电机均有控制器控制。

所述感应装置为激光位移传感器，例如bx-lv100n/r激光位移传感器。

所述控制器为plc或单片机或计算机。

电动推杆是一种新型的电动执行机构，电动推杆主要由电机、推杆和控制装置等机构组成的一种新型直线执行机构，可以实现远距离控制、集中控制。

一种利用实时监控校正室内缩微模型测量设备位移的装置的实时监控校正方法，包括以下步骤：

1）选取位置不变的水平基点和竖向基点，水平基点、竖向基点、调节装置和感应装置的俯视投影在同一笛卡尔二维坐标系中，调节装置和感应装置的中心点以及水平基点均在x轴上，且感应装置的中心为圆点，水平基点的坐标为（l4，0），竖向基点的坐标为（0，l0）；

2）将感应装置、调节装置和测量设备均固定于竖向桁架上；

3）感应装置通过发射激光束到水平基点和竖向基点，来测定其距水平和竖向基点的距离；

4）设定测量设备距水平和竖向基点距离不变，误差小于0.01mm；

5）自动调节，若测量设备由于外界环境变化发生大于等于0.01mm的位移变化时，感应装置实时感应并将位移信号转换为电信号传递给控制器，控制器控制调节装置做出相应的调节，使测量设备恢复至标准位置。

本发明中，测量设备为现有设备，在市场中均可购买到，不再赘述。

本发明的有益效果是：

本发明可以减少外界环境变化对大型物理模型观测试验的影响，诸如温度和风等导致测量设备位置变化，观测所得数据不准确的问题。在地面选取水平和竖向基点，将感应装置固定于竖向桁架上，将调节装置固定于距竖向基点l0处，当外界环境变化导致测量设备位置变化时，感应装置感应其位移变化，并实时将位移信号传递给控制器，控制器控制调节装置做出调节。其原理是设定测量设备距水平和竖向基点距离不变，感应装置发射激光束感应其位置变化，当测量设备位移变化大于等于0.01mm时，感应装置感应其位移变化，并实时将位移信号传递给控制器，控制器控制调节装置做出调节。

本发明结构简单，使用方便，便于安装，由于使用了自动调节装置，而非人工测量其位移，手动做出调节，调节数值可精确到0.01mm，使室内模型观测试验所得数据更加准确可靠。使室内微缩模型与实际模型的观测误差更小，对于室内大型物理模型试验的观测具有重大意义。

附图说明

图1整体装置系统原理图；

图2整体装置俯视示意图；

图3测量设备结构示意图；

图4竖向衔架、调节装置好测量设备连接示意图；

图5调节装置结构示意图；

图6感应装置结构示意图；

其中，1-测量设备，2-调节装置、3-感应装置向下l0-l1位移，4-感应装置、5-感应装置向上l2-l0位移、6-桁架向下变形、7-桁架向上变形、8-建筑物桁架、9-竖向基点、10-模型；11-竖向桁架；12-水平基点，13-监控镜头，14-保护管，15-监控接线，16-齿条，17-方形框架；18.套管，19-螺栓；20-操作面板，21-传感器，22-导线，23-激光接收窗口，24激光发射窗口，25激光位移感应器，26.电磁吸盘，27.微型步进电机，28.齿轮，29.套环，30.导轨，31.底边，32.电动推杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

参阅图1-图6所示，实时监控校正室内缩微模型测量设备位移的装置，包括测量设备1、调节装置2、感应装置4、竖向基点9、建筑物桁架8、模型10、水平基点12、竖向桁架11，建筑物桁架8为一框架式结构，顶部中心向下竖直连接有一竖向桁架11。测量设备1、感应装置4和调节装置2均固定于建筑物桁架8的竖向桁架11上，建筑物桁架8外部设置有水平基点12和竖向基点9，感应装置4和调节装置2均以水平基点12和竖向基点9为基准，感应装置4和调节装置2均通过数据线与外设的控制器连接，调节装置2与测量设备1连接，能够带动测量设备1在桁架上微调。感应装置4为激光位移传感器，例如bx-lv100n/r激光位移传感器。控制器为plc或单片机或计算机。

水平基点12、竖向基点9、调节装置2和感应装置4的俯视投影在同一笛卡尔二维坐标系中，调节装置2和感应装置4的中心点以及水平基点12均在x轴上，以感应装置4的中心为圆点，水平基点12的坐标为（l4，0），竖向基点9的坐标为（0，l0）。

如图5所示，调节装置2包括固定安装于竖向桁架11底部的钢制方形框架17，其中方形框架17底部相邻的两个底边31的上部分别设置有沿其长度方向设置的导轨30，每个底边31上均设置有底部卡在导轨30上的电动推杆32，两个电动推杆32呈十字交叉布置，两个电动推杆32的末端轴头均固定连接于一个套环29上，套环29套在测量设备1向上延伸的套管18上，且套环29与套管18之间有间隙，能够保证测量设备1上下自由移动；每个电动推杆32上均安装有一个与所述底边31接触的电磁吸盘26，通电时电磁吸盘26将电动推杆32固定于底边31上，需要电动推杆32在底边31上滑动时，将电磁吸盘26断电；

其中一个电动推杆32上靠近末端轴头上安装有一个与推杆有夹角的微型步进电机27，微型步进电机27的输出轴末端安装有齿轮28，套管18上设置有所述齿轮28相啮合的齿条16，微型步进电机27工作时，齿轮28转动，通过与齿轮28啮合的齿条16作用，带动套管18及测量设备1上下移动。电动推杆32、电磁吸盘26、微型步进电机27和感应装置均由控制器控制。

电动推杆是一种新型的电动执行机构，电动推杆主要由电机、推杆和控制装置等机构组成的一种新型直线执行机构，可以实现远距离控制、集中控制。

测量设备、电动推杆和微型步进电机均为现有产品，在市场中均可购买到，不再赘述。

本发明的工作原理和过程：

使用时，感应装置4自动感应测量设备1距竖向基点9和水平基点12的距离，设定其距水平和竖向基点距离不变，当外界环境变化（如温度、风力等）时，如图1所示，使桁架向下变形6或桁架向上变形7，造成感应装置向下l0-l1位移3，或感应装置向上l2-l0位移5，造成测量装置产生同步位移，测量不准确。设定测量设备1水平或竖向位移大于0.01mm时，感应装置4将位移信号转化为电信号传递给控制器，控制器控制调节装置做出相应的调节，使测量设备1水平和竖向位移偏差不超过0.01mm。

利用实时监控校正室内缩微模型测量设备位移的装置的实时监控校正方法，包括以下步骤：

1）选取水平和竖向基点；

2）将感应装置、调节装置和测量装置均固定于竖向桁架上；

3）感应装置通过发射激光束到水平基点和竖向基点，来测定其距水平和竖向基点的距离；

4）设定测量设备距水平和竖向基点距离不变，误差小于0.01mm；

5）自动调节，若测量设备由于外界环境变化发生大于等于0.01mm的位移变化时，感应装置实时感应并将位移信号转换为电信号传递给控制器，控制器控制调节装置做出相应的调节，使测量设备恢复至标准位置。

具体调节方式为：

上下移动，电磁吸盘26通电，电动推杆32固定在方形框架17上，控制微型同步电机27动作，经齿轮齿条啮合带动测量设备1的套管18经套环29上下移动。

左右移动，将电动推杆32的电磁吸盘26断电，以便于电动推杆32在导轨上滑动；前后移动的电动推杆断电，左右移动的电动推杆32通电，并按照控制器的要求动作，带动套环29及其内的套管18左右移动，前后移动的电动推杆在导轨30上同步滑动。

前后移动，电动推杆32的电磁吸盘26断电，以便于电动推杆32在导轨上滑动；左右移动的电动推杆断电，前后移动的电动推杆32通电，并按照控制器的要求动作，带动套环29及其内的套管18前后移动，左右移动的电动推杆在导轨30上同步滑动。

前后左右调整到位后，电动推杆32断电，电磁吸盘26通电，将电动推杆32固定于方形框架17上，避免电动推杆产生移动，影响测量设备精度。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。