一种位移传感器立式智能检验仪及检测方法与流程

本发明属于工程安全监测领域，特别涉及到一种用于位移传感器的现场检验的立式智能检验仪及其检测方法。

背景技术：

监测仪器大多在隐蔽的工作环境下长期运行。仪器一旦埋设安装之后，通常就无法进行检修和更换。因此，对所有将要埋设的仪器，必须对其出厂参数的可靠性、仪器自身工作的稳定性和外观等进行全面的检验，确保使用的仪器各项性能满足要求。

位移传感器为变形监测项目中使用最为频繁的一类传感器之一，目前现场检验主要采用以下方式进行：

(1)准备检验设备和工具

大、小校正架各一台(含专用夹具各1套)，大、小量程百分表和千分表各2只，读数仪一台，游标卡尺一付，工具(含扳手、改锥)一套，现场检验记录表格若干。

(2)读取初始读数

将仪器型号、量程、厂家编号填写于记录表格后，用读数仪读取传感器的初始读数。

(3)预拉

将传感器通过专用夹具装在大校正仪上用螺栓上紧，摇校正仪手柄对仪器进行预拉。

(4)分级拉、退检验

按量程等分不少于6级进行拉、退并将测值记入表中，三个循环后结束。

(5)计算

传感器所产生的位移(或变形)与输出频率模数f成线性关系，转换公式一般为：

si＝k(f0-fi)

式中：si—i时刻传感器反映的位移；

k—传感器系数

f0—零点压力输出模数

fi—对应si的输出模数

校准曲线按上式处理，计算有关指标时，其工作特性曲线可采用最小二乘直线，即：

n＝a+bsi

式中：n—输出频率的平方差

a—最小二乘直线的截距

b—最小二乘直线的斜率。

位移为零点输出模数f0：

额定位移时的输出频率：

额定输出：

f＝f0-fni

分辩率(最小读数)：

非直线度：

滞后：

不重复度：

综合误差：

上列式中：

m—试验循环的遍(次)数(m＝1、2、……m)；

fnj—第j次加荷和退荷测量时，位移为零点时的输出频率值；

fnij—第j次加荷至额定位移值时的输出频率值；

δfl—平均校准曲线与工作直线偏差的最大值；

δfh—回程平均校准曲线与进程平均校准曲线，位移相同测试点输出偏差最大值；

δfr—进程和回程重复校准时，各测试点输出偏差的最大值；

δfc—进程平均校准曲线和回程平均校准曲线二者与工作直线偏差最大值；

f—额定输出频率的平方差；

fs—传感器满量程输出频率值。

(6)检验结果的评判标准

评定仪器是否合格，除现场检验的仪器分辨率与厂家提供的分辨率的相对误差小于1％外，还需满足以下条件：

不重复度应不大于0.5％f.s；

滞后应不大于1％f.s；

非直线度应不大于2％f.s；

综合误差应不大于2.5％f.s。

对于位移传感器，现有的现场检验方法虽然较为成熟，但在实际操作过程中仍然存在以下明显缺陷：

(1)校正架的适应性差，现场往往需要根据传感器的实际尺寸自行加工与之相匹配的专用夹具，往往需要加工多种尺寸的夹具，且夹具的可重复利用度低。

(2)传感器的预拉为人工操作，如果对校正架的操作方法不熟练，有可能将传感器拉坏。

(3)在拉压过程中要确保传感器始终处于轴心受力状态，即要求传感器固定在校正架上后，其轴线与夹具中心、传力杆轴线均处于一条直线上。但是，由于传感器是通过夹具水平固定在校正架上，在固定过程中受重力影响，难以保证其处于绝对的水平状态，从而影响检验成果的精度。

(4)整个检验过程均为人工操作，对人员的专业素质要求高，而且不可避免的会存在偶然误差，影响检验成果精度。

(5)传感器的拉、退需要按其量程等分不少于6级进行，循环3次，操作过程繁琐，需要花费大量的时间，而且对过程的控制和历次读数的要求均非常严格，否则达不到预期效果。

(6)对采集到的数据需要进行多项指标的计算，计算方法较为繁琐且评判指标多，极易出现错误。

技术实现要素：

本发明的目的是：针对上述现有技术手段存在的问题，开发一套位移传感器立式智能检验仪，实现对位移传感器检验的全过程自动化控制，可实现对传感器的快速固定，并使其始终处于轴心受力状态，确保检验成果精度。同时，具有自动存储、计算和输出检验成果的功能，在确保检验成果质量满足要求的前提下，可大大提高工作效率，并对于本专业一般人员也易于操作和掌握。

本发明的技术方案如下：

一种位移传感器立式智能检验仪，包括竖直方向同轴的固定夹具和活动夹具；

所述活动夹具的移动方向与轴线一致，且活动夹具依次与可多角度调节球头、传动螺纹杆、伺服电机相连，可多角度调节球头上设置有球体锁紧旋钮；

所述伺服电机与上位机连接。

所述固定夹具固定连接在外壳体底部。

所述外壳体上设置有水平水准泡。

所述外壳体底部设置有可调柱脚。

所述外壳体上设置有显示器。

所述外壳体上设置有数据采集模块接口，振弦式仪器接口，差阻式仪器接口和电位器式仪器接口。

一种采用权利要求所述的位移传感器立式智能检验仪的检测方法，包括以下步骤：

第一步：确定传感器的类型和型号；

第二步：调平，确保活动夹具和固定夹具的轴线垂直于水平面；

第三步：固定传感器，将固定旋钮松开，使得活动夹具处于自由状态，然后将传感器一端固定在活动夹具上，旋紧固定旋钮，启动伺服电机，驱动传动螺纹杆带动活动夹具往固定夹具一侧移动，直至传感器的另一端进入固定夹具内；

第四步：设置程序，对检验参数、检验过程、输入输出进行设置，将传感器电缆接入相应接口，将数据采集模块与数据采集模块接口连接；

第五步：检验，启动检验仪，通过预设程序或导入编码控制伺服电机运动，通过自动化采集模块将检验数据采集、存储和输出。

固定夹具和活动夹具结构相同，包括底座、盖体和带有从动锥齿轮的螺纹杆；底座上有一连接孔；盖体外端面为锁紧块，盖体与底座之间为旋转环，盖体内有一连接柱，连接柱上开有第一定位孔，盖体的内侧壁上开有第二定位孔，盖体端面上开有滑移槽；锁紧块下端与螺纹杆相连，旋转环上有一驱动锥齿轮，驱动锥齿轮的端面上开有带螺纹的通孔。

夹具通过旋转驱动锥齿轮从而带动从动锥齿轮旋转，进而驱动与从动锥齿轮同轴的螺纹杆旋转，由于螺纹杆的两端分别固定在盖体连接柱上的第一定位孔和盖体侧壁上的第二定位孔内，因此螺纹杆只能沿其自身的轴线转动，另一方面，锁紧块下端与螺纹杆连接，当螺纹杆旋转时，由于盖体外端面的阻挡作用无法旋转，只能沿着螺纹杆长度方向来回移动，多个锁紧块同时移动，从而实现了夹紧和松开的功能。

与现有技术相比，本发明体现在以下方面：

本发明对于不同尺寸的传感器均可简单快速夹紧，适用性强。同时，通过采用立式的方式，使得传感器固定前，在重力作用下可处于垂直状态，由此确保其在检验过程中始终为轴心受力，有效保证了检验成果精度。

本发明对位移传感器检验的全过程实现了自动化控制，具有自动存储、计算和输出检验成果的功能，正真意义上实现了智能化的操作，可有效避免人为误差，保证检验质量满足要求。

本发明对于本专业一般人员而言，也易于操作和掌握，不仅大大降低了人工劳动强度，提高工作效率，而且可有效降低人员成本。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的工作流程示意图；

图3～图8为本发明的夹具结构示意图。

具体实施方式

本下面结合附图进一步描述本发明。本发明中，伺服电机2为常规设备，例如采用西门子v90系列。传感器接口直接与数据采集模块(譬如基康smartdata2000模块)连接，可直接采集、存储数据等，然后与上位机连接。数据采集方法为现有自动化采集方法，但是数据的处理是可采用自行编制的程序，实现数据分类、筛选、计算和结果输出等功能。可多角度调节球头6即采用球头连接结构，该结构自带球头锁紧结构，例如fotoprofph云台系列中的球头结构和球体锁紧旋钮7。显示器10作为上位机的输入控制参数装置，可以配备键盘或者直接采用触摸屏。

如图1所示，本发明包括一长方体外壳体1，长方体外壳体1根据功能分区可分为两个区域，其中左半区域为观测区，右半区域为检验区。

检验区的顶部安装一伺服电机2，伺服电机2上连接有一传动螺纹杆3，伺服电机2可带动传动螺纹杆3转动。传动螺纹杆3上有活动夹具4和固定夹具5，活动夹具4上连接有球头6，球头6上有球体锁紧旋钮7。活动夹具4和固定夹具5之间连接一位移传感器8。

观测区靠近顶部边沿有一水平水准泡9，水平水准泡9用以判断本发明整体是否处于水平状态。观测区靠左侧边沿还有一垂直水准泡11(当外壳体1横置时使用)。观测区的底部四个角均有一可调柱脚13，可调柱脚13上均有一有调节旋钮105，调节旋钮105控制可调柱脚13的升降来调整本发明的水平和垂直。

观测区有一显示器10，显示器10可对设置检验参数、检验过程、输入输出成果等进行设置，并将检验过程和成果显示在显示屏上。观测区的上部为四个并排分布的接口101、接口102、接口103、接口104，接口101可接入振弦式仪器，接口102可接入差阻式仪器，接口103可接入电位器式仪器，接口104可接入自动化数据采集模块。

本发明电源插头12接入外部电源，为本发明提供稳定电源。

如图2所示，为本发明的工作流程：

第一步：室内准备。通过厂家资料，确定传感器8的类型和型号。初步检查本发明通电、显示屏等是否正常。

第二步：调平。首先，观察水平水准泡9是否均居中。如果不居中，则通过调节旋钮105控制可调柱脚13的升降来调整，确保本发明整体处于水平。

第三步：固定传感器。将球体锁紧旋钮7松开，使得活动夹具4处于自由状态(垂直状态)。然后将传感器8一端固定在活动夹具4上，旋紧球体锁紧旋钮7。然后启动伺服电机2，驱使传动螺纹杆旋转来带动活动夹具4往固定夹具5一侧活动，至传感器8的另一端将要接近固定夹具5时，关闭伺服电机2，然后手动微调，使得传感器8进入固定夹具5内，最后检查传感器8是否与两端的夹具稳固连接即可。

第四步：设置程序。在显示器10处对检验参数、检验过程、输入输出成果等进行设置，然后将根据传感器8的类型，将其电缆接入与其对应的接口101、102、103的其中一个内，将自动化数据采集模块与接口104连接。

第五步：检验。启动本发明，其通过内部程序或导入编码来控制伺服电机2的运动，从而控制检验的进程、回程，并最终通过自动化数据采集模块将检验数据采集、存储和输出。

如图3～8所示，为本发明采用的夹具，包括底座21、盖体23和带有从动锥齿轮25的螺纹杆26；底座21为圆盘形，其上端面有一同轴圆柱体，圆柱体上端面有一连接孔211，连接孔211内壁加工有螺纹；盖体23外端面有6个沿端面圆周等间距分布的锁紧块24，锁紧块24下端与螺纹杆26相连，盖体23与底座21之间为旋转环22，盖体23内有一连接柱231，连接柱231上开有第一定位孔233，盖体23的内侧壁上开有第二定位孔232，盖体23端面上开有滑移槽234；旋转环22上有一驱动锥齿轮221，驱动锥齿轮221的端面上开有带螺纹的通孔222。盖体23和连接柱231为圆柱体，且连接柱231与盖体23的端面圆同轴，第一定位孔233沿连接柱231的端面圆周方向等间距分布，第二定位孔232沿盖体23端面圆周方向等间距分布，第一定位孔233和第二定位孔232等高。

锁紧块24的横截面呈扇形，锁紧块24的内表面与橡胶垫片241相连，锁紧块24下方与滑动块243相连，滑动块243上开有螺纹孔242。

进一步，第一定位孔233和第二定位孔232内设置有轴承。

实际使用时，将锁紧块24下端的滑动块43穿过盖体23上的滑动槽234，然后将螺纹杆26旋入锁紧块24下端的螺纹孔242中，并把螺纹杆26的两端分别插入第一定位孔233和第二定位孔232内，接着将连接柱231插入旋转环22上驱动锥齿轮221端面的通孔222内，连接柱231末端再与底座21上的螺纹孔211紧固连接，完成组装。需要调整锁紧块24的夹持内径时，首先旋转旋转圆环22，使得六个锁紧块24沿盖体23的外端面的圆径向活动至适当位置，确保传感器8可自由放入。然后，反方向旋转旋转环22，当六个锁紧块24沿圆径向活动至与传感器8贴合后，继续旋紧旋紧环22两到三圈，即可停止，此时传感器8可靠固定。