专利名称：钢丝水平位移计的步进电机式全自动测量方法
技术领域：
本发明涉及一种采用步进电机驱动装置来实现自动测量的钢丝水平位移计，适用 于土石坝、土堤、边坡、路基等结构物内部土体水平位移的长期自动测量，属于土石坝体的 变形监测类装置，广泛应用在大坝安全监测领域中。
背景技术：
传统钢丝水平位移计工作原理是在设计的测点高程上，水平铺设温度系数非常小 的铟钢丝(安装在钢保护管内)；钢丝一端与测点锚固，另一端拉伸至观测房固定标点，经 导向滑轮，挂重砝码牵引；每个测点对应一根钢丝，当测点发生水平位移时，带动钢丝移动， 在固定标点处用标尺人工测量出钢丝的相对位移图1 ;为了防止钢丝被拉疲劳，未测量时 通常人工卸载挂重砝码。自动化测量时通常每个测点用一支位移传感器，同时增加一套挂 重砝码自动加载、卸载装置。发明内容
钢丝水平位移计的步进电机式全自动测量方法是在传统人工测量的基础上，设计 一种以步进电机驱动的升降装置为核心的自动测量方法，可同时完成多根钢丝的位移量测 量和自动装、卸载砝码，实现多点水平位移量的自动化测量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包含三方面内容⑴将测点的水平位 移转换成砝码底部的上下位移变化，测点砝码底部的位置变化即可得到测点变形量。(2)步 进电机作为测量元件，通过步进电机的步距角与传动丝杆的螺距可换算得到步进电机的脉 冲与砝码托盘上下位移的关系，例如步进电机的步距角为1.5°，传动丝杆的螺距为12mm， 则步进电机每走一个脉冲，破码托盘上升或下降1. 5/360x12 = O. 05mm。测量时,在上升过 程设立起始基准位置，记录从基准位置到挂重砝码之间电机走过的脉冲数量变化，即为该 测点钢丝的位移变化量。(3)步进电机带动砝码托盘的一次由降到升的往复过程，可通过砝 码托盘对各测点挂重砝码的依次触碰，同时实现多测点的加、卸载荷和位移测量。
本发明的有益效果是(I)在保留传统钢丝水平位移计测值稳定可靠等优点的同 时，用一套步进电机驱动的升降装置，即实现钢丝水平位移自动测量，又实现自动加卸载砝 码，可完全取代人工操作，满足大坝自动化监测的需求。(2)测值直接反应钢丝的位移变化， 无需进行数据转换，准确、直观。(3) —套装置可以实现多个测点的测量，结构简单，相比其 他多个测点使用多支位移传感器的自动化测量，成本大大降低，且装置受环境温度、湿度影 响较小，长期稳定性好，满足大坝长期监测的需要。
图1是传统钢丝水平位移计的工作原理示意图。
图2是钢丝水平位移计的步进电机式测量原理示意图。
图3是多点测量下行加载示意图。
图4是多点测量上行测量、卸载示意图。
图中1.测点，2.铟钢丝，3.钢保护管，4.固定标点，5.标尺，6.导向滑轮，7.挂 重砝码，8.步进电机，9.上支撑板，10.传动丝杆，11.砝码托盘，12.螺旋副，13.下支撑板， 14.起始基准位置。
具体实施方式
从图2可以看出，测点I发生水平位移，会带动固定标点4位移，挂重砝码7也随 之上下移动，因此测得挂重砝码7与起始基准位置14的距离SI的变化，即可得到测点I的 水平位移量，这就是钢丝水平位移计的步进电机8式测量原理。步进电机8通过传动丝杆 10、螺旋副12带动砝码托盘11上升过程中，从起始基准位置14开始，到砝码托盘11触碰 挂重砝码7结束，记录步进电机8走过的脉冲数，从而换算得到此两位置间的距离SI，前后 两次测量SI的变化量，就是该对应测点I的水平位移量。
图3、图4以2测点I为例，示意了钢丝水平位移计步进式自动测量方法的过程。 测量开始，步进电机8带动传动丝杆11下行，逐渐离开挂重砝码7，使挂重砝码7自然悬挂， 完成钢丝自动加载图3 ;到达底部停留一段时间，等待钢丝稳定后，步进电机8带动传动丝 杆11开始上行，并分别记录传动丝杆11从起始标准位置到触碰挂重砝码7的位置S1、S2， 当挂重砝码7全部托起，完成钢丝卸载，步进电机8停转，完成一次测量图4。
步进电机8带动传动丝杆11先下后上的一次往复运动，完成加载、测量(多点测 量)、卸载的整个过程，实现钢丝水平位移计的全自动测量。
权利要求
1.一种用步进电机(8)驱动装置来实现钢丝水平位移计自动测量的方法，将钢丝的水平位移转换成挂重砝码(7)与起始基准位置(14)之间的距离变化，并通过计录步进电机(8)带动传动丝杆(11)通过该距离的脉冲数测得该距离。其特征是以步进电机(8)驱动的升降装置为测量元件，测得挂重砝码(7)的上下位置变化，并通过对步进电机⑶的自动控制，实现钢丝水平位移计的自动测量。
2.根据权利要求1所述的钢丝水平位移计的步进电机(8)式自动测量方法，其特征是以步进电机(8)驱动的升降装置在自动测量的同时，自动完成挂重砝码(7)的加载、卸载。
3.根据权利要求1所述的钢丝水平位移计的步进电机(8)式自动测量方法，其特征是一套步进电机(8)升降装置在一次下降、上升的往复过程中，实现多测点(I)加载、测量、卸载。
全文摘要
钢丝水平位移计的步进电机式全自动测量方法是一种用步进电机驱动装置来实现钢丝水平位移计自动测量的方法。将测点的水平位移转换成挂重砝码与起始基准位置之间的距离变化，并通过步进电机通过该距离的脉冲数测得该距离。测量时，步进电机驱动的升降装置在一次下降、上升的往复过程中，就可同时完成多个测点的加载、测量、卸载，控制简单、测值精准，可完全取代人工操作，满足大坝监测的自动化需求。
文档编号G01B7/02GK103017643SQ201110290288
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者施海莹, 徐晓乐, 张建涛, 倪维东, 刘峰, 刘颖, 庞敏, 孙建东, 高振东 申请人:南京河海南自水电自动化有限公司