一种杆式位移计批样自动率定装置和方法
【专利摘要】本发明公开了一种杆式位移计批样自动率定装置，包括计算机、与计算机连通的测量控制单元和与测量控制单元连通的率定架；所述率定架包括支架，设置在支架一端的伺服电机，与伺服电机联动的精密丝杆和率定仪器夹具活动底座，用于固定待率定传感器用的夹具，百分表。本发明结合集成传感器、软件、机械、电子等各项技术，界面清晰，操作方便，整个检验过程中间无须人为操作，省时省力，并保证了率定的精度和一致性。
【专利说明】一种杆式位移计批样自动率定装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种杆式位移计率定装置和方法，尤其涉及一种杆式位移计批样自动率定装置和方法，属于传感器检测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]杆式位移计适用于布设在混凝土结构物或其它材料结构物内及表面，测量结构物伸缩缝或周边缝的开合度(变形)，亦可用于测量土坝、土堤、边坡、桥梁等结构物的位移、沉陷、应变、滑移等；因此，对杆式位移计的测量精度率定极为重要，而现有技术都是采用人工率定，费时费力，且精度不高。
【发明内容】
[0003]为解决现有技术的不足，本发明提供一种杆式位移计批样自动率定装置和方法。
[0004]本发明所采用的技术方案为:
一种杆式位移计批样自动率定装置，其特征在于，包括计算机、与计算机连通的测量控制单元和与测量控制单元连通的率定架；所述率定架包括支架、伺服电机、精密丝杆、率定仪器夹具活动底座、夹具、百分表；所述伺服电机设置在支架的一端；且所述伺服电机的输入端与测量控制单元相连接；所述支架包括左右平行设置的两个支撑板，且所述两个支撑板通过结构固定钢杆固定连接；所述率定仪器夹具活动底座、百分表设置在结构固定钢杆上；所述夹具的其中一端设置在支架的一个支撑板上，另一端则设置在率定仪器夹具活动底座上，而待率定的杆式位移计设置在夹具内；所述精密丝杆的其中一端与伺服电机的输出轴连通，另一端则依次穿过支架的支撑板、率定仪器夹具活动底座和支架的另一支撑板，且精密丝杆与支架的支撑板形成轴接，与率定仪器夹具活动底座形成螺旋副结构。
[0005]其中，所述计算机内设置有负责对测量控制单元及伺服电机状态进行预诊断和在线诊断的系统诊断模块；负责计算机与测量控制单元的通讯和对测量控制单元采样周期、采样时段、电机转速、转数设置和分段控制的测量控制单元控制和采样模块；负责率定杆式位移计类型设置、编号设置、率定公式选择、率定系数自动计算、率定表格自动生成的杆式位移计率定模块。
[0006]进一步，所述计算机通过RS-232通讯线与测量控制单元连接，且所述测量控制单元为一以MSP430单片机为核心控制器的集成电路；且该集成电路包括电机控制电路、位移计测量电路以及诊断电路；所述电机控制电路和诊断电路同时与伺服电机连通，而所述的位移计测量电路则与待率定的杆式位移计连通。
[0007]进一步，所述支架包括四根结构固定钢杆，分别相互平行的与左右两个支撑板四个角连接；且所述的百分表设置在支架下部的其中一根结构固定钢杆上；所述的率定仪器夹具活动底座通过直线轴承设置在支架上部的两根结构固定钢杆上。
[0008]同时，在远离伺服电机端的支架的支撑板和率定仪器夹具活动底座的顶面对应形成有至少两个杆式位移计固定槽，且所述夹具设置在固定槽的上部，且夹具与固定槽的接触端也形成有凹槽，所述的凹槽和固定槽一起形成杆式位移计的夹槽，夹具与形成固定槽的支撑板和率定仪器夹具活动底座通过夹紧螺杆和夹紧螺母压紧固定。
[0009]且所述的精密丝杆与率定仪器夹具活动底座形成的螺旋副结构内还设置有压簧；所述精密丝杆与支架上的两个支撑板通过滚珠轴承连接；所述的精密丝杆的导程为2.5mm,通过伺服电机控制精密丝杆旋转每步角精密丝杆轴向前行或后退0.010mm。
[0010]一种利用权利要求1所述的杆式位移计批样自动率定装置进行杆式位移计批样自动率定的方法，其特征在于，步骤如下:
(1)首先利用计算机软件控制测量控制单元；测量控制单元通过电机控制与信号电缆启动伺服电机；伺服电机带动精密丝杆转动，进而推拉待率定杆式位移计；
(2)通过精密丝杆上标称螺距和精密丝杆转动周数，因此获得待率定杆式位移计被拉伸或压缩的位移量，即标准位移；
(3)测量控制单元采集待率定杆式位移计输出的电或光信号，根据信号和标准位移，采用最小一乘或最小二乘对率定架上的待率定杆式位移计拟定出相对应的率定公式；
(4)通过计算机软件按规范、标准或用户要求生成率定表格，记录所有检验数据，并转化成Word文档；
其中，所述的待率定杆式位移计为振弦式、电阻式、差动电阻式杆式位移计，且量程为O?10mm ;且本方法率定的分辨率为0.010mm。
[0011]本发明的有益效果在于:结合了集成传感器、软件、机械、电子等各项技术，软件操作界面清晰，使用方便，整个检验过程中间无须人为操作，省时省力，并保证了率定的精度和一致性。
[0012]【专利附图】
【附图说明】:
图1为本发明率定架结构俯视图；
图2为本发明率定架结构左视图；
图3为本发明图1所示的率定架结构A向剖视图；
图4为本发明图1所示的率定架结构B向剖视图；
图5为本发明主要部分连接框图；
图6为本发明采用的典型位移计率定表。
[0013]图中主要附图标记含义如下:
1、伺服电机，2、精密丝杆，3、螺旋副，4、直线轴承，5、滚珠轴承，6、百分表，7、结构固定钢杆，8、待率定杆式位移计，9、夹具，10、率定仪器夹具活动底座。
[0014]【具体实施方式】:
下面结合附图对本发明做具体的介绍。
[0015]如图1-6所示:一种杆式位移计批样自动率定装置，包括计算机、与计算机连通的测量控制单元和与测量控制单元连通的率定架；所述率定架包括支架、伺服电机1、精密丝杆2、率定仪器夹具活动底座10、夹具9、百分表6 ;所述伺服电机I设置在支架的一端；且所述伺服电机I的输入端与测量控制单元相连接；所述支架包括左右平行设置的两个支撑板，且所述两个支撑板通过结构固定钢杆7固定连接；所述率定仪器夹具活动底座10、百分表6设置在结构固定钢杆7上；所述夹具9分别设置在支架的其中一个支撑板上和率定仪器夹具活动底座10上，而待率定的杆式位移计8设置在夹具9内；所述精密丝杆2穿过率定仪器夹具活动底座10，并与率定仪器夹具活动底座10形成螺旋副3结构；且所述的精密丝杆2与率定仪器夹具活动底座10形成的螺旋副3结构内还设置有压簧；所述精密丝杆2两端分别与支架的两个支撑板连接，且所述精密丝杆2与支架上的两个支撑板通过滚珠轴承5连接；所述精密丝杆2的其中一端还与伺服电机I输出轴连接；所述的精密丝杆2的导程为2.5mm,通过伺服电机I控制精密丝杆2旋转每步角精密丝杆2轴向前行或后退0.0lOmm,从而带动率定仪器夹具活动底座10前进或后退，从而轴向压缩或拉长待率定仪器。
[0016]在本实施例中，所述计算机内设置有负责对测量控制单元及伺服电机状态进行预诊断和在线诊断的系统诊断模块；负责计算机与测量控制单元的通讯和对测量控制单元采样周期、采样时段、电机转速、转数设置和分段控制的测量控制单元控制和采样模块；负责率定杆式位移计类型设置、编号设置、率定公式选择、率定系数自动计算、率定表格自动生成的杆式位移计率定模块；所述计算机通过RS-232通讯线与测量控制单元连接，且所述测量控制单元为一以MSP430单片机为核心控制器的集成电路；且该集成电路包括电机控制电路、位移计测量电路以及诊断电路；所述电机控制电路和诊断电路同时与伺服电机I连通，而所述的位移计测量电路则与待率定的杆式位移计8连通。
[0017]此外，为了支撑的稳定性，所述支架包括四根结构固定钢杆7，分别相互平行的与左右两个支撑板四个角连接；且所述的百分表6设置在支架下部的其中一根结构固定钢杆7上；所述的率定仪器夹具活动底座10通过直线轴承4设置在支架上部的两根结构固定钢杆7上。
[0018]而在远离伺服电机I端的支架支撑板和率定仪器夹具活动底座10的顶面对应形成有至少两个杆式位移计固定槽，且所述夹具9设置在固定槽的上部，且夹具9与固定槽的接触端也形成有凹槽，所述的凹槽和固定槽一起形成杆式位移计的夹槽，夹具9与形成固定槽的支撑板和率定仪器夹具活动底座10通过夹紧螺杆和夹紧螺母压紧固定。
[0019]利用上述的杆式位移计批样自动率定装置进行杆式位移计批样自动率定的方法，步骤如下:
(O首先利用计算机软件控制测量控制单元；测量控制单元通过电机控制与信号电缆启动伺服电机I ;伺服电机I带动精密丝杆2转动，进而推拉待率定杆式位移计8 ；
(2)通过精密丝杆2上标称螺距和精密丝杆2转动周数，因此获得待率定杆式位移计8被拉伸或压缩的位移量，即标准位移；
(3)测量控制单元采集待率定杆式位移计8输出的电或光信号，根据信号和标准位移，采用最小一乘或最小二乘对率定架上的待率定杆式位移计8拟定出相对应的率定公式；
(4)通过计算机软件按规范、标准或用户要求生成率定表格，记录所有检验数据，并转化成Word文档；
其中，所述的待率定杆式位移计8为振弦式、电阻式、差动电阻式杆式位移计，且量程为O?10mm ;而本方法率定的分辨率为0.010mm。
[0020]具体工作过程:
计算机应用软件主要有三大功能模块:(1)系统诊断模块；负责对测量控制单元及伺服电机I状态进行预诊断和在线诊断，确保测量控制单元和伺服电机I工作正常，当不正常时提出声光报警；(2)测量控制单元控制和采样设置模块；该模块负责电脑和测量控制单元之间的通讯，负责对测量控制单元采样周期、采样时段、电机转速、转数设置和分段控制；(3)传感器率定模块；该模块负责率定传感器类型设置、编号设置、率定公式选择、率定系数自动计算、传感器率定表格自动生成等功能。
[0021 ] 如图5和图6所示:通过计算机控制测量控制单元，测量控制单元通过电机控制与信号电缆控制启动伺服电机I，伺服电机I带动精密丝杆2转动，精密丝杆2转动拉动率定仪器夹具活动底座10 ;通过精密丝杆2上标称螺距和精密丝杆2转动周数即可获得待率定杆式位移计8被拉伸或压缩的位移量(mm)，该位移作为标准位移(近似真值);同时测量控制单元通过待率定杆式位移计8的通讯电缆采集待率定杆式位移计8输出电或光信号，根据信号和标准位移，通过最小一乘或最小二乘对率定架上的待率定杆式位移计8拟定出相对应的率定公式；同时按规范、标准或用户要求在计算机上自动生成相应的率定表格并转化成Word文档，方便打印、编辑。
[0022]整个装置采用机电一体化和模块化设计，硬件由计算机、测量控制单元和率定架组成。计算机内安装有应用软件，所述应用软件将多种率定公式算法，包括最小一乘和最小二乘算法嵌入到软件中；软件采用基于.net平台的C#开发，界面友好可移植性强；同时提供多种率定公式可选择，包括线性率定公式和非线性(二次多项式和指数形式)率定公式；实现对系统的控制测量和率定数据处理。测量控制单元以MSP430单片机为核心组成，包括电机控制电路和位移计测量电路以及诊断电路组成。率定架主要由支架和采用高精度全数字交流的伺服电机1、精密丝杆2、率定仪器夹具活动底座10、夹具9、百分表6组成，待率定杆式位移计8通过夹具9固定在率定架上，待率定杆式位移计电缆直接接入测量控制单元。针对长度不同的待率定杆式位移计8，可以通过调整夹具9位置甚至率定架长度实现率定。在率定架其中一支撑板和率定仪器夹具活动底座10上部预留一个或至少两个待率定杆式位移计8固定槽，可以同时对一个或至少两个杆式位移计进行率定，根据杆式位移计固定槽和夹具9配套设计可以实现对不同直径的待率定杆式位移计8进行固定，从而实现对不同直径杆式位移计的率定。高精度全数字交流伺服电机I可以在测量控制单元控制下按要求转动和停止，根据仪器率定要求分成多档，每档前进或后退距离之间的滞留时间由仪器测量时间和稳定时间确定，例如电位器式仪器电机旋两档之间停机时间为2秒(可调)，而振弦式仪器为4秒(可调)；从而可通过高精度全数字交流伺服电机I分段带动精密丝杆2实现多档率定。所述的精密丝杆2 —端穿过支架的一支撑板与伺服电机I输出轴连接，另一端穿过率定仪器夹具活动底座10与支架的另一支撑板连接；所述精密丝杆2采用不锈钢耐磨损精密滚珠丝杆，丝杆导程为2.5mm,通过伺服电机I控制精密丝杆2旋转一定步角，每步角丝杆轴向前进或后退0.010mm，这就是本发明率定装置的分辨率。整个结构充分利用机械结构保证支架稳定牢固；精密丝杆2螺纹均匀、螺距一致，配套的精密丝杆2与率定仪器夹具活动底座10形成的螺旋副3结构内还设置有专用压簧，避免间隙误差；率定仪器夹具活动底座10通过直线轴承4设置在支架上部的两根结构固定钢杆7上；保证仪器率定时的平稳性。
[0023]本发明结合了集成传感器、软件、机械、电子等各项技术，软件操作界面清晰，使用方便，整个检验过程中间无须人为操作，省时省力，并保证了率定的精度和一致性。
[0024]上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种杆式位移计批样自动率定装置，其特征在于，包括计算机、与计算机连通的测量控制单元和与测量控制单元连通的率定架；所述率定架包括支架、伺服电机、精密丝杆、率定仪器夹具活动底座、夹具、百分表；所述伺服电机设置在支架的一端；且所述伺服电机的输入端与测量控制单元相连接；所述支架包括左右平行设置的两个支撑板，且所述两个支撑板通过结构固定钢杆固定连接；所述率定仪器夹具活动底座、百分表设置在结构固定钢杆上；所述夹具的其中一端设置在支架的一个支撑板上，另一端则设置在率定仪器夹具活动底座上，而待率定的杆式位移计设置在夹具内；所述精密丝杆的其中一端与伺服电机的输出轴连通，另一端则依次穿过支架的支撑板、率定仪器夹具活动底座和支架的另一支撑板，且精密丝杆与支架的支撑板形成轴接，与率定仪器夹具活动底座形成螺旋副结构。
2.根据权利要求1所述的一种杆式位移计批样自动率定装置，其特征在于，所述计算机内设置有负责对测量控制单元及伺服电机状态进行预诊断和在线诊断的系统诊断模块；负责计算机与测量控制单元的通讯和对测量控制单元采样周期、采样时段、电机转速、转数设置和分段控制的测量控制单元控制和采样模块；负责率定杆式位移计类型设置、编号设置、率定公式选择、率定系数自动计算、率定表格自动生成的杆式位移计率定模块。
3.根据权利要求1所述的一种杆式位移计批样自动率定装置，其特征在于，所述计算机通过RS-232通讯线与测量控制单元连接，且所述测量控制单元为一以MSP430单片机为核心控制器的集成电路；且该集成电路包括电机控制电路、位移计测量电路以及诊断电路；所述电机控制电路和诊断电路同时与伺服电机连通，而所述的位移计测量电路则与待率定的杆式位移计连通。
4.根据权利要求1所述的一种杆式位移计批样自动率定装置，其特征在于，所述支架包括四根结构固定钢杆，分别相互平行的与左右两个支撑板四个角连接；且所述的百分表设置在支架下部的其中一根结构固定钢杆上；所述的率定仪器夹具活动底座通过直线轴承设置在支架上部的两根结构固定钢杆上。
5.根据权利要求1所述的一种杆式位移计批样自动率定装置，其特征在于，在远离伺服电机端的支架的支撑板和率定仪器夹具活动底座的顶面对应形成有至少两个杆式位移计固定槽，且所述夹具设置在固定槽的上部，且夹具与固定槽的接触端也形成有凹槽，所述的凹槽和固定槽一起形成杆式位移计的夹槽，夹具与形成固定槽的支撑板和率定仪器夹具活动底座通过夹紧螺杆和夹紧螺母压紧固定。
6.根据权利要求1所述的一种杆式位移计批样自动率定装置，其特征在于，所述的精密丝杆与率定仪器夹具活动底座形成的螺旋副结构内还设置有压簧；所述精密丝杆与支架上的两个支撑板通过滚珠轴承连接。
7.根据权利要求6所述的一种杆式位移计批样自动率定装置，其特征在于，所述的精密丝杆的导程为2.5mm，通过伺服电机控制精密丝杆旋转，每步角精密丝杆轴向前行或后退0.010mm。
8.一种利用权利要求1所述的杆式位移计批样自动率定装置进行杆式位移计批样自动率定的方法，其特征在于，步骤如下: (O首先利用计算机软件控制测量控制单元；测量控制单元通过电机控制与信号电缆启动伺服电机；伺服电机带动精密丝杆转动，进而推拉待率定杆式位移计； (2)通过精密丝杆上标称螺距和精密丝杆转动周数，因此获得待率定杆式位移计被拉伸或压缩的位移量，即标准位移； (3)测量控制单元采集待率定杆式位移计输出的电或光信号，根据信号和标准位移，采用最小一乘或最小二乘对率定架上的待率定杆式位移计拟定出相对应的率定公式； (4)通过计算机软件按规范、标准或用户要求生成率定表格，记录所有检验数据，并转化成Word文档。
9.根据权利要求8所述的一种杆式位移计批样自动率定的方法，其特征在于，所述的待率定杆式位移计为振弦式、电阻式、差动电阻式杆式位移计，且量程为0?100mm。
10.根据权利要求8所述的一种杆式位移计批样自动率定的方法,其特征在于,率定的分辨率为0.010mm。
【文档编号】G01B7/02GK104457543SQ201410805471
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】方卫华, 周柏兵, 张娜, 章丽娟, 吴健琨, 陆纬, 李家群, 边鸿儒, 徐兰玉 申请人:水利部南京水利水文自动化研究所