一种量程及其零点均可调的光纤光栅压差式静力水准仪的制作方法

1.本发明涉及静力水准仪领域，特别涉及一种量程及其零点均可调的光纤光栅压差式静力水准仪。


背景技术：

2.光纤传感技术不断进步，而由此发展而来的光纤光栅传感器也在国际上崭露头角，成为一种新型的具备通讯、传感、信息处理等技术的基础性器件，与常规的电子类、机械类传感器相比，光纤光栅传感器具有一系列独到之处；体积小，质量轻，将光纤光栅传感器埋入结构内部或安装于结构表面时对所监测的结构本身性能影响很小；测量精度高，传输频带宽，光纤光栅传感器所测得的值为绝对值，提高了测量精度；电绝缘性好，抗电磁干扰，光纤本身是由二氧化硅材料制成，是良好的绝缘体，光纤光栅传感器通过光波传输信息，不会受到电磁干扰；耐久性好，光纤本身就是一种耐腐蚀材料，而光纤表面的涂覆层也是一种对酸碱盐等腐蚀环境不敏感的高分子材料，化学性能稳定；结构形式多样，光纤光栅传感器可以制成各种不同的尺寸形式，根据不同实际工程需要选用；分布式测量，光纤光栅传感器既可以将多个点式传感器串联或并联，又可以在一根光纤上实现对多个参数的连续测量；传输损耗小，稳定性好，光波在光纤内的传输过程中其频率特性不会受到影响，可以实现远距离监控，具有很高的稳定性；测量范围广，可以采用适当手段改变传感器的内部结构制成适用于不同被测量测量的传感器，如应力、应变、加速度、温度、电流等，由于光纤光栅的诸多优点，有着良好的应用前景，得到了各领域专家的关注，被广泛应用于土木工程结构、航空航天、石油、医学、电力等行业中，静力水准仪是依据“连通管”原理工作为两端开口与大气相通的u型管注入液体后，液体在大气压力和重力的作用下，最终会保持在同一个水平面，测量出测点液位的变化，即可得到测点的位置变化，压差式静力水准仪是用压力传感器测量液体压力的变化量再除以液体的密度和重力加速度得到液位变化的，因此各项关键指标高度依赖于压力传感器和计算的mcu及算法，压差式静力水准仪利用帕斯卡传递液体压力的原理，压力传感器检测的压力仅与整个系统中液面的最高位置有关，因此体积可以做得非常小，便于安装使用。
3.目前市面上应用的静力水准仪有液位式静力水准仪和压差式静力水准仪，常见的水准仪有磁致伸缩静力水准仪，现有的磁致伸缩静力水准仪安装不便，磁致伸缩液位静力水准仪是依靠的液位变化来进行测量的，因此体积较大，某些现场难以安装，如钢轨、道岔等结构件上难以安装，量程较小：磁致伸缩液位静力水准仪的量程不超过液体的高度，受液体的高度的限制，量程一般在100-200mm，现场安装使用时需要用水准仪进行抄平，把水准仪尽量安装在同一个水准面上，以充分利用量程，灵敏度、精度较低，因使用浮球，存在移动的部件，部件之间的摩擦力导致较小的位移难以察觉反应，灵敏度和精度较低，且体积较大，使用受限，某些地方甚至有碍观瞻，量程更是受限，常规为100-200mm，很难做到大量程，抗电磁干扰性较差：由于是靠磁场变动来获取液位变动的，因此抗电磁干扰能力较弱，不建议在电厂、高铁接触网附近、大型电力设备设附近使用，环境温度影响大：浮球体积较大，如
果温度变化较大，浮子内部空气的体积变化将导致浮力变化，浮力此时将带来较大的系统误差，因此适合在相同的气温下做数据的对比，在昼夜温变较为剧烈的地方必须做防热、隔热处理。
4.因此，提出一种量程及其零点均可调的光纤光栅压差式静力水准仪来解决上述问题很有必要。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种量程及其零点均可调的光纤光栅压差式静力水准仪，可以有效解决背景技术中的问题。
6.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种量程及其零点均可调的光纤光栅压差式静力水准仪，包括支撑板，所述支撑板正面的顶部固定连接有计算机，所述支撑板的底部固定连接有第一底座，所述第一底座顶部的正面固定连接有防冻液箱，所述防冻液箱的右侧设置有固定柱，所述固定柱顶部的正中固定连接有伺服电机，所述固定柱的正面活动连接有移动组件，所述移动组件正面的底部活动连接有微调组件，所述微调组件的顶部固定连接有水准仪本体；所述水准仪本体的侧边固定连接有第二连接导线、第一波纹软管和第二波纹软管，所述固定柱的底部固定连接有第二底座，所述第二底座底部的正面和背面对称活动连接有固定组件，所述固定组件的左右两侧对称固定连接有限位块，所述限位块的另一端活动连接有滚轮，所述第二底座的侧边安装有延长柱。
7.优选的，所述固定柱有三个，所述固定柱的正面开设有第一活动槽，所述第一活动槽的内腔中转动连接有螺纹柱，所述螺纹柱的顶部通过转轴固定连接在伺服电机的底部，所述第一活动槽的内腔中活动连接有第一活动块，所述第一活动块螺纹连接在螺纹柱的外壁。
8.优选的，所述第一活动块固定连接在移动组件背面的正中，所述移动组件正面的正中开设有第二活动槽，所述第二活动槽的内腔中转动连接有螺纹杆，所述螺纹杆的顶部固定连接有转柄，所述转柄设置在移动组件的顶部，微调组件背面的正中固定连接有第二活动块，所述第二活动块活动连接在第二活动槽的内腔中并螺纹连接在螺纹杆的外壁。
9.优选的，所述水准仪本体有三个，所述水准仪本体顶部的正中螺纹连接有量程零点调节旋钮，所述量程零点调节旋钮延伸至水准仪本体的内腔中，所述水准仪本体的底部固定连接有量程调节弹簧，所述量程调节弹簧的底部固定连接有u形连接杆，所述u形连接杆的底部焊接有波纹膜盒，所述波纹膜盒的底部固定连接有连接套，所述u形连接杆的左侧焊接有连接管，所述连接管的内腔中固定连接光栅，所述光栅外壁的右侧固定连接有沉降光栅，所述光栅外壁的左侧固定连接有温补光栅，所述水准仪本体内腔的左侧固定连接有温补光栅，所述光栅胶接在光栅固定座处，所述水准仪本体的内腔中填充有填充硅油。
10.优选的，所述水准仪本体的侧边固定连接有第二连接导线，所述第二连接导线的侧边固定连接有连接头，所述第二连接导线通过连接头相连接，所述第一波纹软管延伸至三个水准仪本体的内腔中，所述水准仪本体的侧边固定连接有第二波纹软管，所述第二波纹软管延伸至三个水准仪本体的内腔中。
11.优选的，所述防冻液箱顶部的右侧固定连接有输液泵，所述输液泵的右侧固定连
接有输液管，所述输液管的右侧固定连接在右侧水准仪本体的左侧并与其波纹膜盒相通，所述计算机右侧的顶部固定连接有第一连接导线，所述第一连接导线的右侧固定连接在右侧水准仪本体的左侧。
12.优选的，所述第二底座有三个，中间所述第二底座为左右两侧与外界相通的空腔结构，左右两侧第二底座为相对一侧与外界相通的空腔结构，所述延长柱有两个，所述延长柱活动连接在第二底座的内腔中，左右两侧所述第二底座正面的正中对称开设有调节槽，两个所述调节槽的正面对称设置有螺栓，两个所述延长柱正面相背的一侧对称固定连接有滑块，所述滑块活动连接在调节槽的内腔中，所述螺栓与滑块螺纹连接。
13.优选的，所述固定组件远离第二底座一端顶部的左右两侧对称螺纹连接有埋地螺栓，所述限位块内腔的一端固定连接有弹簧，所述弹簧的另一端固定连接有张紧块，所述张紧块活动连接在限位块的内腔中，所述滚轮转动连接在张紧块的内腔中，所述限位块活动连接在第二底座内腔的底部，所述滚轮贴合在第二底座内腔的侧边。
14.有益效果与现有技术相比，本发明提供了一种量程及其零点均可调的光纤光栅压差式静力水准仪，具备以下有益效果：1、该量程及其零点均可调的光纤光栅压差式静力水准仪，通过启动设置的伺服电机，能带动螺纹柱进行转动，以此使得第一活动块能带动移动组件进行上下移动，以此可以对水准仪本体的高度进行调节，通过转动设置的转柄，能带动螺纹杆进行转动，使得微调组件能通过第二活动块在第二活动槽的内腔中进行上下移动，以此可以对水准仪本体的高度进行微调，使得位置的调节能更加精准。
15.2、该量程及其零点均可调的光纤光栅压差式静力水准仪，通过设置的延长柱，使得限位块第二底座能根据使用需求对相隔的位置进行调节，调节完毕后，将螺栓螺纹连接在滑块的正面即可将第二底座的位置进行固定，以此可以对水准仪本体起到横向的调节，以此可以对量程和零点进行有效的调节，能适配多种场合的使用。
16.3、该量程及其零点均可调的光纤光栅压差式静力水准仪，通过活动设置的固定组件，能对埋地螺栓进行收纳和展开，以此可以将埋地螺栓与地面进行连接，以此完成对第二底座的固定，同时通过设置的弹簧，能时刻保持滚轮处于张紧状态，使得固定组件移动后能处于固定状态，不会随意晃动。
17.4、该量程及其零点均可调的光纤光栅压差式静力水准仪，通过设置的输液泵，可根据使用需求将防冻液箱内腔的防冻液通过输液管输入至水准仪本体的内腔中，通过设置的第一连接导线和第二连接导线，可将数据传输至计算机，通过设置的第一波纹软管和第二波纹软管，其能根据水准仪本体的位置进行拉伸和收缩，以此适配水准仪本体的位置，通过设置的连接头，方便对第二连接导线和第二连接导线之间进行连接，通过设置的水准仪本体，可通过旋出量程零点调节旋钮，更换量程调节弹簧，就可以实现量程切换，实现最高程度的集成，可调量程零点使各水准仪可以不用安装在同一水平线上，旋动量程零点调节旋钮，就可以实现量程零点位置的上下移动，使安装使用灵活方便，适应性强，不用考虑量程的制约，实现最高精度监测。
附图说明
18.图1是本发明正面的结构示意图；图2是本发明水准仪本体内腔的结构示意图；图3是本发明移动组件的结构示意图；图4是本发明第二底座的展开图；图5是本发明固定组件的结构示意图；图6是本发明图5中a处的放大图。
19.图中：1、支撑板；2、计算机；3、防冻液箱；4、输液泵；5、输液管；6、第一底座；7、第一连接导线；8、固定柱；9、伺服电机；10、第一活动槽；11、螺纹柱；12、移动组件；13、第一活动块；14、微调组件；15、第二活动块；16、第二活动槽；17、螺纹杆；18、转柄；19、水准仪本体；20、量程零点调节旋钮；21、量程调节弹簧；22、光栅固定座；23、温补光栅；24、连接管；25、第二连接导线；26、连接头；27、第一波纹软管；28、第二波纹软管；29、第二底座；30、固定组件；31、埋地螺栓；32、限位块；33、滚轮；34、张紧块；35、弹簧；36、延长柱；37、滑块；38、调节槽；39、螺栓；40、沉降光栅；41、u形连接杆；42、波纹膜盒；43、光栅；44、填充硅油；45、连接套。
具体实施方式
20.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
21.如图1-6所示，一种量程及其零点均可调的光纤光栅压差式静力水准仪，包括支撑板1，支撑板1正面的顶部固定连接有计算机2，支撑板1的底部固定连接有第一底座6，第一底座6顶部的正面固定连接有防冻液箱3，防冻液箱3的右侧设置有固定柱8，固定柱8顶部的正中固定连接有伺服电机9，固定柱8的正面活动连接有移动组件12，移动组件12正面的底部活动连接有微调组件14，微调组件14的顶部固定连接有水准仪本体19，水准仪本体19的侧边固定连接有第二连接导线25、第一波纹软管27和第二波纹软管28，固定柱8的底部固定连接有第二底座29，第二底座29底部的正面和背面对称活动连接有固定组件30，固定组件30的左右两侧对称固定连接有限位块32，限位块32的另一端活动连接有滚轮33，第二底座29的侧边安装有延长柱36，固定柱8有三个，固定柱8的正面开设有第一活动槽10，第一活动槽10的内腔中转动连接有螺纹柱11，螺纹柱11的顶部通过转轴固定连接在伺服电机9的底部，第一活动槽10的内腔中活动连接有第一活动块13，第一活动块13螺纹连接在螺纹柱11的外壁，第一活动块13固定连接在移动组件12背面的正中，移动组件12正面的正中开设有第二活动槽16，第二活动槽16的内腔中转动连接有螺纹杆17，螺纹杆17的顶部固定连接有转柄18，转柄18设置在移动组件12的顶部，微调组件14背面的正中固定连接有第二活动块15，第二活动块15活动连接在第二活动槽16的内腔中并螺纹连接在螺纹杆17的外壁，水准仪本体19有三个，水准仪本体19顶部的正中螺纹连接有量程零点调节旋钮20，量程零点调节旋钮20延伸至水准仪本体19的内腔中，水准仪本体19的底部固定连接有量程调节弹簧21，量程调节弹簧21的底部固定连接有u形连接杆41，u形连接杆41的底部焊接有波纹膜盒42，波纹膜盒42的底部固定连接有连接套45，u形连接杆41的左侧焊接有连接管24，连接管24的内腔中固定连接光栅43，光栅43外壁的右侧固定连接有沉降光栅40，光栅43外壁的左侧固定连接有温补光栅23，水准仪本体19内腔的左侧固定连接有温补光栅23，光栅43胶接
在光栅固定座22处，水准仪本体19的内腔中填充有填充硅油44，水准仪本体19的侧边固定连接有第二连接导线25，第二连接导线25的侧边固定连接有连接头26，第二连接导线25通过连接头26相连接，第一波纹软管27延伸至三个水准仪本体19的内腔中，水准仪本体19的侧边固定连接有第二波纹软管28，第二波纹软管28延伸至三个水准仪本体19的内腔中，防冻液箱3顶部的右侧固定连接有输液泵4，输液泵4的右侧固定连接有输液管5，输液管5的右侧固定连接在右侧水准仪本体19的左侧并与其波纹膜盒42相通，计算机2右侧的顶部固定连接有第一连接导线7，第一连接导线7的右侧固定连接在右侧水准仪本体19的左侧，第二底座29有三个，中间第二底座29为左右两侧与外界相通的空腔结构，左右两侧第二底座29为相对一侧与外界相通的空腔结构，延长柱36有两个，延长柱36活动连接在第二底座29的内腔中，左右两侧第二底座29正面的正中对称开设有调节槽38，两个调节槽38的正面对称设置有螺栓39，两个延长柱36正面相背的一侧对称固定连接有滑块37，滑块37活动连接在调节槽38的内腔中，螺栓39与滑块37螺纹连接，固定组件30远离第二底座29一端顶部的左右两侧对称螺纹连接有埋地螺栓31，限位块32内腔的一端固定连接有弹簧35，弹簧35的另一端固定连接有张紧块34，张紧块34活动连接在限位块32的内腔中，滚轮33转动连接在张紧块34的内腔中，限位块32活动连接在第二底座29内腔的底部，滚轮33贴合在第二底座29内腔的侧边。
22.通过启动设置的伺服电机9，能带动螺纹柱11进行转动，以此使得第一活动块13能带动移动组件12进行上下移动，以此可以对水准仪本体19的高度进行调节，通过转动设置的转柄18，能带动螺纹杆17进行转动，使得微调组件14能通过第二活动块15在第二活动槽16的内腔中进行上下移动，以此可以对水准仪本体19的高度进行微调，使得位置的调节能更加精准，通过设置的延长柱36，使得限位块32第二底座29能根据使用需求对相隔的位置进行调节，调节完毕后，将螺栓39螺纹连接在滑块37的正面即可将第二底座29的位置进行固定，以此可以对水准仪本体19起到横向的调节，以此可以对量程和零点进行有效的调节，能适配多种场合的使用，通过活动设置的固定组件30，能对埋地螺栓31进行收纳和展开，以此可以将埋地螺栓31与地面进行连接，以此完成对第二底座29的固定，同时通过设置的弹簧35，能时刻保持滚轮33处于张紧状态，使得固定组件30移动后能处于固定状态，不会随意晃动，通过设置的输液泵4，可根据使用需求将防冻液箱3内腔的防冻液通过输液管5输入至水准仪本体19的内腔中，通过设置的第一连接导线7和第二连接导线25，可将数据传输至计算机2，通过设置的第一波纹软管27和第二波纹软管28，其能根据水准仪本体19的位置进行拉伸和收缩，以此适配水准仪本体19的位置，通过设置的连接头26，方便对第一连接导线7和第二连接导线25之间进行连接，通过设置的水准仪本体19，可通过旋出量程零点调节旋钮20，更换量程调节弹簧21，就可以实现量程切换，实现最高程度的集成，可调量程零点使各水准仪可以不用安装在同一水平线上，旋动量程零点调节旋钮20，就可以实现量程零点位置的上下移动，使安装使用灵活方便，适应性强，不用考虑量程的制约，实现最高精度监测。
23.需要说明的是，本发明为一种量程及其零点均可调的光纤光栅压差式静力水准仪，使用时将螺栓39取出，移动左右两侧的第二底座29，带动延长柱36进行移动，以此对水准仪本体19的间距进行调整，延长柱36移动时，会带动滑块37在调节槽38的内腔中进行移动，调节完毕后，将螺栓39于滑块37螺纹连接即可将第二底座29的位置进行固定，拉动固定
组件30，此时固定组件30会带动限位块32在第二底座29的内腔中进行移动，同时其侧边的滚轮33会在第二底座29的内壁进行滚动，将第二底座29拉动到合适位置后，弹簧35会将张紧块34向外侧顶去，使得滚轮33能紧紧贴合在第二底座29内腔的侧边，此时可通过埋地螺栓31将固定组件30与地面进行连接，根据使用需求对水准仪本体19的高度进行调节，启动伺服电机9，带动螺纹柱11在第一活动槽10的内腔中进行转动，此时第一活动块13会在螺纹柱11的外壁进行螺纹连接，此时即可带动移动组件12进行上下移动，移动完毕后，若需要对水准仪本体19的高度进行微调，转动转柄18，带动螺纹杆17进行转动，使得第二活动块15能带动微调组件14进行上下移动，以此将水准仪本体19移动到合适的位置，工作时将连接套与第二波纹软管28相连，并内部通防冻液，波纹膜盒42内部通入防冻液，受水压鼓起，水压越大鼓起量越大，该水准仪离防冻液最高液面的竖向距离越大，即该水准仪安装处位置发生的沉降越大，则膜盒所受的水压就越大，推动u型连接杆41移动，由于u型连接杆41通过连接管24与沉降光栅40的活动端相连，于是沉降光栅40受力拉伸，使沉降光栅40解调出来的波长变大，通过标定波长的变化值对应相应的沉降值，就可以实现对沉降的监测，调节量程原理：不同弹簧的受力线性可以调节u形连接杆41作用在沉降光栅上40的力的线性，即线性系数，调节量程零点原理：旋动量程零点调节旋钮20，下压量程调节弹簧21使沉降光栅40受力归零，即量程置零。
24.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。