CN101063621A - 一种二维位移测量方法及二维位移传感器 - Google Patents

一种二维位移测量方法及二维位移传感器 Download PDF

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Abstract

一种二维位移测量方法，根据惠斯登电桥电路测试原理，将连接到电桥中的电阻丝布置成直线形和圆弧形，直线形电阻丝用于测量直线形位移量，圆弧形电阻丝用于测量圆弧的弧长变化量，再根据弧长与半径的关系计算出测点绕圆心的旋转角度；通过测量被测点在极坐标系统中位移变化量的方法来实现二维位移测量。二维位移传感器，包括组成测试电桥的直线形电阻丝和圆弧形电阻丝，两者被安装到一个可以绕固定轴旋转的结构中；还包括数据传输线，其从带孔圆轴内部引出，仪器内部设有维持仪器重心始终通过其旋转中心轴的动态自平衡装置。本发明可精确的测量测点的二维位移，结构简单，测量精度高。

Description

一种二维位移测量方法及二维位移传感器
技术领域
本发明属于测量仪器领域，涉及可用于土木工程测试、机械监控领域的位移测量装置，尤其是能够实现单一传感器对被测点二维位移的测量的装置。
背景技术
目前，国内外土木工程测试领域中对位移的测量都是使用一维位移传感器，而被测点的位移大多产生在两个方向，用一维位移传感器的组合方式来测量二维位移时，会产生比较大的误差，影响输出结果的精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种二维位移传感器，它能够准确的测量被测点的二维位移。
本发明的目的是这样实现的：安装在同一个仪器外壳内的直线形电阻丝和圆弧形电阻丝分别被连接组成变电阻式应变电桥，当被测点带动传感器滑杆产生径向位移和旋转角度时，滑动电阻触头会在电阻丝上滑动，引起电桥中相关节点之间电压的变化，通过仪器输出的数据和仪器相关初始参数可以得到测点在极坐标系统中产生的位移和角度的变化，在通过极坐标和直角坐标之间的换算关系，得到测点在直角坐标系下的二维位移。为保护仪器及提高测试精度，仪器内部设置有动态自平衡装置，而且仪器数据输出线从带孔圆轴内部引出，保证仪器的重心始终通过其旋转中心轴。
一种二维位移测量方法，根据惠斯登电桥电路测试原理，将连接到电桥中的电阻丝布置成直线形和圆弧形，直线形电阻丝用于测量直线形位移量，圆弧形电阻丝用于测量圆弧的弧长变化量，再根据弧长与半径的关系计算出测点绕圆心的旋转角度。
进一步，通过测量被测点在极坐标系统中位移变化量的方法来实现二维位移测量。
一种二维位移传感器，包括组成测试电桥的直线形电阻丝和圆弧形电阻丝，两者被安装到一个可以绕固定轴旋转的结构中。
进一步，包括：同测点相连的径向滑杆，其被安装在可以围绕旋转轴旋转的外壳中；外壳通过刚性支架和空心圆轴被安装固定；接于测量电桥中的直线形径向电阻丝和圆弧形环向电阻丝被分别安装在基座和圆形基座上，基座固定在外壳上，圆形基座通过带孔圆轴固定在支架上；所述直线形径向电阻丝和圆弧形环向电阻丝分别通过各自的电阻线圈接线盒被接到测试电桥中。
还包括数据传输线，其从带孔圆轴内部引出，仪器内部设有维持仪器重心始终通过其旋转中心轴的动态自平衡装置。
当仪器中只布置圆弧形电阻丝时，可将其做成角度测量仪器。
由于采用上述方案，可以精确的测量测点的二维位移，结构简单，测量精度高。
附图说明
图1是本发明一种实施例的电路原理示意图。
图2是本发明一种实施例传感器的位移计算原理示意图。
图3是本发明一种实施例传感器的正视示意图。
图4是图3上标示的1-1剖面示意图。
图5是图4上标示的的2-2剖面示意图。
图6是图4上标示的的3-3剖面示意图。
具体实施方式
请参阅图1-6，本发明一种实施例，图中包括：径向滑杆1、传感器外壳2、旋转轴3、支座4、径向位移读数孔5、角度读数盘6、带孔圆轴7、径向位移电阻丝8、环向位移电阻丝9、径向电阻触头10、环向电阻触头11、径向电阻丝基座12、环向电阻丝基座13、径向回复弹簧14、自平衡滑块15、滑块导杆16、径向电阻丝接线盒17、环向电阻丝接线盒18。
图1为本发明所采用的差动变电阻式应变电桥原理示意图。图中R’为本装置中的电阻丝，当外界位移带动滑动触头B在R’上移动时，会引起桥路上B、D两点之间电压的变化，从而达到对位移进行电测的目的。R’可以根据需要做成直线形来测量测点的直线位移，也可以做成弧形来测量测点沿一定的圆心所移动的弧长，或者在同一个仪器中同时安装直线和弧形两种电阻丝，同时进行直线位移和沿圆心角度变化量的二维测量。
图2为本发明所采用的位移计算原理示意图。当被测点带动径向滑杆1的端部从图中M点移动到N点时，在以O点为圆心的极坐标系统中，可将位移量分解成沿径向滑杆1轴向的位移量Δr和沿O点的旋转角度量Δθ，即相当于测点移动了(Δr，Δθ)，通过公式1、公式2可将极坐标系统中的位移(Δr，Δθ)转换成直角坐标系统中的(Δx，Δy)。式中Δr由传感器的径向位移量(由径向电阻触头10在径向位移电阻丝8上的滑动得到)得到，Δθ由传感器的环向位移量(由环向电阻触头11在环向位移电阻丝10上的滑动得到)根据弧长半径的关系换算得到。
        Δx＝r0-(r0-Δr)·cosΔθ                    公式1
        Δy＝(r0-Δr)·sinΔθ                             公式2
在图3、图4、图5和图6中，同测点相连的径向滑杆1被安装在可以围绕旋转轴3旋转的外壳2中。外壳通过刚性支架4和空心圆轴7被安装固定。接于测量电桥中的直线形径向电阻丝8和圆弧形环向电阻丝9被分别安装在基座12和圆形基座13上，基座12固定在外壳2上，圆形基座13通过带孔圆轴7固定在支架4上。电阻丝8和电阻丝9分别通过电阻线圈接线盒17和18被接到测试电桥中。径向滑杆1端部在被测点位移带动下，会使径向滑杆1产生沿其轴向的滑动，并使仪器外壳2产生绕旋转轴3的旋转，此时固定在径向滑杆1上的径向触头10会同所接触的固定在外壳2上的径向电阻丝8产生相对运动，环向触头11会同所接触的固定在圆形基座13上的环向电阻丝9之间产生相对运动，从而引起用于数据分析用的测试电桥中的电压变化量，达到进行二维位移测试的目的。当滑杆1滑动时，自平衡滑块15会在滑块导杆16上产生与滑杆1反方向的运动，滑杆1与自平衡滑块15之间的联系可以通过连接二者的拉线和和拉线转向滑轮来实现，这就保持了仪器重心始终通过其旋转中心轴。仪器数据传输线从带孔圆轴7内部引出，以消除对仪器重心位置的影响。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种二维位移测量方法，其特征是：根据惠斯登电桥电路测试原理，将连接到电桥中的电阻丝布置成直线形和圆弧形，直线形电阻丝用于测量直线形位移量，圆弧形电阻丝用于测量圆弧的弧长变化量，再根据弧长与半径的关系计算出测点绕圆心的旋转角度。
2.根据权利要求1所述的二维位移测量方法，其特征是：通过测量被测点在极坐标系统中位移变化量的方法来实现二维位移测量。
3.一种二维位移传感器，其特征是：包括组成测试电桥的直线形电阻丝和圆弧形电阻丝，两者被安装到一个可以绕固定轴旋转的结构中。
4.根据权利要求3所述的二维位移传感器，其特征是：包括：同测点相连的径向滑杆，其被安装在可以围绕旋转轴旋转的外壳中；外壳通过刚性支架和空心圆轴被安装固定；接于测量电桥中的直线形径向电阻丝和圆弧形环向电阻丝被分别安装在基座和圆形基座上，基座固定在外壳上，圆形基座通过带孔圆轴固定在支架上；所述直线形径向电阻丝和圆弧形环向电阻丝分别通过各自的电阻线圈接线盒被接到测试电桥中。
5.根据权利要求3所述的二维位移传感器，其特征是：还包括数据传输线，其从带孔圆轴内部引出，仪器内部设有维持仪器重心始终通过其旋转中心轴的动态自平衡装置。
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