CN102128604A

CN102128604A - 位移测量方法

Info

Publication number: CN102128604A
Application number: CN2010100228185A
Authority: CN
Inventors: 王艺霖
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2011-07-20

Abstract

一种位移测量方法，属于量测技术领域。本发明包括五个步骤，对应的装置包括管体、液体、活塞，容器、称重装置，液体通过活塞限位而置于管体内，容器和称重装置分别独立放置。本方法的基本原理是通过管内液体在待测位移作用下的位置变动，将对位移的测量转换为对溢出液体质量的测量。由于目前对质量的测量可以达到非常高的精度，所以这种转换使得位移的测量精度能得到很大提升。本发明精度高、结构简单、布置简便、制造和使用成本低廉，具有广泛的适用性。

Description

位移测量方法

技术领域

本发明涉及的是一种测量仪器技术领域的方法，具体是一种位移测量方法。

背景技术

对物体或部件的位移进行测量在自然科学研究以及各类工程领域中非常常见。为此人们开发出了很多种的位移测量装置，有基于电学的，如电容型位移测量装置(99123289.5)、组合电极式位移测量传感器(02277203.0)等；有基于光栅的，如光栅干涉型位移测量装置(03106343.8)、构造物位移测量装置(200610145296.1)等，有基于磁学的，如位移测量传感器(02134130.3)、磁性位移测量装置(02284650.6)等，有基于激光的，如激光非接触式表面粗糙度与位移测量装置(00222893.9)、采用激光测量技术对铁路路轨纵向位移测量的方法(200710113189.5)等，有基于数字图像的，如基于数字图像的绝对位移测量装置及方法(200810231775.4)、一种电荷耦合微位移测量方法(01104110.2)等；有基于机械的，如一种膨胀仪用位移测量装置(200820069567.4)、位移测量装置(200420093658.3)等。

测量精度是位移测量中的首要要求，目前常用的位移测量装置的精度如下表所示：

装置	精度
		百分表	0.01mm
千分表	0.001mm
		静力水准仪	0.1mm
激光监测	0.5mm
		光纤光栅位移计	0.05mm
测量机器人(TCA)	0.1mm
		GPS	1cm
连通管法	0.1mm
		摄影测量法	亚像元

此外，专利“一种通用型精密位移测量辅助装置以及测量方法”(200610098323.4)适用于位移量小于1微米的精密测量；专利“微位移测量装置以及位移过程转换成电信号的方法”(01818853.2)中所述的方法对位移的测量能得到埃米(10^-10m)的精度。

这些装置能达到的精度对于普通的位移测量是够用了，但是在一些特殊情况下，例如结构损伤识别这类反演研究，对测量精度的要求是越高越好，位移结果的精确程度对求解结果的影响很大，所以还有必要开发一种新的高精度位移测量装置。

经过对现有技术的检索发现，专利“高精度变形位移测量仪”(200720064786.9)，提供了一种利用称重测力传感器的间接型位移测量装置，将测点的位移转换为传感器的变形，然后进一步转换为电信号，输出位移值。这种思路值得借鉴，但该现有技术的精度受到市售测力传感器的精度的限制，而且在变形信号转换为电信号的过程中也会引入额外误差。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种位移测量方法，可以准确地进行位移量测，达到非常高的精度，同时也满足使用简便、成本低的要求。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步、将以下部件组合起来构成一个测量装置：管体、液体、活塞，容器、称重装置。其中液体通过活塞限位而置于管体内，容器和称重装置分别独立放置；

第二步、将活塞的自由端与测点处实现紧密接触，以感知位移；

第三步、用称重装置称取容器的初始质量；

第四步、位移发生后将推动活塞运动，进而使一部分液体从管体的孔洞处溢出，经滑片落入容器内，然后通过称重装置称取容器此时的质量；

第五步、计算容器前后的质量差，依据液体的密度、活塞的截面积参数算出测点的位移值。

所述的管体，在测量竖直向下位移时，为U形管，在测量竖直向上位移时，为直管，在测量水平位移时，为直拐管。其截面形状是：圆形，矩形，多边形任一种。

所述的管体，在内部液体的自由边界处开有孔洞，接一向下倾斜的滑片。

所述的滑片，为表面光滑的金属片，形状为矩形。

所述的活塞，其截面形式和大小与管体内截面完全一致，而且带有一个导杆与位移测点相接触。

所述的容器，与其他部件没有物理上的直接连接，但应在管体孔洞处的滑片下方放置，以承接管内溢出的液体。

所述的称重装置，可根据测量精度的需要选自电子天平、分析天平、原子秤等任一种，观测者使用它来获取容器内液体的重量值。它与其他部件没有物理上的连接。

基本原理是通过管内液体在待测位移作用下的位置变动，将对位移的测量转换为对溢出液体质量的测量。由于目前对质量的测量可以达到非常高的精度(电子天平的精度为1mg，分析天平的精度可达0.1mg，采用原子秤的话更是可以达到十万亿分之一克的精度)，所以这种转换使得位移的测量精度能得到很大提升。

本装置之所以如此进行设计和连接，出发点和功能在于：当测点发生位移时，与之接触的导杆及活塞会随之移动，推动管体内的液体也发生移动。移动的液体一旦超过原来的边界，就会经过此处的孔洞而溢出，通过一个容器承接这部分液体并对其称重，即可进行质量和体积的转换，进而得到液体移动的距离数据，也就是待测的位移数据。

本发明结构简单，布置简便，精度高而且可以调节，工作机理清楚明了，制造和使用成本都很低廉，因此具有广泛的适用性。

附图说明

图1为测量竖向向下位移时的装置剖面示意图。

图2为测量竖向向上位移时的装置剖面示意图。

图3为测量水平位移时的装置剖面示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例采用以下装置实现：管体1、液体2、活塞3、导杆4、滑片5、容器6和称重装置7。

先以测量竖向向下位移为例进行说明。如附图1所示，本实施例包括以下步骤：

第一步、将以下部件组合起来构成一个测量装置：U形弯管体1内灌注液体2，两端开口，一端处用活塞3封闭，另一端在靠近端部处开一孔洞，接一向下倾斜的滑片5。另外配一个独立的容器6，用以盛接液体2。如附图1a所示。

第二步、活塞3上的导杆4的顶端接触测点，以传递位移。

第三步、用称重装置7称取容器6的初始质量；

第四步、位移发生后如附图1b所示。当测点发生向下的位移Δ时，将通过导杆4推动活塞向下运动，然后管内的液体2将向右侧移动并从开口处溢出，溢出的液体通过滑片5流到下面的容器6内，然后通过称重装置7测量容器6此时的质量。

第五步、计算容器6前后的质量差Δ，依据液体的密度、活塞的截面积参数算出测点的位移值：

设活塞的截面面积为A，液体的密度为ρ，容器的质量增量为m，则可以列出如下方程：AΔρ＝m，得到：

Δ = \frac{m}{Aρ};

由于质量m的测量精度很高，所以通过上式得到的位移也能达到很高的精度。例如：假设A＝0.5m²，采用的液体为水，在测试温度25℃下的密度为997.043kg/m³，采用分析天平测得容器内的新增液体质量为2.2mg，则根据上式可得位移Δ＝4.413049387×10^-9m。可见精度很高。如果需要更高精度的话，可采用原子秤来进行称重，则几乎可认为精度无限高。

如果要测竖向向上位移的话，对装置稍加改造即可，位移发生前本装置的示意图如附图2a所示，位移发生后如附图2b所示。所出现的待测位移将推动活塞3向上移动，一部分液体通过上部的孔洞溢出，经滑片5流到容器6内，进而通过称重获取位移数据。

如果测水平位移的话，同样稍加改造即可，位移发生前本装置的示意图如附图3a所示，位移发生后如附图3b所示。出现的待测位移将推动活塞3水平移动，一部分液体通过右侧的孔洞溢出后流入容器6内，可同样通过称重来获取位移数据。

Claims

1.一种位移测量方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、将以下部件组合起来构成一个测量装置：管体、液体、活塞，容器、称重装置，其中液体通过活塞限位而置于管体内，容器和称重装置分别独立放置，第二步、将活塞的自由端与测点处实现紧密接触，以感知位移，第三步、用称重装置称取容器的初始质量，第四步、位移发生后将推动活塞运动，进而使一部分液体从管体的孔洞处溢出，经滑片落入容器内，然后通过称重装置称取容器此时的质量，第五步、计算容器前后的质量差，依据液体的密度、活塞的截面积参数算出测点的位移值。

2.如权利要求1所述的位移测量方法，其特征是，所述的管体，在测量竖直向下位移时，为U形管，在测量竖直向上位移时，为直管，在测量水平位移时，为直拐管，其截面形状是圆形，矩形，多边形任一种。

3.如权利要求1或2所述的位移测量方法，其特征是，所述的管体，在内部液体的自由边界处开有孔洞，接一向下倾斜的滑片。

4.如权利要求1所述的位移测量方法，其特征是，所述的活塞，其截面形式和大小与管体内截面完全一致，而且带有一个导杆与位移测点相接触。

5.如权利要求1所述的位移测量方法，其特征是，所述的容器，与其他部件没有物理上的直接连接，但应在管体孔洞处的滑片下方放置，以承接管内溢出的液体。

6.如权利要求1所述的位移测量方法，其特征是，所述的称重装置，可根据测量精度的需要选自电子天平、分析天平、原子秤等任一种，观测者使用它来获取容器内液体的重量值，它与其他部件没有物理上的连接。