CN102506895A - 测量仪器三维形变精度检验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量仪器三维形变精度检验装置，包括固定支架和纵向板，纵向板上设置有支撑座一和支撑座二，支撑座一上安装导向杆一，支撑座二上安装导向杆二，纵向板的上方设置有横向板，横向板的底部设置有导向块一和导向块二，纵向板上设置传动机构一，横向板的上部设置有支撑座三和支撑座四，支撑座三上安装导向杆三，支撑座四上安装导向杆四，横向板的上方设置下平板，下平板的底部设置导向块三和导向块四，横向板上设置传动机构二，下平板的上部连接有能够调节高程的测量仪器安装平台。本发明能方便地模拟变形体在三维空间内的三维形变，可以有效检验测量仪器进行形变监测时的精度、可靠性和准确性。

Description

测量仪器三维形变精度检验装置

技术领域

本发明涉及一种检验装置，特别是涉及一种测量仪器三维形变精度检验装置。

背景技术

目前，各种形变监测仪器在形变监测方面应用较为广泛。通过各种仪器对变形体的监测，不仅可以得到变形体变形的速度、位移大小和位移方向等直观资料，而且通过对监测资料的分析，可以为深入认识变形体的变形机理、变形破坏的特征以及变形体的防治处理等提供实测依据。

但是，如何检验这些仪器在形变监测中的精度、可靠性和准确性是一个首要而关键的问题。由于不同类型变形体的形变特征不同，故其形变量级和形变速度也不相同，对于监测仪器的使用，应综合考虑形变监测的精度、可靠性和准确性等要求来统筹安排。所以，在进行形变监测之前，有必要对所采用的仪器设备的精度、可靠性和准确性进行测试和分析。

常规的检验形变监测精度和可靠性的方法有两大类：第一类是在已知的观测点上进行精度测试，即在已知坐标的观测点上用监测仪器进行观测并解算，将获取到的定位数据与已知数据进行比较，计算其定位精度和可靠性等指标。这种方法的优点是测试精度高，作业方法简单，但存在不能进行动态定位精度测试、不易实现对三维定位结果进行综合评价等缺点，不适用于形变监测的精度测试。第二类是动态运动轨迹精度测试，即在已知场地或线路上用仪器进行观测并计算，将所获取到的定位结果生成的几何形状与已知轨迹进行比较，以评价其定位精度和可靠性。但这种方法往往只适用于大尺度运动特征的定位精度测试，且测试精度较低，往往只能达到分米级或米级精度，而对于毫米级或厘米级的高精度形变监测并不适用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种测量仪器三维形变精度检验装置。本发明能方便地模拟变形体在三维空间内的三维形变特征(位移、速度等)，可以有效检验所采用测量仪器进行形变监测时的精度、可靠性和准确性等，且由于其结构非常简单，使用时非常灵活方便、自主调控性强，测量精度高，稳定性和可靠性强。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：包括固定支架和安装在固定支架上的纵向板，所述纵向板上设置有相互平行的支撑座一和支撑座二，所述支撑座一和支撑座二均沿纵向板的长度方向设置，所述支撑座一上安装有导向杆一，所述支撑座二上安装有导向杆二，所述纵向板的上方设置有与其相垂直的横向板，所述横向板的底部设置有能沿导向杆一长度方向移动的导向块一和能沿导向杆二长度方向移动的导向块二，所述纵向板上设置有能带动横向板沿导向杆一和导向杆二移动的传动机构一，所述横向板的上部设置有相互平行的支撑座三和支撑座四，所述支撑座三和支撑座四均沿横向板的长度方向设置，所述支撑座三上安装有导向杆三，所述支撑座四上安装有导向杆四，所述横向板的上方设置有下平板，所述下平板的底部设置有能沿导向杆三长度方向移动的导向块三和能沿导向杆四长度方向移动的导向块四，所述横向板上设置有能带动下平板沿导向杆三和导向杆四移动的传动机构二，所述下平板的上部连接有能够调节高程的测量仪器安装平台。

上述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述测量仪器安装平台包括位于下平板上方的中平板和位于中平板上方的上平板，所述中平板通过立柱与下平板连接，所述上平板和中平板之间设置有与下平板相垂直的竖向螺杆，所述中平板上转动连接有与竖向螺杆相适配的螺纹衬套，所述竖向螺杆的上端与上平板固定连接，所述竖向螺杆的下端安装在螺纹衬套内。

上述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述传动机构一包括设置在支撑座一和支撑座二之间的滚珠丝杠一以及与所述滚珠丝杠一相适配的滚珠丝母一，所述滚珠丝母一固定连接在横向板底部，所述滚珠丝杠一通过轴承座一与纵向板连接；所述传动机构二包括设置在支撑座三和支撑座四之间的滚珠丝杠二以及与所述滚珠丝杠二相适配的滚珠丝母二，所述滚珠丝母二固定连接在下平板的底部，所述滚珠丝杠二通过轴承座二与横向板连接。

上述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述滚珠丝杠一和滚珠丝杠二相互垂直。

上述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述传动机构一包括设置在支撑座一和支撑座二之间的螺杆一以及与所述螺杆一相适配的螺母一，所述螺母一固定连接在横向板的底部，所述螺杆一通过轴承座一与纵向板连接；所述传动机构二包括设置在支撑座三和支撑座四之间的螺杆二以及与所述螺杆二相适配的螺母二，所述螺母二固定连接在下平板的底部，所述螺杆二通过轴承座二与横向板连接。

上述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述纵向板上设置有纵向位移刻度尺，所述导向块一或导向块二上设置有与纵向位移刻度尺相适配的纵向游标；所述横向板上设置有横向位移刻度尺，所述导向块三或导向块四上设置有与横向位移刻度尺相适配的横向游标。

上述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述上平板的底部连接有穿过中平板且在竖向螺杆的带动下能上下移动的导向柱。

上述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述导向柱上设置有用于测量导向柱位移的竖向位移刻度尺。

上述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述导向柱的长度与中平板和下平板之间的距离之比为4∶5。

上述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述滚珠丝杠一的端部安装有调节手轮一；所述滚珠丝杠二的端部安装有调节手轮二，所述调节手轮一和调节手轮二上均设置有刻度盘。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的结构简单，设计新颖合理。

2、本发明通过在纵向、横向和竖向上模拟变形体在三维空间内的三维形变，从而对测量仪器的精度进行评定，能够为测量仪器在监测变形体的形变提供了更准确的数据。

3、本发明通过在中平板上转动连接有与竖向螺杆相适配的螺纹衬套，当进行竖向调节时，通过旋转螺纹衬套从而带动竖向螺杆在竖向运动，所述竖向螺杆带动上平板竖向运动，这种调节方式精度高，使用方便，检验精度高。

4、本发明通过在支撑座一和支撑座二之间的滚珠丝杠一以及与所述滚珠丝杠一相适配的滚珠丝母一，并在支撑座三和支撑座四(之间的滚珠丝杠二以及与所述滚珠丝杠二相适配的滚珠丝母二，通过滚珠丝杠和滚珠丝母的配合，完成纵向和横向的移动，其调节精度高，使用方便，检验精度高，检验数据可靠。

5、本发明的实现成本低，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本发明结构简单，设计新颖合理，工作可靠性高，使用寿命长，能方便地模拟变形体在三维空间内的三维形变特征(位移、速度等)，可以有效检验所采用测量仪器进行形变监测时的精度、可靠性和准确性等，且其结构简单，使用方便、自主调控性强，测量精度高，稳定性，可靠性强，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为图1中A处的放大图。

图3为本发明竖向螺杆与上平板和中平板的连接关系示意图。

附图标记说明：

1-固定支架；        2-纵向板；        3-支撑座一；

4-导向杆一；        5-轴承一；        6-调节手轮一；

7-支撑座二；        8-导向杆二；      9-滚珠丝杠一；

10-导向块二；       11-横向板；       12-导向块四；

13-下平板；         14-立柱；         15-中平板；

16-导向柱；         17-上平板；       18-竖向螺杆；

19-导向块三；       20-滚珠丝杠二；   21-导向杆三；

22-支撑座三；       23-调节手轮二；   24-轴承二；

25-导向杆四；       26-支撑座四；     27-导向块四；

28-纵向位移刻度尺； 29-纵向游标；     30-横向位移刻度尺；

31-横向游标；       32-滚珠丝母一；   33-滚珠丝母二；

34-螺纹衬套；       35-锁紧螺母；     36-螺杆一；

37-螺母一；         38-螺杆二；       39-螺母二。

具体实施方式

如图1和图2所示测量仪器三维形变精度检验装置，包括固定支架1和安装在固定支架1上的纵向板2，通常，所述固定支架1为三角支架，所述纵向板2上设置有相互平行的支撑座一3和支撑座二7，所述支撑座一3和支撑座二7均沿纵向板2的长度方向设置，所述支撑座一3上安装有导向杆一4，所述支撑座二7上安装有导向杆二8，所述纵向板2的上方设置有与其相垂直的横向板11，所述横向板11的底部设置有能沿导向杆一4长度方向移动的导向块一27和能沿导向杆二8长度方向移动的导向块二10，所述纵向板2上设置有能带动横向板11沿导向杆一4和导向杆二8移动的传动机构一，所述横向板11的上部设置有相互平行的支撑座三22和支撑座四26，所述支撑座三22和支撑座四26均沿横向板11的长度方向设置，所述支撑座三22上安装有导向杆三21，所述支撑座四26上安装有导向杆四25，所述横向板11的上方设置有下平板13，所述下平板13的底部设置有能沿导向杆三21长度方向移动的导向块三19和能沿导向杆四25长度方向移动的导向块四12，所述横向板11上设置有能带动下平板13沿导向杆三21和导向杆25移动的传动机构二，所述下平板13的上部连接有能够调节高程的测量仪器安装平台。

本发明通过在纵向、横向和竖向上模拟变形体在三维空间内的三维形变，从而对测量仪器的精度进行评定，能够为测量仪器在监测变形体的形变提供了更准确的数据。

结合图1和图3，所述测量仪器安装平台包括位于下平板13上方的中平板15和位于中平板15上方的上平板17，所述中平板15通过立柱14与下平板13连接，所述上平板17和中平板15之间设置有与下平板13相垂直的竖向螺杆18，所述中平板15上转动连接有与竖向螺杆18相适配的螺纹衬套34，所述竖向螺杆18的上端与上平板17固定连接，所述竖向螺杆18的下端安装在螺纹衬套34内。当进行竖向调节时，通过旋转螺纹衬套34从而带动竖向螺杆18竖向运动，所述竖向螺杆18带动上平板17竖向运动，同时当竖向螺杆18移动到指定位置时，可通过中平板15下方的锁紧螺母35将竖向螺杆18锁紧定位，这种调节方式精度高，使用方便，检验精度高。

结合图1和图2，所述传动机构一包括设置在支撑座一3和支撑座二7之间的滚珠丝杠一9以及与所述滚珠丝杠一9相适配的滚珠丝母一32，所述滚珠丝母一32固定连接在横向板11底部，所述滚珠丝杠一9通过轴承座一5与纵向板2连接；所述传动机构二包括设置在支撑座三22和支撑座26之间的滚珠丝杠二20以及与所述滚珠丝杠二20相适配的滚珠丝母二33，所述滚珠丝母二33固定连接在下平板13的底部，所述滚珠丝杠二20通过轴承座二24与横向板11连接。所述滚珠丝杠一9和滚珠丝杠二20只发生转动，不产生轴向的移动，滚珠丝杠一9与滚珠丝母一32相适配，通过滚珠丝杠一9的转动带动滚珠丝母一32产生纵向移动，所述滚珠丝母一32从而带动横向板11产生纵向移动，滚珠丝杠二20与滚珠丝母二33相适配，通过滚珠丝杠二20的转动带动滚珠丝母二33产生横向移动，所述滚珠丝母二33从而带动下平板13产生横向移动。所述滚珠丝杠一9和滚珠丝杠二20相互垂直。通过滚珠丝杠和滚珠丝母的配合，完成纵向和横向的移动，其调节精度高，使用方便，检验精度高，检验数据可靠。

结合图1和图2，所述传动机构一还可以是包括设置在支撑座一3和支撑座二7之间的螺杆一36以及与所述螺杆一36相适配的螺母一37，所述螺母一37固定连接在横向板11的底部，所述螺杆一36通过轴承座一5与纵向板2连接；所述传动机构二包括设置在支撑座三22和支撑座26之间的螺杆二38以及与所述螺杆二38相适配的螺母二39，所述螺母二39固定连接在下平板13的底部，所述螺杆二39通过轴承座二24与横向板11连接。所述螺杆一36和螺杆二39只发生转动，不产生轴向移动，螺杆一36与螺母一37相适配从而带动横向板11产生纵向移动，螺杆二39与螺母二39相适配从而带动下平板13产生横向移动。

如图2所示，所述纵向板2上设置有纵向位移刻度尺28，所述导向块一27或导向块二10上设置有与纵向位移刻度尺28相适配的纵向游标29；所述横向板11上设置有横向位移刻度尺30，所述导向块三19或导向块四25上设置有与横向位移刻度尺30相适配的横向游标31。

如图1所示，所述上平板17的底部连接有穿过中平板15且在竖向螺杆18的带动下能上下移动的导向柱16。所述导向柱16上设置有用于测量导向柱16位移的竖向位移刻度尺。所述导向柱16的长度与中平板15和下平板13之间的距离之比为4∶5，这样可以保证导向柱16有足够的升降空间。

如图1所示，所述滚珠丝杠一9的端部安装有调节手轮一6；所述滚珠丝杠二20的端部安装有调节手轮二23，所述调节手轮一6和调节手轮二23上均设置有刻度盘。通过设置调节手轮一6和调节手轮二23，能够方便的转动滚珠丝杠一9和滚珠丝杠二20。

以对GPS进行三维形变监测的检验为例：

GPS定位的基本原理是：利用GPS卫星发送来的星历参数和时间等信息，地面上的GPS接收机在接收这些信息的同时利用测距码或载波等信号获得GPS卫星至接收机之间的空间距离，然后通过空间距离后方交会的方法计算出接收机的三维位置、方向及运动速度等信息。

检测GPS技术用于变形体三维形变监测的精度和可靠性的基本思路是：将GPS接收机安置在上平板17上，人为控制本发明所述的检验装置在三维空间内产生运动，同时利用GPS接收机在运动状态下的观测数据进行实时定位，该定位结果可以准确描述GPS接收机的运动状态，通过将GPS接收机运动参数与测试仪在三维空间内的实际运动参数比较，即可实现对其进行检测。

应用该测量仪器三维形变精度检验装置检验GPS监测三维形变精度和可靠性的流程如下：

将GPS接收机安置在上平板17上，以某一时刻所在的位置作为起始点，同时记录下通过GPS接收机测量出来的起始坐标(X₁，Y₁，Z₁)。通过调节手轮二6和调节手轮一23调节GPS接收机在水平面内横、纵方向的位移量，同时在横、纵向位移刻度尺上读取精确到毫米的整数，然后再在调节手轮一6和调节手轮二23的刻度盘上估读到0.1mm，将两个读数相加得到横、纵方向的形变位移量，记录下这两个位移量。通过螺纹衬套34调整上平板17在竖直方向的位移型变量，在竖向位移刻度尺上估读到0.1mm，并记录下该读数，由此获得该检验装置上GPS接收机相对于起始点的三维位移形变量(ΔX，ΔY，ΔZ)，同时解算出GPS接收机在该时刻的点位(X′₁，Y₁′，Z₁′)，获得GPS接收机测得的相对于起始点坐标形变量(ΔX，ΔY，ΔZ)＝(X′₁，Y′₁，Z₁′)-(X₁，X₁，Z₁)，通过两者的对比以获得测试结果，以此可以检验用GPS监测变形体三维形变的精度和可靠性。

以对全站仪进行三维形变监测的检验为例：

对于全站仪而言，与GPS测试不同的是，在上平板17上架设的是与全站仪配套的棱镜，在起始点时，通过全站仪测量出该点的起始坐标(X₁，Y₁，Z₁)。通过调整该检验装置在竖向、横向和纵向上的位移，以获得上平板17上棱镜相对于起始点的三维形变量(ΔX，ΔY，ΔZ)，再通过全站仪测量出此时棱镜的坐标(X′₁，Y₁′，Z₁′)，获得全站仪所测量得到的三维形变量(ΔX，ΔY，ΔZ)＝(X′₁，Y₁′，Z₁′)-(X₁，Y₁，Z₁)，通过两者的对比得到测试结果，以此可以检验全站仪监测变形体三维形变的精度、准确性和可靠性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：包括固定支架(1)和安装在固定支架(1)上的纵向板(2)，所述纵向板(2)上设置有相互平行的支撑座一(3)和支撑座二(7)，所述支撑座一(3)和支撑座二(7)均沿纵向板(2)的长度方向设置，所述支撑座一(3)上安装有导向杆一(4)，所述支撑座二(7)上安装有导向杆二(8)，所述纵向板(2)的上方设置有与其相垂直的横向板(11)，所述横向板(11)的底部设置有能沿导向杆一(4)长度方向移动的导向块一(27)和能沿导向杆二(8)长度方向移动的导向块二(10)，所述纵向板(2)上设置有能带动横向板(11)沿导向杆一(4)和导向杆二(8)移动的传动机构一，所述横向板(11)的上部设置有相互平行的支撑座三(22)和支撑座四(26)，所述支撑座三(22)和支撑座四(26)均沿横向板(11)的长度方向设置，所述支撑座三(22)上安装有导向杆三(21)，所述支撑座四(26)上安装有导向杆四(25)，所述横向板(11)的上方设置有下平板(13)，所述下平板(13)的底部设置有能沿导向杆三(21)长度方向移动的导向块三(19)和能沿导向杆四(25)长度方向移动的导向块四(12)，所述横向板(11)上设置有能带动下平板(13)沿导向杆三(21)和导向杆四(25)移动的传动机构二，所述下平板(13)的上部连接有能够调节高程的测量仪器安装平台。

2.根据权利要求1所述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述测量仪器安装平台包括位于下平板(13)上方的中平板(15)和位于中平板(15)上方的上平板(17)，所述中平板(15)通过立柱(14)与下平板(13)连接，所述上平板(17)和中平板(15)之间设置有与下平板(13)相垂直的竖向螺杆(18)，所述中平板(15)上转动连接有与竖向螺杆(18)相适配的螺纹衬套(34)，所述竖向螺杆(18)的上端与上平板(17)固定连接，所述竖向螺杆(18)的下端安装在螺纹衬套(34)内。

3.根据权利要求1或2所述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述传动机构一包括设置在支撑座一(3)和支撑座二(7)之间的滚珠丝杠一(9)以及与所述滚珠丝杠一(9)相适配的滚珠丝母一(32)，所述滚珠丝母一(32)固定连接在横向板(11)底部，所述滚珠丝杠一(9)通过轴承座一(5)与纵向板(2)连接；所述传动机构二包括设置在支撑座三(22)和支撑座四(26)之间的滚珠丝杠二(20)以及与所述滚珠丝杠二(20)相适配的滚珠丝母二(33)，所述滚珠丝母二(33)固定连接在下平板(13)的底部，所述滚珠丝杠二(20)通过轴承座二(24)与横向板(11)连接。

4.根据权利要求3所述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述滚珠丝杠一(9)和滚珠丝杠二(20)相互垂直。

5.根据权利要求1或2所述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述传动机构一包括设置在支撑座一(3)和支撑座二(7)之间的螺杆一(36)以及与所述螺杆一(36)相适配的螺母一(37)，所述螺母一(37)固定连接在横向板(11)的底部，所述螺杆一(36)通过轴承座一(5)与纵向板(2)连接；所述传动机构二包括设置在支撑座三(22)和支撑座四(26)之间的螺杆二(38)以及与所述螺杆二(38)相适配的螺母二(39)，所述螺母二(39)固定连接在下平板(13)的底部，所述螺杆二(39)通过轴承座二(24)与横向板(11)连接。

6.根据权利要求1或2所述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述纵向板(2)上设置有纵向位移刻度尺(28)，所述导向块一(27)或导向块二(10)上设置有与纵向位移刻度尺(28)相适配的纵向游标(29)；所述横向板(11)上设置有横向位移刻度尺(30)，所述导向块三(19)或导向块四(25)上设置有与横向位移刻度尺(30)相适配的横向游标(31)。

7.根据权利要求2所述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述上平板(17)的底部连接有穿过中平板(15)且在竖向螺杆(18)的带动下能上下移动的导向柱(16)。

8.根据权利要求6所述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述导向柱(16)上设置有用于测量导向柱(16)位移的竖向位移刻度尺。

9.根据权利要求6所述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述导向柱(16)的长度与中平板(15)和下平板(13)之间的距离之比为4∶5。

10.根据权利要求3所述的测量仪器三维形变精度检验装置，其特征在于：所述滚珠丝杠一(9)的端部安装有调节手轮一(6)；所述滚珠丝杠二(20)的端部安装有调节手轮二(23)，所述调节手轮一(6)和调节手轮二(23)上均设置有刻度盘。

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