CN103900512B - 微位移标定仪及其使用方法 - Google Patents

Abstract

微位移标定仪及其使用方法。微位移标定仪，包括弹性体和螺杆，弹性体包括上下薄壁，上下薄壁的一端连接处设有带水平通孔的矩形块，矩形块的左右两端分别设有端盖，螺杆贯穿上下薄壁，螺杆下端与位移传感器接触。使用本发明微位移标定仪时，只需要用高精度微位移传感器测量一次该弹性体的垂直接近量与水平接近量之间的比例系数I，以后对微位移传感器的标定不再需要使用高精度微位移传感器，提高了工作效率，降低了标定成本。

Description

微位移标定仪及其使用方法

技术领域

本发明属于标定设备技术领域，涉及一种微位移标定仪；还涉及这种标定仪的使用方法。

背景技术

微位移传感器用于测量各种形式的微小位移量，分为电感式位移传感器、电容式位移传感器、光电式位移传感器、超声波式位移传感器等。微位移传感器是获得微小位移的重要感知检测手段。在微位移传感器制作完成后，需要更高精度的微位移传感器对其进行标定。通常，这种高精度的微位移传感器结构复杂，价格昂贵且使用条件苛刻，导致微位移传感器的标定成本很高。

发明内容

本发明的目的是提出一种微位移标定仪，解决现有微位移传感器标定成本高的问题。

本发明的第二个目的是提供该标定仪的使用方法。

本发明的技术方案是，微位移标定仪，包括弹性体和螺杆，弹性体包括上下薄壁，上下薄壁的一端连接处设有带水平通孔的矩形块，矩形块的左右两端分别设有端盖，螺杆贯穿上下薄壁，螺杆下端与位移传感器接触。

本发明的特点还在于：

位移传感器固定在套筒内，套筒与弹性体固定连接。

螺杆和套筒通过螺纹联接，位移传感器通过螺钉固定在套筒内。

弹性体上下两个薄壁中间位置垂直设有两个同轴的孔，螺杆穿过这两个同轴的孔。

进一步，弹性体上下两个薄壁中间部位为凸台，两个同轴的孔设置在凸台的中间位置。

进一步，弹性体下薄壁的凸台下端面设有凹槽，套筒外圆的上端部为圆台状，有两个平行的平面，两个平行的平面与该凹槽配合。

本发明的第二个技术方案是，上述微位移标定仪的使用方法，先测定弹性体的垂直接近量与水平接近量的比例系数I，再对待标定位移传感器进行标定。

具体包括以下步骤：

第一步，先将高精度微位移传感器固定在矩形块的水平通孔中，并通过两个端盖固定；然后转动螺杆，拉近弹性体的上下两个薄壁，弹性体内部出现弹性应力和变形，弹性体的两个薄壁之间的垂直接近量通过螺杆下端的伸出量由位移传感器测得；矩形块的左右两个端面的水平接近量通过两个端盖由高精度微位移传感器测得；螺杆转动到不同的位置，拟合出垂直接近量和水平接近量之间的比例系数I；

第二步，将高精度微位移传感器从矩形块的水平通孔中取出，将待标定的微位移传感器置于矩形块的水平通孔中，并通过两个端盖固定；转动螺杆，位移传感器测出螺杆的伸出量，即弹性体两个薄壁之间的垂直接近量，矩形块的左右两个端面的水平接近量由待标定微位移传感器以电压变化的形式输出，这个水平接近量与输出电压的变化值的比值，就是待标定的微位移传感器的灵敏度。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明微位移标定仪的几何尺寸和材料确定后，弹性体1的垂直接近量和水平接近量之间的比例系数I是固定的，故可以通过这个已知的比例系数I和测量弹性体的垂直方向接近量来求得水平方向的微小接近量，从而实现了用普通的位移传感器来标定微位移传感器。

2、本发明微位移标定仪不仅结构简单，成本低，而且性能稳定，使用方便。

3、本发明微位移标定仪的使用方法，只需要用高精度微位移传感器测量一次该弹性体的垂直接近量与水平接近量之间的比例系数I，以后对微位移传感器的标定中不再需要使用高精度微位移传感器，提高了工作效率，降低了标定成本。

附图说明

图1本发明微位移标定仪的结构示意图；

图2为图1的局部A放大图；

图3为图2的三维视图；

图4本发明微位移标定仪施加载荷前后的变形示意图。

图中，1.弹性体，2.螺杆，3.套筒，4.位移传感器，5.微位移传感器，6.端盖，7.螺钉，8.水平通孔，9.左端面，10.右端面。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的作进一步说明。

微位移标定仪，参见图1，包括弹性体1和螺杆2，弹性体1包括上下薄壁，上下薄壁的一端连接处设有带水平通孔8的矩形块，参见图2，螺杆2贯穿上下薄壁，螺杆2下端与位移传感器4接触。位移传感器4通过螺钉7固定在套筒3内，套筒3与弹性体1固定连接。参见图3，矩形块的左右两端分别设有端盖6。

实施例，微位移标定仪，如图1所示，包括弹性体1，弹性体1上下两个薄壁中间部位分别为凸台，两个凸台的中间位置垂直设有两个同轴的孔，螺杆2穿过两个同轴的孔，螺杆2和套筒3通过螺纹联接，弹性体1下薄壁的凸台下端面设有凹槽，套筒3外圆的上部为圆台状，有两个平行的平面，两个平行的平面与该凹槽配合。当螺杆2转动时，套筒3受凹槽平面的限制不能转动，上下两个薄壁之间的距离被拉近，拉近的位移量通过固定在套筒3中的位移传感器4测得。

微位移标定仪上的矩形块结构如图2所示，当转动螺杆2时，由于弹性体1发生变形，图3中所示的左端面9和右端面10会相互靠近，靠近的位移量通过两个端盖6传递给放置在水平通孔中的微位移传感器5，并以电压的形式输出。

如果已知弹性体1中上、下两个薄壁垂直方向靠近的距离与图3中左右端面靠近距离的比值，在标定灵敏度未知的微位移传感器5时，只需通过位移传感器4测出弹性体1上下薄壁的接近量，即可求得图3中左右端面的水平接近量，这个水平接近量与微位移传感器的输出电压的变化值的比值，就是待标定的微位移传感器的灵敏度。确定微位移传感器灵敏度的过程，就是微位移传感器的标定过程。这个标定过程与传统的采用高精度的位移传感器标定低精度的位移传感器不同，本发明标定过程不再需要高精度的位移传感器。只需要在标定前采用高精度位移传感器确定弹性体1中上、下两个薄壁垂直的接近量与图3中左右端面的水平接近量的比值。这个比值的确定过程与上述标定过程类似，不同之处在于图2中的矩形块的水平通孔中放置的是灵敏度已知的高精度位移传感器，转动螺杆2后，通过位移传感器4可以测出上、下薄壁的垂直方向接近量，灵敏度已知的高精度位移传感器测出图3中左、右端面的接近量，进而求得两个接近量的比值。

由于弹性体1两个薄壁沿垂直方向的接近量远大于图3中两个端面的接近量，薄壁垂直方向接近量的测量并不需要微位移传感器，因此微位移传感器的标定过程中并不需要像传统标定过程那样使用高精度微位移传感器，标定过程成本降低，效率提高。

下面结合附图和实施例对本发明微位移标定仪的使用方法予以说明：

第一步，先将高精度微位移传感器固定在矩形块的水平通孔中，并通过两个端盖6固定；拧动螺杆2，弹性体1的上、下两个薄壁受到力的作用相互靠近。通过位移传感器4测得上下薄壁间距的最大接近量为45.51μm。弹性体1左端受到薄壁变形的影响，如图3所示的左、右端面间距会产生一微小的变化，最大接近量为14.3nm。可以求得垂直接近量和水平接近量之间的比例系数I=3182.515。为了提高I的测量精度，可以将螺杆2转动到不同的位置，得到多个不同位置时的垂直接近量和水平接近量，最后通过拟合求得一个平均的I值作为弹性体最终的I值。

弹性体1的几何尺寸以及材料确定后，比值I保持不变。如果需要改变这个比值，或者上、下薄壁的最大变化量，以及左、右端面的间距变化最大值，只需在设计阶段调整弹性体的几何尺寸即可。

第二步，将高精度微位移传感器从矩形块的水平通孔中取出，将待标定的微位移传感器5置于矩形块的水平通孔中，并通过两个端盖固定，如图2所示；转动螺杆2，用位移传感器4测得上下薄壁间距的垂直接近量，同时记录待标定微位移传感器5输出的电压变化。根据上下薄壁间距的垂直接近量和比值I，求得与待标定微位移传感器5的电压输出对应的两端面水平接近量。这个水平接近量与待标定微位移传感器输出的电压变化量的比值，就是待标定微位移传感器5的灵敏度。为了提高标定精度，降低系统误差，需要在待标定传感器量程范围内取不同接近量计算灵敏度，然后取平均值作为最终的灵敏度。

微位移标定仪施加载荷前后的变形参见图4。图4中实线为弹性体变形前的状态，虚线为施加载荷后弹性体的变形。

与现有技术相比，本微位移标定仪具有以下优点：

通过螺杆2给弹性体1两个薄壁沿垂直方向施加一个位移接近量，可以在弹性体1左侧的左、右端面产生一个小的水平接近量。由于两端盖6紧贴矩形块左、右端面，微位移传感器5内嵌于两个端盖6之间，微位移传感器5的测量值就是左右两个端面的水平接近量。弹性体1的几何尺寸和材料确定后，垂直方向与水平方向接近量的比值I是固定的。故在测得I值以后，可以通过测量弹性体1的垂直接近量来求得左、右端面间的水平接近量。再根据待标定传感器的电压变化，求得待标定传感器的灵敏度。标定过程中不再需要高精度的位移传感器，从而实现用普通的位移传感器来标定微位移传感器。由于弹性体1结构简单，性能稳定，采用本发明标定仪，只需要用高精度的微位移传感器测量一次左、右端面的水平变形以确定比值I，以后不需要使用高精度测量装置或是专用标定装置来标定微位移传感器，降低了微位移传感器的标定成本，提高了标定工作效率。

Claims (2)

1.微位移标定仪，其特征在于，包括弹性体(1)和螺杆(2)，所述弹性体(1)包括上下薄壁，上下薄壁的一端连接处设有带水平通孔的矩形块，所述矩形块的左右两端分别设有端盖(6)，所述螺杆(2)贯穿上下薄壁，螺杆(2)下端与位移传感器(4)接触，位移传感器(4)固定在套筒(3)内，所述套筒(3)与弹性体(1)固定连接，螺杆(2)和套筒(3)通过螺纹联接，所述位移传感器(4)通过螺钉(7)固定在套筒(3)内，所述弹性体(1)上下两个薄壁中间位置垂直设有两个同轴的孔，所述螺杆(2)穿过这两个同轴的孔，弹性体(1)上下两个薄壁中间部位为凸台，所述两个同轴的孔设置在凸台的中间位置，所述弹性体(1)下薄壁的凸台下端面设有凹槽，所述套筒(3)外圆的上端部为圆台状，有两个平行的平面，所述两个平行的平面与该凹槽配合。

2.一种微位移标定仪的使用方法，其特征在于，采用权利要求1所述的一种微位移标定仪，先测定所述弹性体(1)的垂直接近量与水平接近量的比例系数I，再对待标定位移传感器进行标定，具体包括以下步骤：

第一步，先将高精度微位移传感器固定在矩形块的水平通孔(8)中，并通过两个端盖(6)固定；然后转动螺杆(2)，拉近弹性体(1)的上下两个薄壁，弹性体(1)内部出现弹性应力和变形，弹性体(1)的两个薄壁之间的垂直接近量通过螺杆(2)下端的伸出量由位移传感器(4)测得；矩形块的左右两个端面的水平接近量通过两个端盖(6)由高精度微位移传感器测得；螺杆(2)转动到不同的位置，拟合出垂直接近量和水平接近量之间的比例系数I；

第二步，将高精度微位移传感器从矩形块的水平通孔(8)中取出，将待标定的微位移传感器(5)置于矩形块的水平通孔(8)中，并通过两个端盖(6)固定；转动螺杆(2)，位移传感器(4)测出螺杆(2)的伸出量，即弹性体(1)两个薄壁之间的垂直接近量，矩形块的左右两个端面的水平接近量由待标定微位移传感器(5)以电压变化的形式输出，根据这个水平接近量与输出电压的变化值，可以得到待标定的微位移传感器(5)的灵敏度。