CN104596427A - 一种激光位移传感器的低温标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光位移传感器的低温标定装置，其特征是四根支架支柱底部装有四个调平螺母，支架螺杆上刻有螺纹，螺母套在支架螺杆，居于传感器固定平板上，用卡子将传感器固定平板固定在四根支架支柱上，传感器固定平板下方的激光位移传感器用固定架及螺钉固定；直流开关电源通过导线与激光位移传感器连接，数据采集仪通过导线与笔记本电脑连接，数据采集仪和激光位移传感器与直流开关电源之间用导线连接，在支架下平板上、激光位移传感器正下方有量块。本发明将激光位移传感器引入冻土变形测试中，可以在低温下标定激光位移传感器，验证激光位移传感器用于低温测试冻土变形时的性能及精度等指标。

Description

一种激光位移传感器的低温标定装置

技术领域

本发明涉及一种激光位移传感器的低温标定装置。

背景技术

传感器标定就是利用精度高一级的标准器具对传感器进行定度的过程，从而确立传感器输出量和输人量之间的对应关系。同时也确定不同使用条件下的误差关系。标定的基本方法是，利用标准仪器产生已知的非电量作为输入量，输入到待标定的传感器中，然后将传感器的输出量和输入的标准量相比较，获得一系列标准数据或曲线。根据试验数据确定传感器的各项性能指标，实际上也是确定传感器的测量精度。

冻土是一种由矿物颗粒，存在于其间孔隙的液体与气体并且含有冰等多矿物组成的非均质、多相、多孔的具有负温的不连续介质，它不同于一般的土类。由于冻结时土中水分向冻结锋面迁移和积聚，因此研究冻胀变形对冻土工程的研究有着重要意义。由于目前实验室测量冻胀位移的手段多采用千分表、弹簧抽杆位移传感器、应变规等，这些手段受到测装条件及灵敏度、精确度等的制约，试验的结果常常不能令人满意。由于这些手段必须与试样接触，无意中给了试样一个约束力，从而降低了测量准确度。因此选用非接触式测量冻土冻胀位移的试验方法很有必要。

激光位移传感器是利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点制成的新型测量仪表，其可实现无接触远距离测量，是目前精度较高的位移传感器。激光位移传感器已经广泛用于多个需要精密测量检测的领域，但是，用于岩土工程测试的实例甚少，而用于冻土测试的还几乎没有。

由于激光位移传感器厂家未提供其用于低温的使用性能及精度，如果将激光位移传感器引入冻土变形测试中，必须考虑其低温运行性能及精度等，故必须在低温条件下对其进行标定。本发明中所采用的标准器具为精度等级为2级的标准量块，可溯源到国家计量基准。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的旨在提供一种激光位移传感器测量的低温标定装置，该装置可以在低温环境下对激光位移传感器进行标定，验证其精度、线性度、迟滞性等各种参数及低温运行寿命，考证其低温运行性能。

本发明的目的是这样实现的：

一种激光位移传感器的低温标定装置，由支架上平板、卡子、传感器固定平板、支架下平板、支架螺杆、四根支架支柱组成了传感器固定支架置于控温箱内，四根支架支柱底部装有四个调平螺母，支架螺杆上刻有螺纹，螺母套在支架螺杆中间，居于传感器固定平板上，用卡子将传感器固定平板固定在四根支架支柱上，激光位移传感器用固定架及螺钉固定于传感器固定平板下方；直流开关电源通过导线与激光位移传感器连接，数据采集仪通过导线与笔记本电脑连接，数据采集仪和激光位移传感器与直流开关电源之间用导线连接，在支架下平板上、激光位移传感器正下方可放置量块。

本发明的优点和有益效果是：

1、本发明控温箱可以自主调节温度值，能够在低温下使用，装置简单、使用灵活方便；

2、位移传感器在标定过程中，传感器固定支架在恒温箱中的位置，以及传感器固定平板的位置等在整个试验过程中都不再移动。利用支架下平板上激光位移传感器正下方加量块来改变传感器所测的位移，激光位移传感器所测位移为满量程减去量块厚度，即为标定位移。本发明在低温下标定激光位移传感器，验证激光位移传感器用于低温测试冻土变形时的性能及精度等指标。可以避免安装调平等的变化带来的难以控制的累积误差；

3、由于传感器固定平板可上下移动，故适合多种量程的激光位移传感器的标定，实现无接触远距离测量。

附图说明

图1是本发明示意图。

图2是图1传感器固定支架示意图。

图3是图1激光位移传感器及固定架示意图。

图4 是激光位移传感器的误差曲线。

具体实施方式

本发明所用的控温箱1（ZL201110055580.0）可以自主调节温度值，恒温效果好，操作方便；数据采集仪9选用澳大利亚dataTaker公司的DT80数据采集仪，配合笔记本电脑10采集数据；

下面结合附图对本发明的技术方案再作进一步说明：

如图1-3所示，一种激光位移传感器的低温标定装置，是由四根支架支柱14穿过支架上平板3、传感器固定平板4、支架下平板7四角的通孔组成了传感器固定支架置于控温箱1内，其中，支架上平板3、传感器固定平板4、支架下平板7中心设有支架螺杆12。支架上平板3、传感器固定平板4、支架下平板7、支架螺杆12、螺母5和卡子2选用不锈钢材料制成，以免实验过程中生锈。四根支架支柱14底部装有四个调平螺母13，支架螺杆12上刻有螺纹，螺母5套在支架螺杆12，居于传感器固定平板4上，用卡子2将传感器固定平板4固定在四根支架支柱14上，传感器固定平板4下方的激光位移传感器15用固定架16及螺钉固定；直流开关电源8通过导线11与激光位移传感器15连接，数据采集仪9通过导线11与笔记本电脑10连接，数据采集仪9和激光位移传感器15与直流开关电源8之间用导线11连接，在支架下平板7上、激光位移传感器15正下方有量块6。

标定时，用四根支架支柱14底部装有的四个调平螺母13调节支架下平板7的水平，传感器固定平板4的下方用螺钉及固定架16固定激光位移传感器15。为了适用于不同量程的激光位移传感器，支架螺杆12上刻有螺纹，旋转支架螺杆12上的螺母5上下移动，并移动卡子2的位置可调节传感器固定平板4与支架下平板7之间的距离，调节激光位移传感器15距离。支架下平板7间的位移为激光位移传感器15满量程后，用螺母5固定，调平传感器固定平板4，并用卡子2将传感器固定平板4固定在四根支架支柱14上。为了避免安装调平的变化带来的难以控制的累积误差，传感器固定支架在恒温箱1中的位置，以及传感器固定平板4的位置在整个试验过程中都不再移动。利用支架下平板7上激光位移传感器15正下方量块6来改变激光位移传感器15所测的位移，激光位移传感器15所测位移为满量程减去量块6厚度，即为标定位移。

直流开关电源8通过导线11为激光位移传感器15供电，数据采集仪9通过导线11与笔记本电脑10连接，数据采集仪9和激光位移传感器15与直流开关电源8之间的导线11连接。激光位移传感器15将所采集到的信号传输给数据采集仪9，由数据采集仪9和笔记本电脑10采集处理所采集到的位移数据。

表1所示是采用本发明标定装置来验证森萨波特公司生产的FT-50 RLA220型1#和2#激光位移传感器在不同负温情况下的标定数据。

表1 1#和2#激光位移传感器的低温标定数据

根据表1中的数据，通过拟合优度及线性度的换算公式可以得到表2所示的该传感器在不同负温条件下的拟合优度 ²（拟合优度 ²是指回归直线对观测值的拟合程度，若观测点离回归直线近，则拟合优度 ²越接近于1拟合程度好；反之则拟合程度差；）和线性度e_Lmax (线性度e_Lmax是指在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程输出的百分比，该值越小，表明线性特性越好）。由表2所示的数据可以看出2#传感器的各项性能远远优于1#传感器。

表2不同温度条件下的传感器标定的拟合优度

图4所示为采用本发明标定装置来验证森萨波特公司生产的FT-50 RLA220型1#和2#激光位移传感器的常温标定数据与厂家所提供标准曲线数据间的误差值，由图4可以看出，在常温条件下，2#传感器误差值较靠近0轴，误差值较小；1#传感器误差较大。

从上述表2所提供的数据和图4的图示来看，采用本发明的标定装置，在低温条件下，可以验证各种厂家生产的不同的激光位移传感器的低温使用性能，为低温测试冻土变形选择低温恶劣环境下，性能可靠及精度优良的的激光位移传感器，为冻土低温冻胀位移测量的非接触式测量提供可靠的测量手段，以此扩大激光位移传感器用于冻土工程测试，避免接触式测量由于约束力存在而带来的难以控制的测量误差。

Claims (1)

1.一种激光位移传感器的低温标定装置，由支架上平板（3）、卡子（2）、传感器固定平板（4）、支架下平板（7）、支架螺杆（12）、四根支架支柱（14）组成了传感器固定支架置于控温箱（1）内，其特征是四根支架支柱（14）底部装有四个调平螺母（13），支架螺杆（12）上刻有螺纹，螺母（5）套在支架螺杆（12），居于传感器固定平板（4）上，用卡子（2）将传感器固定平板（4）固定在四根支架支柱（14）上，传感器固定平板（4）下方的激光位移传感器（15）用固定架（16）及螺钉固定；直流开关电源（8）通过导线（11）与激光位移传感器（15）连接，数据采集仪（9）通过导线（11）与笔记本电脑（10）连接，数据采集仪（9）和激光位移传感器（15）与直流开关电源（8）之间用导线（11）连接，在支架下平板（7）上、激光位移传感器（15）正下方有量块（6）。