CN109239800A - 一种零长弹簧零位漂移检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种零长弹簧零位漂移检测装置，包括聚氨酯保温层、外均温罩、内均温罩、杜瓦瓶、弹簧支架组件、测距仪安装面板组件、测距仪、砝码挂柱组件、内均温罩底座、外均温罩底座和调平支腿。本发明通过使用高精度激光测距仪器，实现对相对重力仪核心部件零长弹簧零位漂移的直接、快速、精准测量。本发明设计的测试结构可以对温度进行补偿，消除测试结构由于温度变化产生的不利影响。本发明设计的结构在工艺实现上比较简单，十分适于相对重力仪用零长弹簧的筛选。

Description

一种零长弹簧零位漂移检测装置

技术领域

本发明涉及地学仪器核心部件的性能检测技术领域，尤其是一种零长弹簧零位漂移检测装置。

背景技术

相对重力仪是进行重力测量的主要仪器，零长弹簧是高精度相对重力仪中的核心部件，其性能直接影响相对重力仪的精度及性能。

零长弹簧技术提高了重力仪抗水平扰动能力以及机械探头的灵敏度，同时减小了探头的结构尺寸，是重力仪能够快速、经济地获得高精度、大面积、高分辨率地球重力场数据的基础和前提，其零漂较小、能达到的精度更高。

现在的相对重力仪大部分使用静力法的零长弹簧摆式重力仪来测量重力的变化量，中国科学院测量与地球物理研究所研制的CHZ型海空重力仪及中国地震局地震研究所研制的DZW型相对重力仪、中国船舶重工集团公司第七0七研究所研制的海洋重力仪，均采用此种方式。其原理是利用摆在不同重力场的作用下零长弹簧会伸缩产生的用来平滑重力的变化量，依靠这个弹簧的伸缩量来确定重力的变化量。相对重力仪测量精度很高，用于流动测量的流动相对重力仪精度可达十几甚至几微伽(1微伽＝10-6伽，1伽＝1cm/S-2)，而用于固定台站观测的静止相对重力仪精度更可达1微伽。但零长弹簧摆式相对重力仪普遍有着诸如长期零漂、温漂等问题。受零长弹簧自身形变的影响，所有弹簧摆式相对重力仪观测得到的数据都会有零漂，这会极大地影响数据的可靠性。

零长弹簧是重力敏感器的核心部件，它能将微小的重力变化量转变成弹簧的伸长量变化，从而实现对重力变化量的精确测量。零长弹簧由恒弹合金3J53制成，由于弹簧簧丝金属材料的特性，零长弹簧在长期恒应力作用下会发生缓慢而持续的蠕变现象，将此蠕变现象给仪器精度带来的影响称之为零位漂移。零漂是考核弹簧综合性能的核心指标之一，重力敏感器要求弹簧的零漂小且随时间呈线性变化。

为了满足弹簧零漂指标要求，一方面对弹簧加工精度提出非常苛刻的要求，并采取专门的老化、时效处理工艺，对弹簧自身的多个单项指标进行筛选；另一方面需要建立精确的测试和评价体系，直接对零漂指标进行单独测试，进一步优选。这不但可以直接获得弹簧零漂变化规律，掌握目前弹簧的技术状态，而且可以逐步建立零漂变化规律的数学模型，来预判弹簧零漂变化趋势和范围，进而大幅度提高弹簧的筛选效率，提升弹簧研制的整体技术水平。

由于零长弹簧的应用范围很窄，基本只有部分相对重力仪及隔震平台才会使用，国内外并没有投入大批量生产。特别是国内，仅中国科学院测量与地球物理研究所、中国地震局、中国船舶重工集团公司第七0七研究所少数几家具备零长弹簧制备能力，并且制作的零长弹簧均用于自行研制的相对重力仪，没有对外销售，导致对制造出的零长弹簧缺乏通用的检测手段。加之零长弹簧有着长期蠕变非常小，蠕变会随时间的增加而减小、对温度等环境有着非常高的要求等特性，使零长弹簧的检测有着非常重要的意义。

在发明专利《一种电容传感探头和精密弹簧测漂仪》专利号：CN104535625B 中，发明了一种精密弹簧测漂仪，该测漂仪应用电容传感测头，可实现对成品精密弹簧、精密金属丝等特殊器件在近似工作状态下的温漂和时漂的精确测定。

在实用新型专利《一种高精度零长弹簧温漂及长期蠕变的检测装置》专利号：CN205103422U，公开了一种适用于零长弹簧的温漂及长期蠕变进行检测的装置，该装置也是通过电容传感测头，配合调节机构和恒温措施，实现了对零长弹簧温漂和长期蠕变的精确检测。

上述专利中均采用电容传感测头实现对零长弹簧温漂、时漂、长期蠕变的精确测量。但电容传感测量对测量环境的要求很高，且测量存在输出有非线性，寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，给实际使用带来了困难和不便。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种区别于电容传感测量原理的零长弹簧零位漂移检测装置，该装置利用高精度激光测距仪和结构设计，克服了现有测试结构和方法的不足之处，提供一种能够快速、准确、便捷的弹簧零位漂移检测装置。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

一种零长弹簧零位漂移检测装置，其特征在于：包括聚氨酯保温层、外均温罩、内均温罩、杜瓦瓶、弹簧支架组件、测距仪安装面板组件、测距仪、砝码挂柱组件、内均温罩底座、外均温罩底座和调平支腿，调平支腿安装在外均温罩底座的下部，外均温罩底座的上部连接内均温罩底座，内均温罩底座上表面安装弹簧支架组件，该弹簧支架组件上安装测距仪安装面板组件，该测距仪安装面板组件连接测距仪，弹簧支架组件的下部设置用于连接弹簧的砝码挂柱组件；

内均温罩安装在内均温罩底座上，内均温罩位于弹簧支架组件、测距仪安装面板组件、测距仪以及砝码挂柱组件的外侧；内均温罩和内均温罩底座之间形成一个用于充氮气的密闭空间；杜瓦瓶安装在内均温罩底座上，且杜瓦瓶位于内均温罩的外侧；外均温罩安装在外均温罩底座上，且外均温罩位于杜瓦瓶的外侧；在内均温罩和外均温罩的外侧面均布置加热带；聚氨酯保温罩安装在外均温罩底座上，且聚氨酯保温罩位于外均温罩及外均温罩底座的外侧。

而且，所述的弹簧支架组件采用对温度变化不敏感的零膨胀材料加工制成。

而且，所述的弹簧支架组件的左右两侧各设置一个测距仪。

而且，所述的测距仪为高精度激光测距仪。

而且，砝码挂柱组件为两个，其分别对称安装在弹簧支架组件的左右两侧。

而且，所述的内均温罩上设计有专门充放气用气嘴，该气嘴与内均温罩和内均温罩底座之间形成的密闭空间相连通。

而且，所述的内均温罩和内均温罩底座之间的密闭空间内部充1个标准大气压氦气。

而且，所述的内均温罩底座和外均温罩底座上也缠裹加热带。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明的测试结构由于弹簧支架采用零膨胀材料制成，彻底排除了支架对零长弹簧零漂误差因素。

2、本发明采用的高精度激光测距仪器可以对弹簧零位漂移进行直接测量，省去电容式测量的中间换算环节，可以实现直观检测，降低了对测试环境的要求，工艺实现上较电容式测量方式简单。

3、本发明在内均温罩和内均温罩底座组成的封闭空间内部充1个标准大气压氦气，在内外均温罩、内外均温罩底座上均缠裹加热带，可以将整个测试主体结构置于一个更加稳恒的温度场内，进一步减小由于内部温度梯度对测试精度产生的不利影响。

附图说明

图1是本发明提供的零长弹簧零漂测试装置结构示意图；

图2是本发明提供的弹簧支架组件图；

图3是密闭充氦气空腔示意图；

图中标记：

1为聚氨酯保温罩；2为外均温罩；3为杜瓦瓶；4为弹簧；5为砝码挂柱组件；6为内均温罩底座；7为弹簧支架组件；8为测距仪安装面板组件；9为测距仪；10为内均温罩；11为外均温罩底座；12为调平支腿；13为内均温罩与内均温罩底座封闭形成的充氦气的密闭空间。

具体实施方式

下面结合附图详细叙述本发明的实施例，需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种零长弹簧零位漂移检测装置，包括聚氨酯保温层1、外均温罩2、内均温罩10、杜瓦瓶3、弹簧支架组件7、测距仪安装面板组件8、测距仪9、砝码挂柱组件5、内均温罩底座6、外均温罩底座11和调平支腿12。调平支腿为多个，其通过螺纹均布安装在外均温罩底座的下部，外均温罩底座的上部通过螺钉连接内均温罩底座，内均温罩底座上表面安装弹簧支架组件。

该弹簧支架组件的立柱上安装测距仪安装面板组件，该测距仪安装面板组件通过螺钉连接测距仪，弹簧支架组件的下部设置用于连接弹簧的砝码挂柱组件；弹簧4的两端通过工艺螺钉分别与弹簧支架组件和砝码挂柱组件连接。在本实施例中，弹簧支架组件采用对温度变化不敏感的零膨胀材料加工制成。弹簧支架组件的左右两侧各通过测距仪安装面板组件连接设置一个测距仪，该两个测距仪均为高精度激光测距仪。砝码挂柱组件包括砝码挂柱和反光板，砝码挂柱组件也为两个，其分别对称安装在弹簧支架组件的左右两侧。

内均温罩通过胶接安装在内均温罩底座上，内均温罩位于弹簧支架组件、测距仪安装面板组件、测距仪以及砝码挂柱组件的外侧。内均温罩和内均温罩底座之间形成一个密闭空间13，该密闭空间内部充1个标准大气压氦气。内均温罩上设计有专门充放气用气嘴，该气嘴与内均温罩和内均温罩底座之间形成的密闭空间相连通。杜瓦瓶通过胶接安装在内均温罩底座上，且杜瓦瓶位于内均温罩的外侧。本实施例中杜瓦瓶的瓶口朝下放置，但不仅局限于朝下放置，也可结构上改动为瓶口朝上放置。外均温罩通过胶接安装在外均温罩底座上，且外均温罩位于杜瓦瓶的外侧；在内均温罩和外均温罩的外侧面均布置加热带，在内均温罩底座和外均温罩底座上也缠绕加热带，其目的是使弹簧测试结构处于一个相对稳恒的温度场内，减小由于温度波动对测试结果产生的不利影响。聚氨酯保温罩通过螺钉安装在外均温罩底座上，且聚氨酯保温罩位于外均温罩及外均温罩底座的外侧。

本发明装置中的激光测距仪通过螺钉与测距仪安装面板组件连接，并将此组件与弹簧支架进行连接，通过工艺安装螺钉将弹簧两端分别与弹簧支架、砝码挂柱组件连接，此种安装方式消除了测试系统本体结构受温度影响产生的漂移。

在内均温罩底座与内均温罩之间形成的空腔内充氦气，内外均温罩外侧面均布置加热带进行温度控制，温控精度可达到千分之一度。

基于以上两个因素，使得零长弹簧零位漂移测试分辨率优于1nm。

使用本检测装置进行检测的方法为：

本装置是以外均温罩底座为基准，将调平支腿安装在其下侧，将内均温罩底座安装在其上侧。将激光测距仪安装在测距仪安装面板组件上，测距仪安装面板组件固连在弹簧支架组件的立柱上。将砝码挂柱及反光板安装在弹簧下端，将其另一端固连在弹簧支架组件上。将弹簧支架组件安装在内均温罩底座上，并在外面依次罩上内均温罩、杜瓦瓶、外均温罩、聚氨酯保温层。

当零长弹簧有一微小位移，激光测距仪按检测装置设定采样频率将检测零长弹簧位移变化传输至外部计算机中，计算机还会同步采集此时零长弹簧附近温度情况，经过一段时间后，可以对测试数据进行分析，剔除温度波动影响后的数据，就得到了这段时间零长弹簧零漂变化量。

Claims (8)

1.一种零长弹簧零位漂移检测装置，其特征在于：包括聚氨酯保温层、外均温罩、内均温罩、杜瓦瓶、弹簧支架组件、测距仪安装面板组件、测距仪、砝码挂柱组件、内均温罩底座、外均温罩底座和调平支腿，调平支腿安装在外均温罩底座的下部，外均温罩底座的上部连接内均温罩底座，内均温罩底座上表面安装弹簧支架组件，该弹簧支架组件上安装测距仪安装面板组件，该测距仪安装面板组件连接测距仪，弹簧支架组件的下部设置用于连接弹簧的砝码挂柱组件；

内均温罩安装在内均温罩底座上，内均温罩位于弹簧支架组件、测距仪安装面板组件、测距仪以及砝码挂柱组件的外侧；内均温罩和内均温罩底座之间形成一个用于充氮气的密闭空间；杜瓦瓶安装在内均温罩底座上，且杜瓦瓶位于内均温罩的外侧；外均温罩安装在外均温罩底座上，且外均温罩位于杜瓦瓶的外侧；在内均温罩和外均温罩的外侧面均布置加热带；聚氨酯保温罩安装在外均温罩底座上，且聚氨酯保温罩位于外均温罩及外均温罩底座的外侧。

2.根据权利要求1所述的一种零长弹簧零位漂移检测装置，其特征在于：所述的弹簧支架组件采用对温度变化不敏感的零膨胀材料加工制成。

3.根据权利要求1所述的一种零长弹簧零位漂移检测装置，其特征在于：所述的弹簧支架组件的左右两侧各设置一个测距仪。

4.根据权利要求1或3所述的一种零长弹簧零位漂移检测装置，其特征在于：所述的测距仪为高精度激光测距仪。

5.根据权利要求1所述的一种零长弹簧零位漂移检测装置，其特征在于：所述的砝码挂柱组件为两个，其分别对称安装在弹簧支架组件的左右两侧。

6.根据权利要求1所述的一种零长弹簧零位漂移检测装置，其特征在于：所述的内均温罩上设计有专门充放气用气嘴，该气嘴与内均温罩和内均温罩底座之间形成的密闭空间相连通。

7.根据权利要求1所述的一种零长弹簧零位漂移检测装置，其特征在于：所述的内均温罩和内均温罩底座之间的密闭空间内部充1个标准大气压氦气。

8.根据权利要求1所述的一种零长弹簧零位漂移检测装置，其特征在于：所述的内均温罩底座和外均温罩底座上也缠裹加热带。