CN111366988A - 一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台 - Google Patents
一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111366988A CN111366988A CN202010291219.7A CN202010291219A CN111366988A CN 111366988 A CN111366988 A CN 111366988A CN 202010291219 A CN202010291219 A CN 202010291219A CN 111366988 A CN111366988 A CN 111366988A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- probe
- strain gauge
- adjusting
- platform
- component type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V13/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices covered by groups G01V1/00 – G01V11/00
Abstract
本发明提供了一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台，用于测试分量式钻孔应变仪分别在各个测量元件方向上的性能参数，包括：液压系统、加载框架、探头三维调节台、激光位移传感器三维调节台，其中液压系统用于向加载框架提供可精确量化控制的载荷，加载框架通过多个弹性部件将载荷转化为位移，探头三维调节台用于固定探头以及调整探头在XZ平面内俯仰角、YZ平面内滚转角、XY平面内偏摆角，激光位移传感器三维调节台用于固定激光位移传感器并调整激光位移传感器和探头在X、Y和Z方向的相对位置。本发明能够在测试时控制分量式钻孔应变仪的探头在空间六个方向的自由度，减小探头姿态对测试结果的影响，可有效提高测试结果的重复性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种位移检测平台，尤其涉及一种地震前兆观测中所使用的分量式钻孔应变仪的整机性能参数(包括灵敏度、线性度和量程)检测平台。
背景技术
分量式钻孔应变仪是一种地震前兆观测仪器，用于记录地层水平应变变化。该仪器的探头部分包括一个不锈钢长圆筒和内部的四个测量元件，该四个测量元件位于垂直于不锈钢长圆筒轴线的平面内，以45度间隔呈米字型分布。每个测量元件的两端与不锈钢长圆筒通过焊接或螺纹紧固的方式连接在一起，当探头发生变形时，测量元件的两端在径向上也发生相应改变，通过测量元件内的电容传感器可记录这一改变。
专利文献1(公开号为CN206523143U、公开日为2017-09-26)公开了一种钻孔应变仪灵敏度测试系统，可以用于测试钻孔应变仪的灵敏度，包括：手动液压泵、激光位移传感器、支架、上压头和下压头，通过手动液压泵使钻孔应变仪探头外筒在径向测量方向集中受力，并使用高精度的激光位移传感器测量探头外筒在受力位置的变形，记录下激光位移传感器和安装在探头内的差动式电容传感器的读数，即可计算出仪器的灵敏度和线性度等参数。该专利的钻孔应变仪灵敏度测试系统不仅能提供较大且稳定的标定力(5000N)，还具有较高的标定精度。
由于分量式钻孔应变仪测量精度极高，测量分辨力在10-10应变量级，在进行分量式钻孔应变仪的测试时，如果探头内部的测量元件与外部的激光位移传感器在测量方向上不能严格保持一致，就会对测试结果(如灵敏度和线性度)产生影响。外部的激光位移传感器在调整好后一般固定不动，探头内部测量元件的测量方向可以通过改变探头的固定姿态(探头在X、Y、Z方向相对激光位移传感器的位置，以及探头的俯仰角、滚转角、偏摆角)来进行调整。每次测试时调整探头至相同的固定姿态，可以大大提高测试结果的重复性(在相同测量条件下，短时间内连续多次测量，所得结果之间的一致性)和稳定性(在相同测量条件下，在规定的较长时间间隔内，所得结果之间的一致性)，然而现有技术中并没有涉及探头固定姿态及姿态调整的相关技术。
发明内容
本发明的目的在于解决上述分量式钻孔应变仪在实验室整机检测时的探头固定问题，提出了一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台，测试结果能够具有较高的重复性和稳定性。
本发明的一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台，用于测试分量式钻孔应变仪在各个测量元件方向上的性能参数，包括：液压系统、加载框架、探头三维调节台和激光位移传感器三维调节台，
所述液压系统用于向所述加载框架提供可精确量化控制的载荷；
所述加载框架用于向所述分量式钻孔应变仪的探头施加载荷，使其产生径向变形；
所述探头三维调节台用于固定所述探头以及调整所述探头在各个方向的姿态；以及
所述激光位移传感器三维调节台用于固定激光位移传感器，并调整所述激光位移传感器和所述探头在X、Y和Z方向的相对位置。
优选地，所述液压系统包括压力校验仪、高压胶管和液压缸。
优选地，所述加载框架包括加载头、上加载器、下加载器、定位活塞、定位缸、外框架、预载荷调节弹簧和刚度调节弹簧。
优选地，所述加载框架包括4对所述定位活塞和所述定位缸，所述定位活塞安装于所述上加载器，所述定位缸安装于所述下加载器，以使所述上加载器和所述下加载器相对的两个加载面保持平行。
优选地，所述刚度调节弹簧安装在所述加载头和所述上加载器之间，用于调节加载框架的等效刚度。
优选地，所述预载荷调节弹簧安装在所述定位活塞和所述定位缸之间，用于调节所述上加载器和所述下加载器之间的预载荷。
优选地，所述探头三维调节台包括分度头、尾架、探头X水平调节台、探头Y水平调节台和探头Z垂直调节台。
优选地，所述探头三维调节台通过调整所述探头在XZ平面内俯仰角、YZ平面内滚转角、XY平面内偏摆角以调整所述探头在各个方向的姿态。
优选地，所述激光位移传感器三维调节台包括激光位移传感器、连接架、传感器X水平调节台、传感器Y水平调节台和传感器Z垂直调节台。
本发明的有益效果是：
根据本发明的结构，能够在测试时控制分量式钻孔应变仪的探头在空间六个方向的自由度，减小探头姿态对测试结果的影响，可有效提高测试结果的重复性和稳定性。
附图说明
图1为本发明的六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台的正面结构示意图。
图2为本发明的六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台的侧面结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，其目的仅在于更好地理解本发明的研究内容而非限制本发明的保护范围。
本发明的一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台，用于测试分量式钻孔应变仪在各个测量元件方向上的性能参数。分量式钻孔应变仪的探头包括不锈钢长圆筒和其内部的四个测量元件。性能参数包括灵敏度、线性度和量程。下文将以灵敏度为例对本发明进行说明。
本发明的整机检测平台包括：液压系统、加载框架、探头三维调节台和激光位移传感器三维调节台。所述液压系统用于向所述加载框架提供可精确量化控制的载荷；所述加载框架用于向所述分量式钻孔应变仪的探头施加载荷，使其产生径向变形；所述探头三维调节台用于固定所述探头以及调整所述探头在各个方向的姿态；以及，所述激光位移传感器三维调节台用于固定激光位移传感器，并调整所述激光位移传感器和所述探头在X、Y和Z方向的相对位置。
图1是本发明的六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台的正面结构示意图。图2为本发明的六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台的侧面结构示意图。下面结合图1～2对本发明的结构进行详细说明。
如图1所示，本发明的整机检测平台的液压系统包括压力校验仪1、高压胶管2和液压缸3。所述加载框架包括加载头6、上加载器7、下加载器9、定位活塞10、定位缸11、外框架5、预载荷调节弹簧12和刚度调节弹簧8。所述探头三维调节台包括分度头18、尾架20、探头X水平调节台15、探头Y水平调节台16和探头Z垂直调节台17。
具体地，压力校验仪1的出油口通过高压胶管2与液压缸3连接，液压缸3内的活塞4能在油压作用下沿液压缸3轴线方向移动。液压缸3固定在外框架5的上顶板上，活塞4向下移动一定距离后可与加载头6接触并施加载荷。
加载头6和上加载器7通过轴和孔滑动配合，在两者之间安装有刚度调节弹簧8，用于调节整个加载框架的等效刚度。所述加载框架的上加载器7和下加载器9之间安装有4对定位活塞10和定位缸11，定位活塞10安装于上加载器7，定位缸11安装于下加载器9，以使上加载器7和下加载器9相对的两个加载面保持平行移动。每1对定位活塞10和定位缸11之间都安装有预载荷调节弹簧12，用于调节上加载器7和下加载器9之间的预载荷。加载框架可以通过前述多个弹性部件将载荷转化为位移。分量式钻孔应变仪的探头13安装在上加载器7和下加载器9之间，在载荷作用下产生径向变形。下加载器9固定在外框架5的下底板上。水平仪14沿探头轴线方向放置在探头13上。
探头三维调节台中，探头X水平调节台15、探头Z垂直调节台16、探头Y水平调节台17和分度头18从下向上依次固定连接为一体。分度头18通过三个卡爪19锁紧探头13的一端，尾架20锁紧探头13的另一端。探头三维调节台通过调整探头13在XZ平面内俯仰角、YZ平面内滚转角、XY平面内偏摆角以调整所述探头在各个方向的姿态。
如图2所示，本发明的整机检测平台的激光位移传感器三维调节台包括激光位移传感器25、连接架24、传感器X水平调节台21、传感器Y水平调节台22和传感器Z垂直调节台23。传感器Y水平调节台21、传感器X水平调节台22、传感器Z垂直调节台23从下向上依次固定连接为一体。连接架24呈Y形，一端固定在传感器Z垂直调节台23上，另一端分别与2个激光位移传感器25连接。2个激光位移传感器25分别位于探头13的上下两侧，与探头13内的测量元件26在竖直方向上保持一致，2个激光位移传感器25的测量端分别对应探头13的上、下待测量表面并保持一定距离。
下面详细介绍本发明的六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台对钻孔应变仪的探头进行灵敏度测试的工作过程。
将钻孔应变仪的探头13安装在整机检测平台的上加载器7和下加载器9之间，并将一端用分度头18的卡爪19固定。通过探头X水平调节台15移动探头13，使待测量的测量元件26在X方向上位于加载框架的中心位置。通过分度头18调节探头13的滚转角，使探头13在YZ平面内旋转，直到测量元件26在YZ平面内位于竖直状态。通过探头Z垂直调节台16调节探头13的俯仰角，使探头13在XZ平面内旋转，直到水平仪14读数为零。通过探头Y水平调节台17调节探头13的偏摆角，使探头13在XY平面内旋转，直到2个塞块27能同时顺利通过探头13与定位缸11在Y方向上的两处间隙。重复上述步骤直到探头13的轴线与X轴平行，并且测量元件26与Z轴平行，然后通过尾架20将探头13另一端锁紧。
调节传感器Z垂直调节台23，使2个激光位移传感器25在Z方向均处于有效的工作范围内。依次调节传感器Y水平调节台21和传感器X水平调节台22，使2个激光位移传感器25的测量光点分别对应测量元件26的两端中心位置。
操作压力校验仪1排出油液，经过高压胶管2和液压缸3，驱动活塞4向下移动进行加载，使探头13在载荷作用下变形。2个激光位移传感器25的读数变化之和即为探头13在测量元件26方向上的径向变形量，同时记录测量元件26的电压或电容读数变化量，径向变形量与电压或电容读数变化量这两者的比值代表分量式钻孔应变仪对于探头13在测量元件26方向上的单位变形的响应程度，即分量式钻孔应变仪在测量元件26方向上的灵敏度。
调节探头X水平调节台15，在X方向移动探头13，将下一个待测量的测量元件移动到加载框架的中心位置，重复上述灵敏度测量步骤，如此可分别测出分量式钻孔应变仪在全部四个测量元件方向上的灵敏度。
根据本发明的上述结构，能够在测试时控制分量式钻孔应变仪的探头在空间六个方向的自由度，减小探头固定姿态对测试结果的影响，可有效提高测试结果的重复性和稳定性。
显然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (9)
1.一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台，用于测试分量式钻孔应变仪在各个测量元件方向上的性能参数，其特征在于，包括：液压系统、加载框架、探头三维调节台和激光位移传感器三维调节台，
所述液压系统用于向所述加载框架提供可精确量化控制的载荷；
所述加载框架用于向所述分量式钻孔应变仪的探头施加载荷，使其产生径向变形；
所述探头三维调节台用于固定所述探头以及调整所述探头在各个方向的姿态；以及
所述激光位移传感器三维调节台用于固定激光位移传感器，并调整所述激光位移传感器和所述探头在X、Y和Z方向的相对位置。
2.根据权利要求1所述的一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台，其特征在于，所述液压系统包括压力校验仪、高压胶管和液压缸。
3.根据权利要求1所述的一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台，其特征在于，所述加载框架包括加载头、上加载器、下加载器、定位活塞、定位缸、外框架、预载荷调节弹簧和刚度调节弹簧。
4.根据权利要求3所述的一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台，其特征在于，所述加载框架包括4对所述定位活塞和所述定位缸，所述定位活塞安装于所述上加载器，所述定位缸安装于所述下加载器，以使所述上加载器和所述下加载器相对的两个加载面保持平行。
5.根据权利要求3所述的一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台，其特征在于，所述刚度调节弹簧安装在所述加载头和所述上加载器之间，用于调节加载框架的等效刚度。
6.根据权利要求3所述的一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台，其特征在于，所述预载荷调节弹簧安装在所述定位活塞和所述定位缸之间，用于调节所述上加载器和所述下加载器之间的预载荷。
7.根据权利要求1所述的一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台，其特征在于，所述探头三维调节台包括分度头、尾架、探头X水平调节台、探头Y水平调节台和探头Z垂直调节台。
8.根据权利要求7所述的一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台，其特征在于，所述探头三维调节台通过调整所述探头在XZ平面内俯仰角、YZ平面内滚转角、XY平面内偏摆角以调整所述探头在各个方向的姿态。
9.根据权利要求1所述的一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台，其特征在于，所述激光位移传感器三维调节台包括激光位移传感器、连接架、传感器X水平调节台、传感器Y水平调节台和传感器Z垂直调节台。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010291219.7A CN111366988A (zh) | 2020-04-14 | 2020-04-14 | 一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010291219.7A CN111366988A (zh) | 2020-04-14 | 2020-04-14 | 一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111366988A true CN111366988A (zh) | 2020-07-03 |
Family
ID=71205260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010291219.7A Pending CN111366988A (zh) | 2020-04-14 | 2020-04-14 | 一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111366988A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111812706A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-10-23 | 中国地震局地壳应力研究所 | 用于测量地震应变波的分量式钻孔应变仪及其测量方法 |
| CN114485380A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-05-13 | 应急管理部国家自然灾害防治研究院 | 一种分量式钻孔应变仪室内模拟自检装置 |
| CN114593665A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-06-07 | 应急管理部国家自然灾害防治研究院 | 一种垂向钻孔应变仪室内整机标定装置 |
-
2020
- 2020-04-14 CN CN202010291219.7A patent/CN111366988A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111812706A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-10-23 | 中国地震局地壳应力研究所 | 用于测量地震应变波的分量式钻孔应变仪及其测量方法 |
| CN114593665A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-06-07 | 应急管理部国家自然灾害防治研究院 | 一种垂向钻孔应变仪室内整机标定装置 |
| CN114593665B (zh) * | 2022-02-22 | 2023-06-16 | 应急管理部国家自然灾害防治研究院 | 一种垂向钻孔应变仪室内整机标定装置 |
| CN114485380A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-05-13 | 应急管理部国家自然灾害防治研究院 | 一种分量式钻孔应变仪室内模拟自检装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111366988A (zh) | 一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台 | |
| CN103389183B (zh) | 基于球面气浮轴承的航天器质量特性综合测试台 | |
| CN109141905B (zh) | 一种六分力试车台及其测量矢量推力的方法 | |
| CN100549649C (zh) | 一种用于六维力传感器标定装置的标定方法 | |
| CN109115510B (zh) | 一种六分力试验台及其误差的确定方法 | |
| Hird et al. | The use of proximity transducers for local strain measurements in triaxial tests | |
| CN105588718A (zh) | 机床主轴综合性能检测/监测试验系统及方法 | |
| CN107238457A (zh) | 一种小推力测量装置 | |
| CN110906861B (zh) | 一种导轨运动滚转角误差实时测量装置及方法 | |
| CN109084982A (zh) | 一种大推力火箭发动机三向力测量装置及测量方法 | |
| CN109556821B (zh) | 一种测量天平校心与风洞试验模型相对位置的装置 | |
| CN105784266B (zh) | 对接机构试验系统六分量力在线校准方法 | |
| CN205426517U (zh) | 机床主轴综合性能检测/监测试验系统 | |
| CN110726636B (zh) | 用于双轴拉伸试验机的四轴对中调整系统及方法 | |
| CN209910944U (zh) | 一种风洞天平测力试验准备装置 | |
| CN101813499B (zh) | 一种三维微触觉传感器的校准方法与装置 | |
| CN106404400A (zh) | 一种整体式高刚度气体推力轴承动态性能测试实验台 | |
| CN114166461A (zh) | 一种风洞天平非复位体轴系校准装置 | |
| CN109115513B (zh) | 一种六分力试车台动架固有频率的确定方法 | |
| CN110514523A (zh) | 一种应力加载组合装置 | |
| CN211669390U (zh) | 一种六自由度控制的分量式钻孔应变仪整机检测平台 | |
| CN103075951B (zh) | 一种基于电容传感器阵列的三维微接触式测头 | |
| CN106989723B (zh) | 超高精度倾斜测试平台 | |
| CN114593665B (zh) | 一种垂向钻孔应变仪室内整机标定装置 | |
| CN110967265A (zh) | 一种耦合动-静态加载试验系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100085, Anning Road, Haidian District, Beijing, 1, Xisanqi Applicant after: National natural disaster prevention and Control Research Institute, Ministry of emergency management Address before: 100085, Anning Road, Haidian District, Beijing, 1, Xisanqi Applicant before: THE INSTITUTE OF CRUSTAL DYNAMICS, CHINA EARTHQUAKE ADMINISTRATION |