CN113137943A - 一种位移传感器标定装置及其测定方法 - Google Patents

Abstract

一种位移传感器标定装置及其测定方法，该标定装置包括底座，底座上设有用于支撑千分尺的千分尺支架和用于支撑高精度位移传感器的传感器支架，所述千分尺支架和所述传感器支架的底部都设有滑槽，能够水平滑动，并可通过锁紧螺栓能够定位在底座上；千分尺平行于底座且垂直的设于千分尺支架的立板上；高精度位移传感器平行于底座且垂直的设于传感器支架的立板上；千分尺支架的立板顶部和传感器支架的立板顶部均设有锁紧螺栓用于定位千分尺和高精度位移传感器；高精度位移传感器连接动态数据采集仪，动态数据采集仪连接电脑；连接完成进行电桥平衡，电桥平衡后标定高精度位移传感器。

Description

一种位移传感器标定装置及其测定方法

技术领域

本发明属于检测器材领域，具体涉及一种试验用高精度位移传感器标定装置及其测定方法。

背景技术

土木工程专业试验中，大多数试验属于破坏性试验，破坏没有预兆，若采用百分表等传统位移测量仪器，试验人员靠近试件读取数据较为危险，且测量数据点不够连续，无法直观反映试验全过程。因此，随着测试技术的发展，位移计等高精度传感器现已广泛应用于土木工程试验中。

在土木工程专业中，高精度位移传感器主要是用于测量建筑结构构件的变形和位移量。高精度位移传感器在使用前要对精准度进行标定。而当前试验用高精度位移传感器的精准度标定需要到专业机构进行标定，路途遥远且耗费大量时间，标定成本较高，造成试验效率降低。

发明内容

发明目的

本发明提出一种试验用高精度位移传感器标定装置及其测定方法，目的在于缩短标定时长、降低标定成本，提高工作效率。

技术方案

一种位移传感器标定装置，该标定装置包括底座，底座上设有用于支撑千分尺的千分尺支架和用于支撑高精度位移传感器的传感器支架，所述千分尺支架和所述传感器支架的底部都设有滑槽，用于在底座上水平滑动，并可通过螺栓定位在底座上；

千分尺平行于底座且垂直的设于千分尺支架的立板上；

高精度位移传感器平行于底座且垂直的设于传感器支架的立板上；

所述千分尺支架的立板顶部和传感器支架的立板顶部均设有锁紧螺栓用于定位千分尺和高精度位移传感器；

优选的，本发明使用的千分尺是从机械式外径千分尺上拆卸下来安装在千分尺支架上，并用螺栓连接件进行固定。采用千分尺的精度为0.001mm，也可采用精度等级更高的千分尺。

底座与千分尺支架和传感器支架用螺栓进行机械连接，且千分尺支架和传感器支架的底部都设有滑槽可以在底座上自由移动以调整距离，二者之间的距离可以根据所选定的量程范围来确定；并且千分尺支架和传感器支架的底部设置，能够有效支撑千分尺和高精度位移传感器。

所述高精度位移传感器连接动态数据采集仪，动态数据采集仪连接电脑；连接完成进行电桥平衡，电桥平衡后标定高精度位移传感器。

所述千分尺支架与千分尺的连接处设有圆孔，通过该圆孔能够伸入千分尺的螺杆；

所述传感器支架与高精度位移传感器的连接处设有圆孔，通过该圆孔能够伸入高精度位移传感器。

优选的，圆孔直径为8.0mm。

所述标定过程为：将高精度位移传感器固定在传感器支架的立板上，根据该标定装置上千分尺的量程来确定所要标定的高精度位移传感器的起、止距离，并将高精度位移传感器设于起始位置，再匀速缓慢沿逆时针旋转千分尺的1圈，即1mm，重复上述操作N次，动态数据采集仪得到标定曲线，由标定曲线得到y_imc，然后在Excel软件中以y_imc为横坐标，高精度位移传感器的实际位移为纵坐标拟合出一条直线，此直线的斜率为Y₁。

所述校核过程为：将高精度位移传感器固定在传感器支架上，高精度位移传感器的初始值为标定过程的末端数值，匀速缓慢沿顺时针旋转千分尺1圈，即1mm，重复上述操作N次，动态数据采集仪得到校核曲线，由校核曲线得到y_imc’，如上述在Excel中拟合出一条直线，此直线的斜率即为Y₂。

该位移传感器标定装置在标定时需要结合动态数据采集仪共同工作，首先，将动态数据采集仪与电脑连接，再将高精度位移传感器与动态数据采集仪连接，连接完成打开动态数据采集仪，在“Y因子基础设置和放大器设置”一栏中填写位移传感器的相关系数，其相关系数为“1”，进行电桥平衡，电桥平衡后即可标定位移传感器。

此测定过程运用测定方程为:

其中：Y为测定得出的高精度位移传感器的Y因子，Y₁为标定得到的Y因子，Y₂为校核得到的Y因子。

将电脑、动态数据采集仪以及高精度位移传感器连接好，首先将高精度位移传感器穿入传感器支架上的圆孔，高精度位移传感器的顶杆紧顶千分尺的螺杆末端，旋紧螺栓将高精度位移传感器固定。然后根据千分尺的量程来确定所要标定的高精度位移传感器的起、止位置和距离，将高精度位移传感器置于起始位置处；打开动态数据采集仪输入相关参数，进行电桥平衡，然后点击开始测量。匀速缓慢沿逆时针旋转千分尺螺母1圈为1mm，保持大约30s。重复上述操作N次，其中N的取值与高精度位移传感器的标定范围相关，标定后所得标定曲线如附图4所示。将线段的两个端点值取平均值，记为y_imc，然后在Excel软件中以y_imc为横坐标，高精度位移传感器上的实际位移为纵坐标，进行描点，拟合出一条直线，得到相关系数。若相关系数为0.9999...，则标定成功，否则需重新标定。拟合出的此直线的斜率即为所求的Y因子，得到的Y因子即为Y₁。

然后对标定得到的Y因子进行校核：将高精度位移传感器固定在传感器支架上，选定与标定过程相同的量程范围；高精度位移传感器的起始值为标定过程的终止值。其次，将电脑、动态数据采集仪以及高精度位移传感器连接好，打开动态数据采集仪在“Y因子基础设置和放大器设置”一栏中输入标定得到的Y₁，进行电桥平衡，然后点击开始测量。匀速缓慢沿顺时针旋转千分尺螺母1圈为1mm，保持大约30s。重复上述操作N次，其中N的取值与高精度位移传感器的校核范围有关，校核后所得校核曲线如附图5所示。取水平段两个端点的平均值y_imc’，同样在Excel中拟合出一条直线，得到一个Y因子,此Y因子即为Y₂。

将所述标定的结果Y₁与校核的结果Y₂取平均值，得到高精度位移传感器的Y因子(Y＝(Y₁+Y₂)/2)。

若标定得到的Y₁与校核得到的Y₂相差不大，按标定方程将Y₁、Y₂取平均值，为最后标定的此高精度位移传感器的Y因子，即Y。若相差较多，则需要重复上述标定及校核两个过程重新进行标定。

本发明公开了一种高精度位移传感器与动态数据采集仪配合使用，将二者连接，动态数据采集仪与电脑连接，形成本申请的标定装置。该标定装置的测定过程分为标定和校核两个过程：其中标定过程首先要固定高精度位移传感器，确定高精度位移传感器的起始点位置，然后逆时针旋转千分尺1圈，即1mm，并重复操作N次，得到标定曲线并计算出y_imc；在Excel软件中以y_imc为横坐标，高精度位移传感器上的实际位移为纵坐标拟合一条直线，斜率为Y₁；校核过程首先要固定高精度位移传感器，初始值为标定过程末端数值；然后顺时针旋转千分尺1圈，即1mm，并重复操作N次，得到校核曲线并计算出y_imc’；然后经拟合一条直线，斜率为Y₂。取Y₁和Y₂的平均值作为高精度位移传感器的Y因子；本发明能够成功降低了高精度位移传感器在标定过程中的耗时和成本的问题。

优点及效果

1.构造简单，造价低；本发明的位移传感器标定装置结构的构造简单，使用时仅需与试验用动态数据采集仪和电脑联合使用，大大降低位移传感器的标定成本。

2.操作方法简单、精准度高；本发明的位移传感器标定装置在标定和测定校核过程中，只需旋转位移传感器标定装置上的千分尺螺母即可得到位移传感器的标定数据和校核测定数据，所得数据需通过数学统计学方法来处理，误差可以精确到小数点后五位，能够满足土木工程专业的各类试验。

附图说明

图1为本发明的位移传感器标定装置的主视结构示意图；

图2为本发明的位移传感器标定装置的俯视结构示意图；

图3为本发明的位移传感器标定装置的立体结构示意图；

图4为本发明的标定曲线；

图5为本发明的校核曲线。

附图标记：

1.千分尺，2.底座，3.千分尺支架，4.传感器支架，5.圆孔，6.螺栓，7.垫圈，8.高精度位移传感器，9.动态数据采集仪，10.电脑。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

实施例

一种位移传感器标定装置，该标定装置包括底座2，底座2上设有用于支撑千分尺1的千分尺支架3和用于支撑高精度位移传感器8的传感器支架4，所述千分尺支架3和所述传感器支架4的底部都设有滑槽，用于在底座2上水平滑动，并可通过锁紧螺栓6定位在底座2；

千分尺1平行于底座2且垂直的设于千分尺支架3的立板上；

高精度位移传感器8平行于底座2且垂直的设于传感器支架4的立板上；

所述千分尺支架的立板顶部和传感器支架的立板顶部均设有锁紧螺栓用于定位千分尺1和高精度位移传感器8；

其中，本发明使用的千分尺是从机械式外径千分尺上拆卸下来安装在千分尺支架3上，并用螺栓连接件进行固定。采用千分尺的精度为0.001mm，也可采用精度等级更高的千分尺。

底座2与千分尺支架3和传感器支架4用螺栓进行机械连接，且千分尺支架3和传感器支架4的底部都设有滑槽可以在底座2上自由移动以调整距离，二者之间的距离可以根据所选定的量程范围来确定；并且千分尺支架3和传感器支架4的底部设置，能够有效支撑千分尺1和高精度位移传感器8。

所述高精度位移传感器8连接动态数据采集仪9，动态数据采集仪9连接电脑10；连接完成进行电桥平衡，电桥平衡后标定高精度位移传感器8。

所述千分尺支架3与千分尺1的连接处设有圆孔，通过该圆孔能够伸入千分尺1的螺杆；

所述传感器支架4与高精度位移传感器8的连接处设有圆孔5，通过该圆孔5能够伸入高精度位移传感器8。

其中，圆孔5直径为8.0mm。

所述标定过程为：将高精度位移传感器8固定在传感器支架4的立板上，根据该标定装置上千分尺1的量程来确定所要标定的高精度位移传感器8的起、止距离，并将高精度位移传感器8设于起始位置，再匀速缓慢沿逆时针旋转千分尺1的1圈，即1mm，重复上述操作N次，动态数据采集仪9得到标定曲线，由标定曲线得到y_imc，然后在Excel软件中以y_imc为横坐标，高精度位移传感器8的实际位移为纵坐标拟合出一条直线，此直线的斜率为Y₁。

所述校核过程为：将高精度位移传感器8固定在传感器支架4上，高精度位移传感器8的初始值为标定过程的末端数值，匀速缓慢沿顺时针旋转千分尺1圈，即1mm，重复上述操作N次，动态数据采集仪9得到校核曲线，由校核曲线得到y_imc’，如上述在Excel中拟合出一条直线，此直线的斜率即为Y₂。

该位移传感器标定装置在标定时需要结合动态数据采集仪9共同工作，首先，将动态数据采集仪9与电脑10连接，再将高精度位移传感器8与动态数据采集仪9连接，连接完成打开动态数据采集仪9，在“Y因子基础设置和放大器设置”一栏中填写位移传感器的相关系数，其相关系数为“1”，进行电桥平衡，电桥平衡后即可标定位移传感器。

此测定过程运用测定方程为:

其中：Y为测定得出的高精度位移传感器的Y因子，Y₁为标定得到的Y因子，Y₂为校核得到的Y因子。

将电脑10、动态数据采集仪9以及高精度位移传感器8连接好，首先将高精度位移传感器8穿入传感器支架4上的圆孔5，高精度位移传感器8的顶杆紧顶千分尺1的螺杆末端，旋紧螺栓将高精度位移传感器8固定。然后根据千分尺1的量程来确定所要标定的高精度位移传感器8的起、止位置和距离，将高精度位移传感器8置于起始位置处；打开动态数据采集仪9输入相关参数，进行电桥平衡，然后点击开始测量。匀速缓慢沿逆时针旋转千分尺螺母1圈为1mm，保持大约30s。重复上述操作N次，其中N的取值与高精度位移传感器8的标定范围相关，标定后所得标定曲线如附图4所示。将线段的两个端点值取平均值，记为y_imc，然后在Excel软件中以y_imc为横坐标，高精度位移传感器8上的实际位移为纵坐标，进行描点，拟合出一条直线，得到相关系数。若相关系数为0.9999...，则标定成功，否则需重新标定。拟合出的此直线的斜率即为所求的Y因子，得到的Y因子即为Y₁。

然后对标定得到的Y因子进行校核：将高精度位移传感器8固定在传感器支架4上，选定与标定过程相同的量程范围；高精度位移传感器8的起始值为标定过程的终止值。其次，将电脑10、动态数据采集仪9以及高精度位移传感器8连接好，打开动态数据采集仪9在“Y因子基础设置和放大器设置”一栏中输入标定得到的Y₁，进行电桥平衡，然后点击开始测量。匀速缓慢沿顺时针旋转千分尺螺母1圈为1mm，保持大约30s。重复上述操作N次，其中N的取值与高精度位移传感器8的校核范围有关，校核后所得校核曲线如附图5所示。取水平段两个端点的平均值y_imc’，同样在Excel中拟合出一条直线，得到一个Y因子,此Y因子即为Y₂。

将所述标定的结果Y₁与校核的结果Y₂取平均值，得到高精度位移传感器8的Y因子(Y＝(Y₁+Y₂)/2)。

若标定得到的Y₁与校核得到的Y₂相差不大，按标定方程将Y₁、Y₂取平均值，为最后标定的此高精度位移传感器8的Y因子，即Y。若相差较多，则需要重复上述标定及校核两个过程重新进行标定。

具体的操作为：将电脑10、动态数据采集仪9以及高精度位移传感器8连接好，把标定所得的高精度位移传感器8的Y因子输入到动态数据采集仪9的基础设置的Y因子一栏中，然后转动千分尺1一圈即高精度位移传感器8移动1mm,观察动态数据采集仪9里输出的值是否与高精度位移传感器8所移动的数值一致，若一致，则说明标定正确。

本发明公开了一种高精度位移传感器8与动态数据采集仪9配合使用，将二者连接，动态数据采集仪9与电脑10连接，形成本申请的标定装置。该标定装置的测定过程分为标定和校核两个过程：其中标定过程首先要固定高精度位移传感器8，确定高精度位移传感器8的起始点位置，然后逆时针旋转千分尺1圈，即1mm，并重复操作N次，得到标定曲线并计算出y_imc；在Excel软件中以y_imc为横坐标，高精度位移传感器8上的实际位移为纵坐标拟合一条直线，斜率为Y₁；校核过程首先要固定高精度位移传感器，初始值为标定过程末端数值；然后顺时针旋转千分尺1圈，即1mm，并重复操作N次，得到校核曲线并计算出y_imc’；然后经拟合一条直线，斜率为Y₂。取Y₁和Y₂的平均值作为高精度位移传感器8的Y因子；本发明能够成功降低了高精度位移传感器8在标定过程中的耗时和成本的问题。

Claims (5)

1.一种位移传感器标定装置，其特征在于：该标定装置包括：底座(2)，底座(2)上设有用于支撑千分尺(1)的千分尺支架(3)和用于支撑高精度位移传感器(8)的传感器支架(4)，所述千分尺支架(3)和所述传感器支架(4)的底部都设有滑槽，用于在底座(2)上水平滑动，并可通过锁紧螺栓(6)定位在底座(2)上；

千分尺(1)平行于底座(2)且垂直的设于千分尺支架(3)的立板上；

高精度位移传感器(8)平行于底座(2)且垂直的设于传感器支架(4)的立板上；

所述千分尺支架的立板顶部和传感器支架的立板顶部均设有锁紧螺栓用于定位千分尺(1)和高精度位移传感器(8)；

所述高精度位移传感器(8)连接动态数据采集仪(9)，动态数据采集仪(9)连接电脑(10)；连接完成进行电桥平衡，电桥平衡后标定高精度位移传感器(8)。

2.一种如权利要求1所述的位移传感器标定装置的测定方法，其特征在于：该方法包括标定过程和校核过程；

所述标定过程为：将高精度位移传感器(8)固定在传感器支架(4)的立板上，根据该标定装置上千分尺(1)的量程来确定所要标定的高精度位移传感器(8)的起、止距离，并将高精度位移传感器(8)设于起始位置，再匀速缓慢沿逆时针旋转千分尺(1)的1圈，重复上述操作，动态数据采集仪(9)得到标定曲线，由标定曲线得到y_imc，然后以y_imc为横坐标，高精度位移传感器(8)的实际位移为纵坐标拟合出一条线，此线的斜率为Y₁。

3.根据权利要求2所述的位移传感器标定装置的测定方法，其特征在于：

所述校核过程为：将高精度位移传感器(8)固定在传感器支架(4)上，高精度位移传感器(8)的初始值为标定过程的末端数值，匀速缓慢沿顺时针旋转千分尺(1)1圈，重复上述操作，动态数据采集仪(9)得到校核曲线，由校核曲线得到y_imc’，如上述拟合出一条线，此线的斜率即为Y₂。

4.根据权利要求3所述的位移传感器标定装置的测定方法，其特征在于：

将所述标定的结果Y₁与校核的结果Y₂取平均值，得到高精度位移传感器(8)的Y因子(Y＝(Y₁+Y₂)/2)。

5.根据权利要求1所述的位移传感器标定装置的测定方法，其特征在于：

所述千分尺支架(3)与千分尺(1)的连接处设有圆孔，通过该圆孔能够伸入千分尺(1)的螺杆；

所述传感器支架(4)与高精度位移传感器(8)的连接处设有圆孔(5)，通过该圆孔(5)能够伸入高精度位移传感器(8)。

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