CN113624178A - 一种位移计、倾角计校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种位移计、倾角计校准装置及方法，装置包括两个支撑板，两个所述支撑板上分别安装位移计校准机构和倾角计校准机构；所述位移计校准机构包括数显游标卡尺、位移计托架、位移计活动端固定杆、第一驱动单元，所述位移计托架的上方设置位移计活动端固定杆，所述第一驱动单元的输出端连接所述位移计托架，所述数显游标卡尺的游标端与所述位移计托架连接；所述倾角计校准机构包括顶杆位移计固定架、倾角计托板、第二驱动单元，所述第二驱动单元设置于所述支撑板上，所述第二驱动单元的输出端连接所述倾角计托板，用于驱动所述倾角计托板转动，所述顶杆位移计固定架安装顶杆位移计。本发明操作简单，使用方便。

Description

一种位移计、倾角计校准装置及方法

技术领域

本发明涉及工程结构监测领域，具体的说，涉及一种位移计、倾角计校准装置及方法。

背景技术

在工程结构监测领域，在线监测技术逐渐推广应用，通过在工程结构物上安装传感器，采集结构物各项参数，利用移动网络将数据发回控制中心，实现对结构物的远程在线监测。

各类传感器运行一段时间后会出现测值漂移，因此需要校准来确保数据的可靠性，常规的设备校准方式为送至试验室进行室内校准。而硬件一旦安装就位后进行大规模拆卸送室内校准会影响整个监测系统的稳定性同时极为费时费力。因此本发明期望制作一个便携的装置，用于现场校准位移计和倾角计，确保这两类传感器的数据可靠性。目前暂无同类解决方案。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种位移计、倾角计校准装置及方法，用于现场校准结构在线监测中两类常用传感器(位移计和倾角计)，确保已安装传感器所采集数据的可靠性。

本发明的具体技术方案如下：

一种位移计、倾角计校准装置，包括两个支撑板，两个所述支撑板上分别安装位移计校准机构和倾角计校准机构；

所述位移计校准机构包括数显游标卡尺、位移计托架、位移计活动端固定杆、第一驱动单元，所述位移计托架的上方设置位移计活动端固定杆，所述第一驱动单元的输出端连接所述位移计托架，所述数显游标卡尺的游标端与所述位移计托架连接，当所述位移计托架位移时，所述数显游标卡尺的游标端在所述数显游标卡尺的主尺上移动；

所述倾角计校准机构包括顶杆位移计固定架、倾角计托板、第二驱动单元，所述第二驱动单元设置于所述支撑板上，所述第二驱动单元的输出端连接所述倾角计托板，用于驱动所述倾角计托板转动，所述顶杆位移计固定架安装顶杆位移计。

作为优选，所述第一驱动单元包括顶杆电机，所述顶杆电机的输出端连接所述位移计托架，用于驱动所述位移计托架来回移动。

作为优选，所述第二驱动单元包括转动电机、主动轮、传动皮带、从动轮，所述转动电机的输出端连接所述主动轮，所述主动轮通过所述传动皮带连接所述从动轮，所述从动轮连接所述倾角计托板。

作为优选，所述倾角计托板安装在所述顶杆位移计固定架中下部，且与所述顶杆位移计固定架垂直。

作为优选，所述顶杆位移计固定架安装在所述支撑板的上端。

作为优选，所述倾角计托板上同轴设置托板摩擦副。

作为优选，还包括主控机构，所述主控机构包括主机箱，所述主机箱顶面设置两道纵向凹槽，用于安装两个所述支撑板，所述主机箱的外侧分别设置位移计校准显示控制模块和倾角计校准显示控制模块，所述主机箱内设置电源控制模块、RS485信号解析模块、数据采集控制存储模块、电机控制模块，

所述电源控制模块，用于对待校位移计、待校倾角计、第一驱动单元、第二驱动单元、RS485信号解析模块和数据采集控制存储模块的供电；

数据采集控制存储模块：用于数据的采集、存储和传输，数据包括待校位移计的读数、待校倾角计的读数；

RS485信号解析模块，用于对所述数据采集控制存储模块传输过来的信号进行解码和转换，通过连接所述位移计校准显示控制模块和所述倾角计校准显示控制模块分别显示读数；

电机控制模块，信号连接所述第一驱动单元和第二驱动单元，用于控制所述位移计托架和所述倾角计托板的移动。

一种位移计、倾角计校准方法，包括以下步骤：

步骤1：校准位移计：

将待校位移计安装于位移计托架上；

启动数显游标卡尺；

多次移动所述位移计托架，每次移动距离相等，依次读取并记录数显卡尺读数和位移计读数；

以数显卡尺位移值作为标称值，将位移计位移值与所述标称值对比，计算示值误差，完成校准。

步骤2：校准倾角计：

将待校倾角计安装在倾角计托架上；

调整倾角计托架至水平；

控制倾角计托架多次以不同角度旋转，记录每次的待校倾角计和顶杆位移计读数；

计算出倾角计转角变化量和位移计位移变化量；

根据以下公式计算角度变化量：

其中，

Δh为顶杆位移计读数变化量；α为位移计位移量计算所得转角变化量；

以α作为标称值，将待测倾角计读数变化量与标称值α对比计算出示值误差，完成校准。

作为优选，所述步骤1中，通过控制顶杆电机驱动所述位移计托架移动。

作为优选，所述步骤2中，所述顶杆位移计采用所述步骤1校准后的位移计或其他测量精准的位移计。

有益效果在于：

本发明就结构监测中用量较大的两类传感器——位移计和倾角计，提供一种便携的校准装置，能实现传感器的现场校准，具有以下优势：

(1)通过现场对位移计、倾角计进行逐一校准，单点校准完成后立即重装，避免对监测系统的大规模影响；

(2)现场校准的实现，无需对传感器进行运输，避免了传感器受外界振动冲击；

(3)将校准流程从“拆卸-运输-校准-运输-重装”简化为“拆卸-校准-重装”，大大缩短了校准所需时间，同时，单点逐一校准能大大减少监测系统数据空白，确保在该段时间的数据完备性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是一种位移计、倾角计校准装置的主视图。

图2是图1的A-A断面图。

图3是图1的B-B断面图。

图4是图1的C-C断面图。

图5是图1的D-D断面图。

图中：

1.位移计活动端固定杆；2.数显游标卡尺；3.支撑板；4.拉线式位移计活动线；5.拉线式位移计；6.顶杆电机；7.游标端；8.位移计托架；9.支撑板固定扣；10.从动轮；11.传动皮带；12.主动轮；13.转动电机；14.顶杆位移计；15.顶杆位移计固定架；16.顶杆位移计活动杆；17.待校倾角计；18.倾角计托板；19.托板摩擦副。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

现在结合说明书附图对本发明做进一步的说明。

实施例1：

请参考图1一种位移计、倾角计校准装置，包括两个支撑板3，两个所述支撑板3上分别安装位移计校准机构和倾角计校准机构；

所述位移计校准机构包括数显游标卡尺2、位移计托架8、位移计活动端固定杆、第一驱动单元，所述位移计托架8的上方设置位移计活动端固定杆1，所述第一驱动单元的输出端连接所述位移计托架8，所述数显游标卡尺2的游标端7与所述位移计托架8连接，当所述位移计托架8位移时，所述数显游标卡尺2的游标端7在所述数显游标卡尺2的主尺上移动；

其中，所述第一驱动单元包括顶杆电机6，所述顶杆电机6的输出端连接所述位移计托架8，用于驱动所述位移计托架8来回移动。

位移计校准机构主要用于校准位移计，关于位移计的安装，本实施例以拉线式位移计5作为举例说明。当然，本领域技术人员应当清楚，其他位移计也可以用本实施例中的位移校准机构进行校准，如静力水准仪等。拉线式位移计5通过拉线式位移计活动线4与位移计活动端固定杆1连接，配合位移计托架8完成拉线式位移计5的安装。待安装完成后，通过控制顶杆电机6带动位移计托板8移动，每一次移动，待校位移计会产生一个位移读数，记录该读数。同时，由于所述位移计托架8位移时，所述数显游标卡尺2的游标端7在所述数显游标卡尺2的主尺上移动，因此可以通过数显游标卡尺2记录到一个读数，因此，可以通过数显游标卡尺2获得一个实际位移数值，通过该数值来完成待校位移计的校对。

所述倾角计校准机构包括顶杆位移计固定架15、倾角计托板18、第二驱动单元，所述第二驱动单元设置于所述支撑板3上，所述第二驱动单元的输出端连接所述倾角计托板18，用于驱动所述倾角计托板18转动，所述顶杆位移计固定架15安装顶杆位移计14。

其中，所述第二驱动单元包括转动电机13、主动轮12、传动皮带11、从动轮10，所述转动电机13的输出端连接所述主动轮12，所述主动轮12通过所述传动皮带11连接所述从动轮10，所述从动轮10连接所述倾角计托板18。

进一步，所述倾角计托板18安装在所述顶杆位移计固定架15中下部，且与所述顶杆位移计固定架15垂直，所述顶杆位移计固定架15安装在所述支撑板3的上端，所述倾角计托板18上同轴设置托板摩擦副19。

倾角计校准机构用于倾角计的校准。首先需要将待校倾角计17安装在倾角计托板18上，手动调整倾角计托板18对齐水平指示标线，顶杆位移计14通过顶杆位移计固定架15支撑，且顶杆位移计14的顶杆位移计活动杆16应当和倾角计托板18接触，以利于测量倾角计托板18转动过程中的位移变化量。

倾角计校准机构的工作原理主要是：第二驱动单元驱动倾角计托板18转动一定角度，每次转动记录倾角计托板18的转动角度、顶杆位移计14读数和待校倾角计17读数，并根据顶杆位移计14读数和待校倾角计17读数计算出倾角计转角变化量和位移计位移变化量；

代入下式计算角度变化量：

其中，

Δh为顶杆位移计读数变化量；α为位移计位移量计算所得转角变化量；

以α作为标称值，将待测倾角计读数变化量与标称值α对比计算出示值误差，完成校准。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例增加了主控机构，请参考图1和图5所示，所述主控机构包括主机箱20，所述主机箱20顶面设置两道纵向凹槽，用于安装两个所述支撑板3，所述主机箱20的外侧分别设置位移计校准显示控制模块和倾角计校准显示控制模块，所述主机箱20内设置电源控制模块、RS485信号解析模块、数据采集控制存储模块、电机控制模块，

所述电源控制模块，用于对待校位移计、待校倾角计、第一驱动单元、第二驱动单元、RS485信号解析模块和数据采集控制存储模块的供电；

数据采集控制存储模块：用于数据的采集、存储和传输，数据包括待校位移计的读数、待校倾角计的读数；

RS485信号解析模块，用于对所述数据采集控制存储模块传输过来的信号进行解码和转换，通过连接所述位移计校准显示控制模块和所述倾角计校准显示控制模块分别显示读数；

电机控制模块，信号连接所述第一驱动单元和第二驱动单元，用于控制所述位移计托架和所述倾角计托板的移动。

其中，位移计校准显示控制模块和倾角计校准显示控制模块均包括有输入控制按键和显示器。显示器优选为液晶显示屏。

关于各个电子元件，如图1所示，主机箱20上应当设置电源充电接口和数据传输USB接口，数据传输USB接口用于外部采集本发明实施例中位移计、倾角计校准装置的工作数据，电源充电接口用于为电源控制模块充电，电源控制模块优选采用高性能蓄电池，以确保使用时至少达到6小时为宜。

如图2所示，显示了三个按键，分别是用于控制顶杆电机顶升、顶杆电机下降、传感器1(待测位移计)读数。本领域技术人员应当清楚，电机正反转即可实现不同方向的运动控制。

如图2和图4所示，主机箱20上设置位移计接线口、顶杆电机接线口、倾角计接线口、顶杆位移计接线口以及转动电机接线口，这些接线口用于对应接入相对应的设备至主机箱20内，其中，顶杆电机6和转动电机13接入电机控制模块，由电机控制模块通过设置的输入按键控制。而待校位移计、待校倾角计、顶杆位移计分别接入数据采集控制存储模块，用于采集其读数，并可通过显示器显示。

如图4所示，主机箱20上还设置顺时旋转和逆时旋转两个电机控制按钮，用于控制转动电机13的工作，读数按钮用于控制待校倾角计和顶杆位移计的读数，待校倾角计、顶杆位移计的读数显示在如图4中的方框(显示器)中。

在实际产品设备中，为了便于工作人员操作，应当在按键上或者按键边上作出相对应的标识以利于工作人员操控，文字标识可以参考如图1或图2或图4所示。

实施例3：

本发明实施例是一种位移计、倾角计校准方法，包括以下步骤：

步骤1，位移计校准：

①将拆卸下来的位移计安装在位移计托架上(位移计活动端固定在位移计活动端固定杆上)并将托架降至最低位置；

②将顶杆电机安装在电机控制模块上，并调整其顶杆与位移计托架接触；

③将位移计和顶杆电机通过接线口与主机()相连，按动电源开关；

④启动数显游标卡尺读数模块；

⑤按动顶杆电机控制按钮向上移动约1cm后停止，点击主机面板上传感器1读数按钮；

⑥读取数显卡尺读数和位移计读数作为初始值并记录；

⑦依次重复步骤⑤和⑥，分别在移动1cm、2cm、3cm、4cm、5cm、10cm、15cm后记录读数；

⑧计算出每次移动后的位移值，数显卡尺位移值作为标称值，将位移计位移值与之进行对比，计算示值误差完成校准。

步骤2，倾角计校准：

①将拆卸下来的倾角计安装在倾角计托架上；

②手动调整托架对齐水平指示标线；

③安装顶杆位移计并将位移计、倾角计、转动电机通过接线口与主机相连，按动电源开关；

④点击主机面板上的读数按钮读取此时倾角计读数和顶杆位移计读数作为初值；

⑤按动转动电机按钮转动一定角度后，点击主机面板上的读数按钮，根据倾角计读数变化约1°、2°、3°、4°、5°、10°、15°、20°、30°时，记录倾角计读数和顶杆位移计读数；

⑥计算出倾角计转角变化量和位移计位移变化量；

⑦将位移计变化量代入以下公式(该公式根据结构设计的尺寸数值通过几何关系推导所得)计算出角度变化量：

式中：Δh——顶杆位移计读数变化量；

α——位移计位移量计算所得转角变化量。

⑧以α作为标称值，将比倾角计读数变化量与之对比计算出示值误差完成校准。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种位移计、倾角计校准装置，其特征在于，包括两个支撑板，两个所述支撑板上分别安装位移计校准机构和倾角计校准机构；

所述位移计校准机构包括数显游标卡尺、位移计托架、位移计活动端固定杆、第一驱动单元，所述位移计托架的上方设置位移计活动端固定杆，所述第一驱动单元的输出端连接所述位移计托架，所述数显游标卡尺的游标端与所述位移计托架连接，当所述位移计托架位移时，所述数显游标卡尺的游标端在所述数显游标卡尺的主尺上移动；

所述倾角计校准机构包括顶杆位移计固定架、倾角计托板、第二驱动单元，所述第二驱动单元设置于所述支撑板上，所述第二驱动单元的输出端连接所述倾角计托板，用于驱动所述倾角计托板转动，所述顶杆位移计固定架安装顶杆位移计。

2.按照权利要求1所述的位移计、倾角计校准装置，其特征在于，所述第一驱动单元包括顶杆电机，所述顶杆电机的输出端连接所述位移计托架，用于驱动所述位移计托架来回移动。

3.按照权利要求1所述的位移计、倾角计校准装置，其特征在于，所述第二驱动单元包括转动电机、主动轮、传动皮带、从动轮，所述转动电机的输出端连接所述主动轮，所述主动轮通过所述传动皮带连接所述从动轮，所述从动轮连接所述倾角计托板。

4.按照权利要求3所述的位移计、倾角计校准装置，其特征在于，所述倾角计托板安装在所述顶杆位移计固定架中下部，且与所述顶杆位移计固定架垂直。

5.按照权利要求1或2或3所述的位移计、倾角计校准装置，其特征在于，所述顶杆位移计固定架安装在所述支撑板的上端。

6.按照权利要求5所述的位移计、倾角计校准装置，其特征在于，所述倾角计托板上同轴设置托板摩擦副。

7.按照权利要求1所述的位移计、倾角计校准装置，其特征在于，还包括主控机构，所述主控机构包括主机箱，所述主机箱顶面设置两道纵向凹槽，用于安装两个所述支撑板，所述主机箱的外侧分别设置位移计校准显示控制模块和倾角计校准显示控制模块，所述主机箱内设置电源控制模块、RS485信号解析模块、数据采集控制存储模块、电机控制模块，

所述电源控制模块，用于对待校位移计、待校倾角计、第一驱动单元、第二驱动单元、RS485信号解析模块和数据采集控制存储模块的供电；

数据采集控制存储模块：用于数据的采集、存储和传输，数据包括待校位移计的读数、待校倾角计的读数；

RS485信号解析模块，用于对所述数据采集控制存储模块传输过来的信号进行解码和转换，通过连接所述位移计校准显示控制模块和所述倾角计校准显示控制模块分别显示读数；

电机控制模块，信号连接所述第一驱动单元和第二驱动单元，用于控制所述位移计托架和所述倾角计托板的移动。

8.一种位移计、倾角计校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：校准位移计：

将待校位移计安装于位移计托架上；

启动数显游标卡尺；

多次移动所述位移计托架，每次移动距离相等，依次读取并记录数显卡尺读数和位移计读数；

以数显卡尺位移值作为标称值，将位移计位移值与所述标称值对比，计算示值误差，完成校准。

步骤2：校准倾角计：

将待校倾角计安装在倾角计托架上；

调整倾角计托架至水平；

控制倾角计托架多次以不同角度旋转，记录每次的待校倾角计和顶杆位移计读数；

计算出倾角计转角变化量和位移计位移变化量；

根据以下公式计算角度变化量：

其中，

Δh为顶杆位移计读数变化量；α为位移计位移量计算所得转角变化量；

以α作为标称值，将待测倾角计读数变化量与标称值α对比计算出示值误差，完成校准。

9.按照权利要求8所述的一种位移计、倾角计校准方法，其特征在于，所述步骤1中，通过控制顶杆电机驱动所述位移计托架移动。

10.按照权利要求8所述的一种位移计、倾角计校准方法，其特征在于，所述步骤2中，所述顶杆位移计采用所述步骤1校准后的位移计或其他测量精准的位移计。

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