CN114184128A - 一种滑台式激光位移传感器及包含其的传感器系统 - Google Patents

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鞠晓臣
尹京
苏永华
赵欣欣
郭辉
肖鑫
王丽
李彬洋
向琪芪
陈令康
左照坤
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China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness

Abstract

本发明公开了一种滑台式激光位移传感器及包含其的传感器系统，该滑台式激光位移传感器包括：滑轨底座、滚珠丝杠、滚珠丝杠支撑件和马达，滚珠丝杠支撑件固接在滑轨底座的两侧，滚珠丝杠架设在两滚珠丝杠支撑件之间，滚珠丝杠与滚珠丝杠支撑件转动连接，滚珠丝杠与马达驱动连接，马达与滚珠丝杠支撑件固接，滚珠丝杠上套滑块，滑块上固接激光发射器，激光发射器用于采集与被测物体之间的距离信号。本发明提供的滑台式激光位移传感器具有结构简单、安装方便、可靠性高、测量过程灵活准确的特点。

Description

一种滑台式激光位移传感器及包含其的传感器系统
技术领域
本发明涉及桥梁健康监测技术领域，特别是涉及一种滑台式激光位移传感器及包含其的传感器系统。
背景技术
目前，在桥梁健康监测系统中测量支座位移一般选用拉绳式位移传感器、磁致伸缩式位移传感器以及激光位移传感器；拉绳式位移传感器在测量桥梁的支座位移时，由于长时间高频率的伸缩拉绳致使其内部弹簧变形无法回弹，影响使用效果；磁致伸缩位移传感器在测量桥梁的支座位移时，由于桥梁受不同方向作用力的影响导致杆件变形弯曲；激光位移传感器由于它本身的量程局限性，在桥梁长期监测中量程无法满足需求，而使用大量程的激光位移传感器时往往精度比较差，长期监测的测量数值会产生较大的误差，测量效果不理想。针对现有技术存在的以上问题，亟需设计一种新的位移传感器，以用来弥补现有技术存在的不足。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种滑台式激光位移传感器及包含其的传感器系统，通过设置的可移动的滑台和激光发射器，能够用于监测桥梁支座的移动，具有结构简单、安装方便、可靠性高、测量过程灵活准确的特点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种滑台式激光位移传感器，包括：滑轨底座、滚珠丝杠、滚珠丝杠支撑件和马达；
所述滚珠丝杠支撑件固定连接在所述滑轨底座的两侧，所述滚珠丝杠架设在两所述滚珠丝杠支撑件之间，所述滚珠丝杠与所述滚珠丝杠支撑件转动连接；
所述滚珠丝杠的一端穿过所述滚珠丝杠支撑件与所述马达驱动连接，所述马达与所述滚珠丝杠支撑件固定连接；
所述滚珠丝杠上套设有滑块，所述滑块上固定连接有激光发射器，所述激光发射器用于采集与被测物体之间的距离信号。
可选的，所述滚珠丝杠支撑件上嵌设有轴承，所述滚珠丝杠的两端通过所述轴承与所述滚珠丝杠支撑件转动连接。
可选的，所述激光发射器通过连接片与所述滑块固定连接。
可选的，所述连接片为L型连接片；
所述L型连接片的水平端与所述滑块固定连接，所述L型连接片的竖直端与所述激光发射器固定连接。
可选的，所述L型连接片的水平端与所述滑块之间、所述L型连接片的竖直端与所述激光发射器之间以及所述马达与所述滚珠丝杠支撑件之间均为螺栓连接。
本发明还提供了一种滑台式激光位移传感器系统，所述系统包括：以上任一所述的滑台式激光位移传感器和控制器；
所述滑台式激光位移传感器通过激光发射器线缆及马达线缆分别与所述控制器电性连接；所述控制器用于计算被测物体的位移，并控制所述激光发射器与被测物体之间的距离。
可选的，所述激光发射器采集的距离信号为电压信号；所述电压信号设置有阈值。
可选的，当所述电压信号超过所述阈值时，所述控制器控制所述马达转动，所述马达驱动所述滚珠丝杠转动，所述滚珠丝杠带动所述滑块及激光发射器移动，直至电压信号处于阈值范围内。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的滑台式激光位移传感器，将激光发射器设置在可移动的滑台上，滑台由马达和滚珠丝杠构成，激光发射器可以不受被测物体任何方向作用力的影响，在滑台的带动下平顺移动，并且通过滑块的滑动能够实时掌握激光发射器的位置，避免滑块滑出滑轨的有效范围以外，造成机械碰撞、堵塞及卡顿，使得测量结果更加准确。
本发明提供的滑台式激光位移传感器系统，由激光发射器采集与被测物体之间的光信号，将光信号转化为电压信号，控制器通过电压信号的大小确定被测物体的位移，从而达到对被测物体的位移变化情况进行长期监测的目的；
通过对电压信号的大小设置阈值，在电压信号超过滑台式激光位移传感器的电压阈值时，控制器能够控制滑块的移动，带动激光发射器移动，使电压信号始终处于电压阈值范围内，使得滑台式激光位移传感器可以不受量程增大精度下降的影响，从而保证整个测量过程的精度和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明滑台式激光位移传感器的结构示意图；
图2为本发明滑台式激光位移传感器的侧视图；
图3为本发明滑台式激光位移传感器的激光发射器的接线图；
附图标记说明：1、激光发射器；2、L型连接片；3、第一固定螺栓；4、滑块；5、马达；6、滑轨底座；7、滚珠丝杠支撑件；8、第二固定螺栓；9、轴承；10、滚珠丝杠；11、激光发射器线缆；12、马达线缆；13、第三固定螺栓。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
本发明的目的是为了提供一种滑台式激光位移传感器及包含其的传感器系统，通过设置的可移动的滑台和激光发射器，能够用于监测桥梁支座的移动，具有结构简单、安装方便、可靠性高、测量过程灵活准确的特点。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
本发明提供的滑台式激光位移传感器，如图1至图2所示，滑台式激光位移传感器包括：滑台和激光发射器1，激光发射器1设置在滑台上，滑台用于带动激光发射器1在滑台上移动，滑台包括滑轨底座6、滚珠丝杠10、滚珠丝杠支撑件7、连接片、激光发射器线缆11、马达线缆12和马达5，滚珠丝杠支撑件7固定连接在滑轨底座6的两侧，滚珠丝杠10架设在两滚珠丝杠支撑件7之间，滚珠丝杠10与两滚珠丝杠支撑件7转动连接，滚珠丝杠10的一端穿过滚珠丝杠支撑件7与马达5驱动连接，马达5与滚珠丝杠支撑件7固定连接，马达5与滚珠丝杠支撑件7之间可以通过第三固定螺栓13固定连接，滚珠丝杠10上套设有滑块4，滑块4上固定连接有激光发射器1；激光发射器1用于采集与被测物体之间的距离信号。
滚珠丝杠支撑件7上可以嵌设轴承9，滚珠丝杠10的两端通过轴承9与滚珠丝杠支撑件7转动连接。
激光发射器1通过连接片与滑块4固定连接。连接片可以做成L型连接片2，L型连接片2的水平端与滑块4之间通过第一固定螺栓3固定连接，L型连接片2的竖直端与激光发射器1之间通过第二固定螺栓8固定连接。
如图3所示，滑台式激光位移传感器的激光发射器采用四线制，红色接电源+24VDC，黑色接电源-24VDC，黄色为信号输出正极，绿色为信号输出负极，传感器输出信号为（0-5）V,0V对应激光发射器1测量被测物体的零距离，5V对应激光发射器1测量被测物体的最大距离。
本发明提供的滑台式激光位移传感器工作原理如下：
滑台式激光位移传感器在滑台上设置有激光发射器，通过马达驱动滚珠丝杠转动，由滚珠丝杠带动滑块在水平方向上运动，从而带动位于滑块上的激光发射器移动，可以根据需要改变激光发射器到被测物体之间的距离。
本发明提供的滑台式激光位移传感器，激光发射器可以不受被测物体任何方向作用力的影响，在滑台的带动下平顺移动，并且通过滑块的滑动能够实时掌握激光发射器的位置，避免滑块滑出滑轨的有效范围以外，造成机械碰撞、堵塞及卡顿，使得测量结果更加准确。
实施例2：
本发明提供的滑台式激光位移传感器系统，包括：实施例1的滑台式激光位移传感器和控制器，控制器可以采用PLC控制器或单片机，滑台式激光位移传感器通过激光发射器线缆11及马达线缆12与控制器电性连接，控制器用于计算被测物体的位移，并控制激光发射器1与被测物体之间的距离。激光发射器1采集的距离信号为电压信号，电压信号设置有阈值，阈值为0-5V。当电压信号超过阈值时，控制器控制马达5转动，马达5驱动滚珠丝杠10转动，滚珠丝杠10带动滑块4及激光发射器1移动，直至电压信号处于阈值范围内。
本发明提供的传感器系统工作原理如下：
将滑台式激光位移传感器安装在被测物体的一侧,从激光发射器中发射一束光照射在被测物体上，光束与被测物体的水平方向一致，激光发射器采集与被测物体之间的光信号，将光信号转化为电压信号，控制器通过电压信号的大小确定被测物体的位移，从而达到对被测物体的位移变化情况进行长期监测的目的；滑台式激光位移传感器初始照射被测物体的电压值会被记录，当被测物体移动时，激光发射器探测的电压值增大或减小，当移动的电压值超过电压阈值范围时，滑台式激光位移传感器会将相关指令上传给控制器，控制器发送指令控制马达转动，从而驱动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠的转动使滑块带动激光发射器向前或向后移动，直至电压信号处于电压阈值范围内或者移动到被测物体初始照射时的电压值，此时的激光发射器探测的电压值重新计算并发送给控制器计入移动数值，从而使滑台式激光位移传感器始终处于电压阈值范围内工作，这样保证了激光发射器在有限的量程内测得的被测物体移动的数值有效且稳定。
本发明提供的滑台式激光位移传感器系统，能够达到对被测物体的位移变化情况进行长期监测的目的，通过对电压信号的大小设置阈值，在电压信号超过滑台式激光位移传感器的电压阈值时，控制器能够控制滑块的移动，带动激光发射器移动，使电压信号始终处于电压阈值范围内，使得装置可以不受量程增大精度下降的影响，从而保证整个测量过程的精度和稳定性。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种滑台式激光位移传感器，其特征在于，包括：滑轨底座、滚珠丝杠、滚珠丝杠支撑件和马达；
所述滚珠丝杠支撑件固定连接在所述滑轨底座的两侧，所述滚珠丝杠架设在两所述滚珠丝杠支撑件之间，所述滚珠丝杠与所述滚珠丝杠支撑件转动连接；
所述滚珠丝杠的一端穿过所述滚珠丝杠支撑件与所述马达驱动连接，所述马达与所述滚珠丝杠支撑件固定连接；
所述滚珠丝杠上套设有滑块，所述滑块上固定连接有激光发射器，所述激光发射器用于采集与被测物体之间的距离信号。
2.根据权利要求1所述的滑台式激光位移传感器，其特征在于，所述滚珠丝杠支撑件上嵌设有轴承，所述滚珠丝杠的两端通过所述轴承与所述滚珠丝杠支撑件转动连接。
3.根据权利要求1所述的滑台式激光位移传感器，其特征在于，所述激光发射器通过连接片与所述滑块固定连接。
4.根据权利要求3所述的滑台式激光位移传感器，其特征在于，所述连接片为L型连接片；
所述L型连接片的水平端与所述滑块固定连接，所述L型连接片的竖直端与所述激光发射器固定连接。
5.根据权利要求4所述的滑台式激光位移传感器，其特征在于，所述L型连接片的水平端与所述滑块之间、所述L型连接片的竖直端与所述激光发射器之间以及所述马达与所述滚珠丝杠支撑件之间均为螺栓连接。
6.一种滑台式激光位移传感器系统，其特征在于，所述系统包括：如权利要求1-5任一所述的滑台式激光位移传感器和控制器；
所述滑台式激光位移传感器通过激光发射器线缆及马达线缆分别与所述控制器电性连接；所述控制器用于计算被测物体的位移，并控制所述激光发射器与被测物体之间的距离。
7.根据权利要求6所述的滑台式激光位移传感器系统，其特征在于，所述激光发射器采集的距离信号为电压信号；所述电压信号设置有阈值。
8.根据权利要求7所述的滑台式激光位移传感器系统，其特征在于，当所述电压信号超过所述阈值时，所述控制器控制所述马达转动，所述马达驱动所述滚珠丝杠转动，所述滚珠丝杠带动所述滑块及激光发射器移动，直至电压信号处于阈值范围内。
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