CN116336922A - 一种带方向矢量监测的自触发式大量程位移传感器 - Google Patents

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张建钊
刘建平
李福川
闫红兵
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Abstract

本发明提供一种带方向矢量监测的自触发式大量程位移传感器，包括上盖组件、底座组件、前仓组件、出线口、接线头、后仓组件、自触发式高精度位移传感结构、数据采集电路；前仓组件和后仓组件组成一个球型的旋转体；该旋转体安装于底座组件和上盖组件之间；数据采集电路中包含方向采集装置，采用X、Y、Z三轴加速度计作为方向采集装置，安装于前仓内，与前仓及出线口固定在一起，可实时监测出线口的旋转角度。本发明不仅能测出拉出长度，还能进行拉出角度补偿，使测量结果与实际裂缝宽度一致。

Description

一种带方向矢量监测的自触发式大量程位移传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种自触发拉绳式位移传感器。
背景技术
在地质灾害自动化监测领域，往往需要监测地表或岩体裂缝的位移变化。具体做法是，在裂缝上下各埋设一个基桩，将拉绳式位移传感器的绳头固定在裂缝下部的基桩上，将拉绳式位移传感器的本体固定在裂缝上部的基桩上，通过定时采集传感器的测量数据来监测裂缝的宽度变化。通过触发采集监测两次测量时间间隔内位移突然加速变化，现有的自触发拉绳式位移传感器只能采集到裂缝的变化大小，不能进行裂缝进行方向及角度的监测，若需要对地质灾害进行数据分析，则还需到达裂缝现场进行实地测量。另外，由于现有的位移传感器只能测出拉出长度，且不具拉出角度补偿的措施，导致测量结果与实际裂缝宽度存在差异。
发明内容
本发明提供一种带方向矢量监测的自触发拉绳式位移传感器，不仅能测出拉出长度，还能进行拉出角度补偿，使测量结果与实际裂缝宽度一致。
一种带方向矢量监测的自触发式大量程位移传感器技术方案：包括上盖组件1、底座组件2、前仓组件3、出线口4、接线头5、后仓组件6、自触发式高精度位移传感结构7、数据采集电路8；
前仓组件3和后仓组件6通过紧定螺钉相连，组成一个球型的旋转体；该旋转体安装于底座组件2和上盖组件1之间；当拉线被从出线口4成一定角度拉出时，拉线会对出线口4产生一个朝向拉出倾斜角度方向的作用力，从而带动前仓组件3和后仓组件6组成的球型旋转体在底座组件中发生对应的旋转，从而实现出线口4对拉线角度的跟随；
数据采集电路8中包含方向采集装置，采用X、Y、Z三轴加速度计作为方向采集装置，安装于前仓组件3内，与前仓组件3及出线口4固定在一起，可实时监测出线口的旋转角度。
进一步地，数据采集电路8具有旋转偏移角度感知、数据采集、处理、存储，电源管理，信息发送功能，负责出线口4角度测量、采集自触发式高精度位移传感结构7的电压信号，并通过其自身的A/D转换器将电压信号转换为数字信号，并按标定及角度补偿模型进行运算，输出最终结果，通过无线通讯模块发送测量信息。
进一步地，数据采集电路8包括电源管理模块、A/D模块、加速度计、数据处理模块和SD卡存储模块；电源管理模块用于自触发式高精度位移传感结构7供电和蓄电池的电量管理和太阳能板的充电管理；A/D模块用于将自触发式高精度位移传感结构7的模拟信号转换为数字信号；通信模块用于将采集的信息发送至指定的服务器或接收装置；SD卡存储模块对采集的数据进行存储备份；数据处理模块用于数据处理，按标定及角度补偿模型进行运算，并输出最终结果。
进一步地，加速度计Y轴方向与出线口平行，X轴、Y轴均与出线口垂直；
位移传感器测量公式为：S＝L*cosθy*cosθz
其中，S为传感器的最终测量值，
L为自触发式高精度位移传感结构的拉出长度，
θy为加速度计测得的Y方向角度，
θz为加速度计测得的Z方向角度。
进一步地，前仓组件3和后仓组件6组成的旋转体，内部包含蓄电池组件，外部保留对外接口用于连接太阳板外围组件。
进一步地，底座组件2和上盖组件1采用横向、纵向旋转机构分开固定的旋转方式。
本发明的前仓组件和后仓组件通过紧定螺钉相连，组成一个球型的旋转体。当拉线被从出线口成一定角度拉出时，拉线会对出线口产生一个朝向拉出倾斜角度方向的作用力，从而带动前仓组件和后仓组件组成的球型旋转体在底座组件中发生对应的旋转，从而实现出线口对拉线角度的跟随。
本发明的位移传感器不仅能测出拉出长度，还具备拉出角度补偿的措施，使测量结果与实际裂缝宽度一致。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的位移传感器结构示意图；
图2为本发明一个具体实施例的位移传感器部件分解图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
上盖组件1、底座组件2、前仓组件3、出线口4、接线头5、后仓组件6、自触发式高精度位移传感结构7、数据采集电路8。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1、2所示为本发明的一个具体实施例，提供了一种带方向矢量监测功能的自触发式高精度位移传感器，该位移传感器包括上盖组件1、底座组件2、前仓组件3、出线口4、接线头5、后仓组件6、自触发式高精度位移传感结构7、数据采集电路8。
应用此种配置方式，可实现拉绳拉出偏移角度的测量，通过偏移角度的补偿运算，使得传感器的输出值更接近实际的裂缝宽度。
前仓组件3和后仓组件6通过紧定螺钉相连，组成一个球型的旋转体。该旋转体安装于底座组件2和上盖组件1之间，整体组成拉线方向监测的结构组成。当拉线被从出线口4成一定角度拉出时，拉线会对出线口4产生一个朝向拉出倾斜角度方向的作用力，从而带动前仓组件3和后仓组件6组成的球型旋转体在底座组件中发生对应的旋转，从而实现出线口4对拉线角度的跟随。
自触发式高精度位移传感结构，已广泛应用与行业内，故不作具体描述。
前仓组件3和后仓组件6组成的旋转体，内部包含蓄电池组件，外部保留对外接口用于连接太阳板等外围组件。蓄电池技术和太阳板接口已广泛应用与行业内，故不作具体描述。
数据采集电路8中包含方向采集装置，采用X、Y、Z三轴加速度计作为方向采集装置，安装于前仓组件3内，与前仓组件3及出线口4固定在一起，可实时监测出线口的旋转角度。
数据采集电路8具有旋转偏题角度感知、数据采集、处理、存储，电源管理，信息发送等功能，主要负责出线口角度测量、采集自触发式高精度位移传感结构7的电压信号，并通过其自身的A/D转换器将电压信号转换为数字信号，并按标定及角度补偿模型进行运算，输出最终结果，通过无线通讯模块发送其测量信息。
具体地，在本发明给出的上述实施例中，为了保证此装置的精确度和稳定性，采用底座组件和上盖组件包裹的横向、纵向一体固定方式，使得旋转体可在底座组件中顺滑旋转。此处不做限制，也可采用横向、纵向旋转机构分开固定等其他的旋转方式。
在本发明给出的上述实施例中，底座组件2、上盖组件1、前仓组件(3)、后仓均采用铝合金材料制成，并经过特殊表面处理，保证材料有很强的机械强度和抗腐蚀性。出线口4采用工程塑料制成，降低对拉绳外皮造成的磨损。
在本发明给出的上述实施例中，所述的数据采集电路8具有旋转偏移角度感知、数据采集、处理、存储，电源管理、信息发送等功能，主要负责出线口4角度测量、采集自触发式高精度位移传感结构7的电压信号，并通过其自身的A/D转换器将电压信号转换为数字信号。数据采集电路8包括电源管理模块、A/D模块、加速度计、数据处理模块和SD卡存储模块。电源管理模块负责自触发式高精度位移传感结构7供电和蓄电池的电量管理和太阳能板的充电管理；A/D模块负责将自触发式高精度位移传感结构7的模拟信号转换为数字信号；通信模块负责将采集的信息发送至指定的服务器或接收装置；SD卡存储模块对采集的数据进行存储备份；数据处理模块负责数据处理，按标定及角度补偿模型进行运算，并输出最终结果。
所述的加速度计Y轴方向与出线口平行，X轴、Y轴均与出线口垂直。
所述的位移传感器测量公式：S＝(L*cosθy)*cosθz
其中，S为传感器的最终测量值，单位mm；
L为自触发式高精度位移传感结构的拉出长度，单位mm；
θy为加速度计测得的Y方向角度，单位°(角度)；
θz为加速度计测得的Z方向角度，单位°(角度)；
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (6)

1.一种带方向矢量监测的自触发式大量程位移传感器，其特征在于，包括上盖组件(1)、底座组件(2)、前仓组件(3)、出线口(4)、接线头(5)、后仓组件(6)、自触发式高精度位移传感结构(7)、数据采集电路(8)；
前仓组件(3)和后仓组件(6)通过紧定螺钉相连，组成一个球型的旋转体；该旋转体安装于底座组件(2)和上盖组件(1)之间；当拉线被从出线口(4)成一定角度拉出时，拉线会对出线口(4)产生一个朝向拉出倾斜角度方向的作用力，从而带动前仓组件(3)和后仓组件(6)组成的球型旋转体在底座组件中发生对应的旋转，从而实现出线口(4)对拉线角度的跟随；
数据采集电路(8)中包含方向采集装置，采用X、Y、Z三轴加速度计作为方向采集装置，安装于前仓组件(3)内，与前仓组件(3)及出线口(4)固定在一起，可实时监测出线口的旋转角度。
2.根据权利要求1所述的一种带方向矢量监测的自触发式大量程位移传感器，其特征在于，数据采集电路(8)具有旋转偏移角度感知、数据采集、处理、存储，电源管理，信息发送功能，负责出线口(4)角度测量、采集自触发式高精度位移传感结构(7)的电压信号，并通过其自身的A/D转换器将电压信号转换为数字信号，并按标定及角度补偿模型进行运算，输出最终结果，通过无线通讯模块发送测量信息。
3.根据权利要求2所述的一种带方向矢量监测的自触发式大量程位移传感器，其特征在于，数据采集电路(8)包括电源管理模块、A/D模块、加速度计、数据处理模块和SD卡存储模块；电源管理模块用于自触发式高精度位移传感结构(7)供电和蓄电池的电量管理和太阳能板的充电管理；A/D模块用于将自触发式高精度位移传感结构(7)的模拟信号转换为数字信号；通信模块用于将采集的信息发送至指定的服务器或接收装置；SD卡存储模块对采集的数据进行存储备份；数据处理模块用于数据处理，按标定及角度补偿模型进行运算，并输出最终结果。
4.根据权利要求3所述的一种带方向矢量监测的自触发式大量程位移传感器，其特征在于，加速度计Y轴方向与出线口平行，X轴、Y轴均与出线口垂直；
位移传感器测量公式为：S＝(L*cosθy)*cosθz
其中，S为传感器的最终测量值，
L为自触发式高精度位移传感结构的拉出长度，
θy为加速度计测得的Y方向角度，
θz为加速度计测得的Z方向角度。
5.根据权利要求1所述的一种带方向矢量监测的自触发式大量程位移传感器，其特征在于，前仓组件(3)和后仓组件(6)组成的旋转体，内部包含蓄电池组件，外部保留对外接口用于连接太阳板外围组件。
6.根据权利要求1所述的一种带方向矢量监测的自触发式大量程位移传感器，其特征在于，底座组件(2)和上盖组件(1)采用横向、纵向旋转机构分开固定的旋转方式。
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