CN205383983U - 一种位移测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种位移测量装置，包括至少一个压差式静力水准仪，压差式静力水准仪包括安装底座、外壳、腔体以及具有通孔的扩散硅压力传感器；腔体包括与进水口连通的第一开口、通过管道与出水口连通的第二开口以及与通孔连通的第三开口；扩散硅压力传感器的内部通过空心管与外界大气连通，且其通过电缆线与外界设备连接。应用本实用新型的技术方案，具有以下效果：(1)可以根据实际情况进行单点或者多点检测，实用性强；(2)压差式静力水准仪整个设备结构小巧轻便、安装便捷；(3)扩散硅压力传感器、空心管以及电缆线的组合设计，确保感应膜片和扩散硅晶体两端的大气压强平衡以及信号传输的稳定性，测量精度高、响应速度快。

Description

一种位移测量装置

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种位移测量装置。

背景技术

静力水准仪是用于测量基础和建筑物各个测点的相对沉降的通用传感器，广泛应用于路基沉降、桥梁扰度、水电站厂、坝、高层建筑物等各测点不均匀沉降和线性变化的测量。目前市场上的静力水准仪总类繁多，详情如下：

申请号为201410591105.9的专利申请公开了一种视频静力水准仪，包括储液桶、可视的水位刻度和摄像头，水位刻度用于即时体现储液桶内水位的高度，摄像头用于拍摄水位刻度。

申请号为201310061090.0的专利申请公开了一种自整平静力水准仪，仪器由容器、浮子、固定标尺、浮动标尺组成；固定标尺为带有凹槽的矩形平板，表面刻有以毫米为单位，顶部中间有孔，用吊丝固定在容器盖中间。

申请号为201010132836.9的专利申请公开了一种光电式静力水准仪，包括容器和密封壳体，还包括浮子、导向杆、不锈钢丝、线阵点光源、光电耦合器件和控制电路，在容器内设有能够随液面上下浮动的浮子，在容器的底部向上延伸设有导向杆，在浮子的顶部固定连接有不锈钢丝，所述不锈钢丝与导向杆相垂直；在密封壳体内导向杆的两侧对应设置有线阵点光源和光电耦合器件，在密封壳体的上端设置有控制电路，所述控制电路通过信号线分别与线阵点光源和光电耦合器件相连接。

除此之外，还有其他结构的静力水准仪，但普遍采用电感调频原理设计制造，通过测量连通液位的高度变化测量位移变化。现有静力水准仪具有以下缺陷：(1)反应速度慢，主要是由于液位平衡时间长引起；(2)量程小，主要是由于现有设备尺寸较大引起；(3)测量精度差，主要由于测量过程中温度和环境对测量值的影响大，从而导致测量误差大。

综上所述，急需一种结构小巧轻便、安装便捷、测试简单、测量精度高、响应速度快且长期稳定可靠的位移测量装置以解决现有技术中存在的问题。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种结构小巧轻便、安装便捷、测试简单、测量精度高、响应速度快且长期稳定可靠的位移测量装置，具体技术方案如下：

一种位移测量装置，包括至少一个压差式静力水准仪；

所述压差式静力水准仪包括安装底座、固定在所述安装底座上且设有进水口和出水口的外壳、设置在所述外壳内部的腔体以及具有通孔的扩散硅压力传感器；

所述腔体包括通过管道与所述进水口连通的第一开口、通过管道与所述出水口连通的第二开口以及与所述通孔连通的第三开口；

所述扩散硅压力传感器的内部通过空心管与外界大气连通，且其通过电缆线与外界设备连接。

以上技术方案中优选的，所述扩散硅压力传感器包括具有第一端和第二端的壳体以及由第一端至第二端方向依次设置在所述壳体内部的感应膜片、硅油层、扩散硅晶体和信号转换电路，所述通孔设置在所述第一端上；

在垂直于第一端至第二端方向的平面上，所述感应膜片的横截面与所述壳体内腔的横截面相同；

所述空心管的一端连接所述壳体的内部，另一端与大气连通；所述电缆线的一端连接所述信号转换电路，另一端连接外界设备。

以上技术方案中优选的，所述扩散硅压力传感器与所述腔体的连接处设有密封部件。

以上技术方案中优选的，所述安装底座和所述壳体的材质均为不锈钢；所述密封部件为密封垫片或密封圈；所述信号转换电路为4-20mA两线制发送器芯片XTR101；所述电缆线为二芯屏蔽电缆线。

以上技术方案中优选的，还包括两个水箱，所述压差式静力水准仪的数量至少为2个；

第一个所述压差式静力水准仪的进水口通过水管与第一个所述水箱连通；

后一个所述压差式静力水准仪的进水口通过水管与前一个所述压差式静力水准仪的出水口连通；

最后一个所述压差式静力水准仪的出水口通过水管与第二个所述水箱连通。

以上技术方案中优选的，所述外界设备为PLC控制器。

应用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：

(1)本实用新型位移测量装置包括至少一个压差式静力水准仪，可以根据实际情况进行单点或者多点检测，实用性强；压差式静力水准仪包括安装底座、壳体、腔体以及扩散硅压力传感器，腔体具有三个开口，且扩散硅压力传感器与外界设备连接，整个设备结构小巧轻便、安装便捷；扩散硅压力传感器的内部通过空心管与外界大气连通，且其通过电缆线与外界设备连接，通过扩散硅压力传感器将水压变化转换成电信号输出，通过外接设备对输出的电信号进行处理直接获得测点的垂直位移，且空心管能保证扩散硅压力传感器内部与大气相通，保证感应膜片和扩散硅晶体两端的大气压强平衡以及信号传输的稳定性，测量精度高、响应速度快。

(2)本实用新型中扩散硅压力传感器包括外壳、感应膜片、硅油层、扩散硅晶体和信号转换电路，部件精简，且测量精度高；扩散硅压力传感器与所述腔体的连接处设有密封部件，进一步提高测量精度。

(3)本实用新型中所述安装底座和所述壳体的材质均为不锈钢，使用寿命长，确保设备长期稳定可靠；所述密封部件为密封垫片或密封圈，部件容易获得且密封性能好；所述电缆线为二芯屏蔽电缆线，信号传输稳定性好、精准度高。

(4)本发明还两个水箱，压差式静力水准仪的数量至少为两个，且压差式静力水准仪之间采用特定的连接关系，分别将压差式静力水准仪固定至待测点后直接进行测量，操作方便；外界设备采用PLC控制器(还可以选用电脑)，可以自动对电信号转换为测点的垂直位移值，还可以根据实际需求操作员自己编程来实现位移线等附图的绘制，实用性强。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例1的位移测量装置的结构示意图；

图2是图1中压差式静力水准仪的剖视图；

其中，1、压差式静力水准仪，11、安装底座，12、外壳，121、进水口，122、出水口，13、腔体，131、第一开口，132、第二开口，133、第三开口，14、扩散硅压力传感器，141、壳体，142、膜片，143、硅油层，144、扩散硅晶体，145、信号转换电路；

2、电缆线，3、水箱，4、水管；

a、通孔，b、第一端，c、第二端。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

参见图1以及图2，一种位移测量装置，包括四个压差式静力水准仪1和两个水箱3，第一个所述压差式静力水准仪1的进水口121通过水管4与第一个所述水箱3连通；后一个所述压差式静力水准仪1的进水口121通过水管与前一个所述压差式静力水准仪1的出水口122连通；第四个所述压差式静力水准仪1的出水口122通过水管与第二个所述水箱3连通，详见图1。

所述压差式静力水准仪1包括安装底座11(将压差式静力水准仪整体安装至基准点位置或测点位置)、固定在所述安装底座11上且设有进水口121和出水口122的外壳12、设置在所述外壳12内部的腔体13以及具有通孔a的扩散硅压力传感器14，详见图2。

所述腔体13为三通结构，具体包括通过管道与所述进水口121连通的第一开口131、通过管道与所述出水口122连通的第二开口132以及与所述通孔a连通的第三开口133。

所述扩散硅压力传感器14的内部通过空心管与外界大气连通，且还通过电缆线与外界设备连接，详见图2，具体包括具有第一端b和第二端c的壳体141以及由第一端b至第二端c方向依次设置在所述壳体141内部的感应膜片142、硅油层143、扩散硅晶体144和信号转换电路145，所述通孔a设置在所述第一端b上；所述信号转换电路145通过电缆线2与外界设备连接。

在垂直于第一端b至第二端c方向的平面上，所述感应膜片142的横截面与所述壳体141内腔的横截面相同，确保因液位变化而造成的压差全部作用在感应膜片142，实现高精准度检测。

所述扩散硅压力传感器14与所述腔体13的连接处设有密封部件，所述密封部件为密封垫片或密封圈。

所述安装底座11和所述壳体141的材质均为不锈钢。

所述信号转换电路145为4-20mA两线制发送器芯片XTR101(此处还可以根据实际需要设计成信号转换芯片和其他部件的组合设计)，具有高精度和低漂移特点，XTR101是性能很好的两线4-20mA专用仪表电路，电路本身带有调零功能和输出信号调节功能，还有2路1mA的恒流电源，可以单独用任意一路给扩散硅晶体供电。

所述电缆线2为二芯屏蔽电缆线，由内到外依次包括二芯纯铜线芯、镀锡铜网屏蔽层以及塑料绝缘保护层，纯铜线芯和屏蔽层保证信号传输的稳定性；所述空心管为塑料空心管，塑料空心管保证扩散硅压力传感器内部与大气相通，从保证感应膜片和扩散硅晶体两端的大气压强平衡，使得信号传输更为稳定。

所述外界设备为PLC控制器，使用者具有根据实际情况对其进行编程或输入已有程序对收集到的相关数据进行处理。

应用本实用新型的位移测量装置，详情如下：

1、扩散硅压力传感器采用进口扩散硅晶体作为压力敏感元件，受力使感应膜片变形，通过硅油层(具体是填充满硅油)将压力传导至扩散硅晶体，扩散硅晶体输出电压信号，通过信号转换电路将信号转换为通用的电流信号输出，并实现信号放大和调零功能；扩散硅压力传感器测量为表面压力，其内部空腔通过空心管与大气相通，保证感应膜片和扩散硅晶体两端的大气压强平衡。

2、将水管和压差式静力水准仪的腔体内灌满液体，当测点发生垂直位移变化时，压差式静力水准仪的腔体内的液体和水箱内的液位压差立即发生相应变化，液体压力发生变化，扩散硅压力传感器感应压力变化，转换为通用电流信号输出(输出电流信号便于采集)，根据电流信号变化可计算出压力变化和液位差，从而得知测点的位移变化。

3、多个压差式静力水准仪同时使用时，以一个扩散硅压力传感器作为基准点传感器，其他均为测点传感器，将各测点传感器通过水管连通，并连通到水箱和基准点传感器，组成不均匀沉降或非线性变形测试系统，详情如下：

选取三个测点和一个基准点构成试验测试系统，基准点和水箱固定安装在承重墙体，测点为地板任意点，其中基准点作为不动参考点，用来作为测量时温度、大气压强等因素影响的参考点，从而修正环境因素对系统测量的影响。

扩散硅压力传感器将感应到压强变化转换为电流信号输出，外界设备采集电流信号，并通过计算得到位移值(在使用前，可以将公式①和公式②储存在外界设备中)。扩散硅压力传感器的电流信号输出与压强为固定的线性关系，满足公式①：

P＝(F/16)×I—F/4①，其中：P为压强，F为扩散硅压力传感器的设计压强量程，I为电流强度。

压强与液体的高差关系为公式②：

h＝P/(ρ×g)②，其中：h为高度差，ρ为液体的密度，g为9.8m/s²。

外界设备采集到电流值后根据公式①和公式②可自动计算出相应测点的位移值。

应用本不均匀沉降或非线性变形测试系统的原理如下：当测点垂直位移发生变化时，水箱液位与扩散硅压力传感器的高差发生变化，扩散硅压力传感器感应的压强发生变化，外界设备测量的位移值相应的变化。参考点安装在不动点时，相对于初始值，测点的位移值变化与参考点的位移值变化的差值，即为该测点的实际位移变化。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种位移测量装置，其特征在于，包括至少一个压差式静力水准仪(1)；

所述压差式静力水准仪(1)包括安装底座(11)、固定在所述安装底座(11)上且设有进水口(121)和出水口(122)的外壳(12)、设置在所述外壳(12)内部的腔体(13)以及具有通孔(a)的扩散硅压力传感器(14)；

所述腔体(13)包括通过管道与所述进水口(121)连通的第一开口(131)、通过管道与所述出水口(122)连通的第二开口(132)以及与所述通孔(a)连通的第三开口(133)；

所述扩散硅压力传感器(14)的内部通过空心管与外界大气连通，且其通过电缆线(2)与外界设备连接。

2.根据权利要求1所述的位移测量装置，其特征在于，所述扩散硅压力传感器(14)包括具有第一端(b)和第二端(c)的壳体(141)以及由第一端(b)至第二端(c)方向依次设置在所述壳体(141)内部的感应膜片(142)、硅油层(143)、扩散硅晶体(144)和信号转换电路(145)，所述通孔(a)设置在所述第一端(b)上；

在垂直于第一端(b)至第二端(c)方向的平面上，所述感应膜片(142)的横截面与所述壳体(141)内腔的横截面相同；

所述空心管的一端连接所述壳体(141)的内部，另一端与大气连通；所述电缆线(2)的一端连接所述信号转换电路(145)，另一端连接外界设备。

3.根据权利要求2所述的位移测量装置，其特征在于，所述扩散硅压力传感器(14)与所述腔体(13)的连接处设有密封部件。

4.根据权利要求3所述的位移测量装置，其特征在于，所述安装底座(11)和所述壳体(141)的材质均为不锈钢；所述密封部件为密封垫片或密封圈；所述信号转换电路(145)为4-20mA两线制发送器芯片XTR101；所述电缆线(2)为二芯屏蔽电缆线。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的位移测量装置，其特征在于，还包括两个水箱(3)，所述压差式静力水准仪(1)的数量至少为2个；

第一个所述压差式静力水准仪(1)的进水口(121)通过水管与第一个所述水箱(3)连通；

后一个所述压差式静力水准仪(1)的进水口(121)通过水管与前一个所述压差式静力水准仪(1)的出水口(122)连通；

最后一个所述压差式静力水准仪(1)的出水口(122)通过水管与第二个所述水箱(3)连通。

6.根据权利要求5所述的位移测量装置，其特征在于，所述外界设备为PLC控制器。