CN208902073U - 引张线仪自动化标定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种引张线仪自动化标定装置，包括中央控制单元、伺服电机传动模块、光栅测量模块、与中央控制单元连接的上位机、用于固定引张线仪的引张线仪标定台，引张线仪与上位机通信连接。中央控制单元在PC端上位机的控制下发送指令，使伺服电机传动模块带动待测引张线仪产生位移，光栅测量模块通过实时地测量该位移量，并同时反馈给中央控制单元，中央控制单元根据内置算法控制伺服电机的启停，从而完成引张线仪的自动化标定。本实用新型使标定过程完全实现自动化，能大大提高引张线仪标定过程的效率。

Description

引张线仪自动化标定装置

技术领域

本实用新型涉及大坝安全监测技术领域，具体是一种引张线仪自动化标定装置。

背景技术

引张线仪是一种用于监测大坝安全的仪器，它利用一条拉直的钢丝——引张线装置，通过其在水平面上的投影作为基准线，用测量装置测定其偏离值，在可测量坝体沿上下游方向的水平位移，用以了解大坝的性态，监测大坝的安全运行。

引张线仪根据测量原理的不同可分为步进式、电感式、电容式、 CCD式等类型。在工程安全监测领域中，安全监测仪器在经出厂检验之后，安装埋设到工程之前，施工方需要对监测仪器进行标定和性能测试检验，以确认设备能正常工作，且能达到项目的准确度和精度要求。

现阶段，市面上的引张线仪标定装置和标定方法具有以下缺陷呢：

1、标定装置智能化程度低。现市面上所有的引张线仪标定设备，均采用手动方式实现标定过程，需要人工移动引张线位置，并采用肉眼读数进行测值比对，这一标定过程效率低，耗时费力，不能满足工程实际需求。

2、标定过程容易产生较大的系统误差。以CCD式引张线仪标定过程为例，目前该类型设备在标定过程中，需要保证引张线的运行方向与引张线仪点阵CCD阵列方向较严格平行，其夹角应小于±0.02rad。现有的引张线仪标定设备的安装过程和标定过程均难以达到这样的角度要求，从而容易引入较大的系统误差。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种引张线仪自动化标定装置，实现对引张线仪的智能化、轻便化、高效化的标定过程。

一种引张线仪自动化标定装置，包括中央控制单元、伺服电机传动模块、光栅测量模块、与中央控制单元连接的上位机、用于固定引张线仪的引张线仪标定台，所述伺服电机传动模块用于驱动引张线仪进行位移，引张线仪与上位机通信连接，所述上位机用于向中央控制单元发送指令，中央控制单元根据指令驱动伺服电机传动模块运转，并带动待测引张线仪形成水平位移，且引张线仪的运行方向与张线仪上的引张线垂直；光栅测量模块通过实时测量引张线仪的位移，将测量数据发送至中央控制单元，中央控制单元决策伺服电机的运转和停止，中央控制单元将最终光栅测量模块测得的多组位移值传输至上位机中。

进一步，所述引张线仪标定台包括引张线标定装置安装底座、引张线仪安装台、引张线安装架，引张线仪安装台用于固定引张线仪，所述伺服电机传动模块包括伺服电机和平移台，引张线仪安装台固定在平移台上，平移台滑动安装于引张线标定装置安装底座上，伺服电机在中央控制单元控制下驱动平移台往复运行，使得引张线仪形成与引张线垂直的水平位移。

进一步，所述平移台是带有滚珠丝杆和直线导轨的水平位移平移台，平移台能够在伺服电机的驱动下，实现滚珠丝杆的正反旋转，从而带动平移台在直线导轨上进行往复运行，进而带动安装在其上的引张线仪安装台和引张线仪进行来回水平位移。

进一步，所述光栅测量模块包括光栅尺和光栅尺位移传感器，所述光栅尺固定在平移台导轨一侧且固定不动，所述光栅尺位移传感器装在引张线仪安装台的一侧，且可随引张线仪安装台沿着光栅尺活动，在活动过程中实时读取光栅尺上的刻度值并回传给中央控制单元。

进一步，所述中央控制单元包括微处理器、与微处理器连接的存储单元、输入单元、显示单元、伺服电机控制电路、第一串口通信电路、第二串口通信电路；所述微处理器通过第一串口通信电路与上位机连接，实现数据指令的上传和下达；通过伺服电机控制电路实现控制伺服电机的运转；通过第二串口通信电路与光栅测量模块的光栅尺位移传感器连接，实现光栅测量模块数据的传输；通过输入单元和显示单元实现人机交互，通过存储单元实现数据存储。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型能够有效地实现单台引张线仪的整套标定过程；

2、本实用新型由于机械设计的巧妙性，在安装过程中，便可使引张线仪的运行方向与引张线严格正交，无需在安装完毕后对设备进行校正，且安装过程简便，直接避免了系统误差，提高了设备的精度；

3、本实用新型采用了光栅尺设备，形成闭环测量，降低了伺服电机在测量过程中存在的系统误差。

附图说明

图1是本实用新型引张线仪自动化标定装置的电路原理框图；

图2是本实用新型引张线仪自动化标定装置的立体结构示意图；

图3是本实用新型中央控制单元的电路原理框图；

图4是本实用新型引张线仪自动化标定方法的流程示意图。

图中：1—中央控制单元，2—伺服电机传动模块，3—光栅测量模块，4—上位机，5—引张线仪，6—引张线仪标定台，11—微处理器，12—存储单元，13—输入单元，14—显示单元，15—伺服电机控制电路，16—第一串口通信电路，17—第二串口通信电路，21—伺服电机，22—平移台，51—引张线，61—引张线标定装置安装底座，62—引张线仪安装台，63—引张线安装架，31—光栅尺，32—光栅尺位移传感器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1及图2，本实用新型引张线仪自动化标定装置包括中央控制单元1、伺服电机传动模块2、光栅测量模块3、与中央控制单元1连接的上位机4、用于固定引张线仪5的引张线仪标定台6，所述伺服电机传动模块2用于驱动引张线仪5进行位移。所述伺服电机传动模块2包括伺服电机21和平移台22，所述光栅测量模块3包括光栅尺31和光栅尺位移传感器32。

所述上位机4可采用计算机实现，即计算机作为上位机向中央控制单元1发送指令，中央控制单元1根据指令驱动伺服电机21运转，并带动待测引张线仪5形成水平位移，光栅测量模块3通过实时测量引张线仪5的位移，将测量数据发送至中央控制单元1，中央控制单元1通过算法，决策伺服电机21的运转和停止，中央控制单元1将光栅测量模块测得的多组位移值传输至计算机中。

请参阅图2，所述引张线仪标定台6包括引张线标定装置安装底座61、引张线仪安装台62、引张线安装架63，引张线仪安装台62 用于固定引张线仪5，具体的，引张线仪5可通过螺丝螺母固定在引张线仪安装台62上。所述伺服电机传动模块2的平移台22滑动安装于引张线标定装置安装底座61上，引张线仪安装台62通过螺丝螺母固定在平移台22上，伺服电机21与平移台22通过轴承相连。所述平移台22，是带有滚珠丝杆和直线导轨的水平位移平移台，该平移台22能够在伺服电机21的驱动下，实现滚珠丝杆的正反旋转，从而带动平移台22在直线导轨上进行往复运行，进而带动安装在其上的引张线仪安装台62和引张线仪5进行来回水平位移，且引张线仪5 的运行方向与引张线51垂直。

所述引张线安装架63安装于安装底座61两侧，引张线51安装在两个引张线安装架63之间，且从引张线仪5中央穿过，并确保：引张线仪5在其标定量程运行的上行和下行范围内均不会受到引张线的阻碍，引张线仪5在平移台22上运行时，所述引张线51均在标定量程的有效上行和下行范围内。

所述光栅尺31固定在平移台22导轨一侧且固定不动，所述光栅尺位移传感器32装在引张线仪安装台62的一侧，且可随引张线仪安装台62沿着光栅尺31活动，在活动过程中实时读取光栅尺31上的刻度值并回传给中央控制单元1。

中央控制单元1通过线缆分别与伺服电机21、光栅测量模块3、上位机4相连接，同时上位机4还与待测引张线仪5相连接。

如图3所示，所述中央控制单元1包括微处理器11、与微处理器11连接的存储单元12、输入单元13、显示单元14、伺服电机控制电路15、第一串口通信电路16、第二串口通信电路17。

所述微处理器11通过第一串口通信电路16与上位机4连接，实现数据指令的上传和下达，通过伺服电机控制电路15实现控制伺服电机21的运转，通过第二串口通信电路17与光栅测量模块3的光栅尺位移传感器32连接，实现光栅测量模块数据的传输，通过输入单元13和显示单元14实现人机交互，通过存储单元12实现数据存储。

如图4所示，利用本实用新型对引张线仪5进行标定的方法(以量程50mm引张线仪为例)，包括如下步骤：

第一步，计算机作为上位机4，根据引张线仪5的量程，等间隔地预置一组位移值，S1＝0mm，S2＝10mm，...S6＝50mm，间隔距离△S＝10mm，并将这些信息和指令写入中央控制单元1，光栅尺31将 S1预置为其输出的初始位移；

第二步，上位机4通过引张线仪5的通讯接口获取引张线仪5的初始位移值L1；

第三步，中央控制单元1根据指令驱动伺服电机21，伺服电机 21带动平移台22移动，使引张线仪5产生上行方向位移，光栅尺位移传感器32监测实时位移量，并传输至中央控制单元1，当测得的位移量达到S2时，中央控制单元1控制暂停伺服电机21的运转，引张线仪5将测得的第2个位移值L2传输至计算机中；

第四步，中央控制单元1继续驱动伺服电机21，使待测引张线仪5继续产生上行方向位移，重复执行第三步程序，直至测得的位移量达到S6时，中央控制单元1控制停止伺服电机21的运转，引张线仪5将测得的第6个位移值L6传输至计算机中，此时引张线仪5完成一次上行测程，获得第1组位移值数据L1～L6和S1～S6；

第五步，中央控制单元1重新驱动伺服电机，使待测引张线仪5 产生下行方向位移，参照第三步和第四步步骤，光栅尺21在测得的位移量依次达到S6，S5，S4，S3，S2，S1时，中央控制单元1控制暂停伺服电机21的运转，引张线仪将测得的实时数据L6，L5，L4， L3，L2，L1传输至计算机中，此时引张线仪5完成一次下行测程，获得第2组位移值数据L6～L1和S6～S1；至此引张线仪5在该装置上完成了一次完整的往复直线运动，获得2组测值；

第六步，按照以上步骤，引张线仪5在中央控制单元1的控制下，完成3次完整的循环往复直线运动，以获得6组测值；

第七步，上位机4根据分别获得的6组测值，进行数据整理和运算，并对待测引张线仪5的质量进行结果输出和结论评判(例如依据算法计算非线性度、不重复度和综合误差等)。

本实用新型通过对引张线仪自动化标定装置进行机械设计和电路设计，并提出一种针对该标定装置的标定程序和方法，可实现在设备标定阶段，能够采用自动化手段，将安装埋设前的引张线仪进行性能测试和质量评判，提高了标定效率；能够解决目前工程中引张线仪在标定过程中，具有的复杂繁琐、耗时长、效率低的缺点，填补了国内外引张线仪自动化标定设备的空白。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种引张线仪自动化标定装置，其特征在于：包括中央控制单元(1)、伺服电机传动模块(2)、光栅测量模块(3)、与中央控制单元(1)连接的上位机(4)、用于固定引张线仪(5)的引张线仪标定台(6)，所述伺服电机传动模块(2)用于驱动引张线仪(5)进行位移，引张线仪(5)与上位机(4)通信连接,引张线仪(5)用于将测得的实时数据上传至上位机(4)；所述上位机(4)用于向中央控制单元(1)发送指令，中央控制单元(1)根据指令驱动伺服电机传动模块(2)运转，并带动待测引张线仪(5)形成水平位移，且引张线仪(5)的运行方向与张线仪(5)上的引张线(51)垂直；光栅测量模块(3)通过实时测量引张线仪(5)的位移，将测量数据发送至中央控制单元(1)，中央控制单元(1)决策伺服电机(21)的运转和停止，中央控制单元(1)将最终光栅测量模块(3)测得的多组位移值传输至上位机(4)中。

2.如权利要求1所述的引张线仪自动化标定装置，其特征在于：所述引张线仪标定台(6)包括引张线标定装置安装底座(61)、引张线仪安装台(62)、引张线安装架(63)，引张线仪安装台(62)用于固定引张线仪(5)，所述伺服电机传动模块(2)包括伺服电机(21)和平移台(22)，引张线仪安装台(62)固定在平移台(22)上，平移台(22)滑动安装于引张线标定装置安装底座(61)上，伺服电机(21)在中央控制单元(1)控制下驱动平移台(22)往复运行，使得引张线仪(5)形成与引张线(51)垂直的水平位移。

3.如权利要求2所述的引张线仪自动化标定装置，其特征在于：所述平移台(22)是带有滚珠丝杆和直线导轨的水平位移平移台，平移台(22)能够在伺服电机(21)的驱动下，实现滚珠丝杆的正反旋转，从而带动平移台(22)在直线导轨上进行往复运行，进而带动安装在其上的引张线仪安装台(62)和引张线仪(5)进行来回水平位移。

4.如权利要求2所述的引张线仪自动化标定装置，其特征在于：所述光栅测量模块(3)包括光栅尺(31)和光栅尺位移传感器(32)，所述光栅尺(31)固定在平移台(22)导轨一侧且固定不动，所述光栅尺位移传感器(32)装在引张线仪安装台(62)的一侧，且可随引张线仪安装台(62)沿着光栅尺(31)活动，在活动过程中实时读取光栅尺(31)上的刻度值并回传给中央控制单元(1)。

5.如权利要求4所述的引张线仪自动化标定装置，其特征在于：所述中央控制单元(1)包括微处理器(11)、与微处理器(11)连接的存储单元(12)、输入单元(13)、显示单元(14)、伺服电机控制电路(15)、第一串口通信电路(16)、第二串口通信电路(17)；所述微处理器(11)通过第一串口通信电路(16)与上位机(4)连接，实现数据指令的上传和下达；通过伺服电机控制电路(15)实现控制伺服电机(21)的运转；通过第二串口通信电路(17)与光栅测量模块(3)的光栅尺位移传感器(32)连接，实现光栅测量模块数据的传输；通过输入单元(13)和显示单元(14)实现人机交互，通过存储单元(12)实现数据存储。