CN220524973U - 一种容栅位移式垂线坐标仪测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种容栅位移式垂线坐标仪测量装置，包括两个空间上互相正交的容栅数显卡尺测量结构套件，分别为第一套件和第二套件；所述第一套件包括横向测量标尺和第一测头，所述横向测量标尺垂直于水流方向，且一端与垂线连接，所述垂线滑动设置在坝体基座上，所述第一测头设置在横向测量标尺上；所述第二套件包括纵向测量标尺和第二测头，所述纵向测量标尺平行于水流方向，且两端均通过安装支架设置在坝体基座上，所述第二测头设置在纵向测量标尺，且第二测头的上表面与第一测头的下表面固定连接。本实用新型具有更好的环境适应能力，可有效克服工作环境湿度的影响，解决了引垂线坐标仪位移测量的可靠性问题。
Description
技术领域
本实用新型属于电子技术领域，具体涉及一种容栅位移式垂线坐标仪测量装置。
背景技术
垂线测量法是大坝等水工建筑物变形观测中测定水平位移的一种方法，特别涉及水工建筑物上下游方向水平位移，同时涉及左右岸方向水平位移。工程应用中，垂线测量装置有正垂线和倒垂线两种，其中，正垂线测量装置其上端固定在被测部位的顶部，下端部位相应悬挂一定质量的重锤，受重力作用使垂线张紧并始终保持铅垂状态，以此作为水平位移测量的基准线，垂线坐标仪则沿线体走向布置在不同高程位置上的监测点处，因此，正垂线可测得各监测点相对于顶部悬挂点的水平位移变化。倒垂线测量装置的下端锚固在基岩下方一定深度位置，垂线体向上引出至水面上方与浮筒刚性连接，利用浮筒的浮力将线体拉直并保持一定的张紧力，浮筒置于被测对象上方并随其一起水平位移，但垂线借助于浮子仍始终保持为铅直，故可以将该垂线当作基准线。倒垂线锚固点的深度通常要求达到基岩的不动点位置，满足这个安装条件时，倒垂上部测点的水平位移方可认定为绝对位移。正垂和倒垂配合使用，可求得水工建筑物整个高程范围内各监测点处的绝对水平位移量。无论是正垂还是倒垂，在各监测点处，均需测量水工建筑物在该位置处相对于基准线所发生的水平位移数值，一般需要同时测量上下游方向和左右岸方向这两个方向上的水平位移分量数值。这个测量任务由垂线坐标仪来完成。
目前工程中广泛应用的垂线坐标仪主要包括光电式（含步进电机光电跟踪式）和电容感应式。但均存在局限性，其中：光电式测量方法基于光学照射投影工作原理，采用光学元件作为核心测量器件，器件本身及光路易受工作环境中水汽影响导致测值不准，甚至物理损坏，因此工程实际应用效果不太理想；电容感应式测量方法基于极板位移引起电容量变化的工作原理，把垂线水平位移转换成电容量变化，通过电容值的测量反向推算获得垂线水平位移值，因此电容值的准确性是关键测量因素，工作环境中水汽、灰尘等对介电常数会造成较大影响，也会造成电容值偏离真值，引起测量误差，因此工程实际应用效果也不太理想。
容栅位移传感器由一个固定极板和一个移动极板组成变面积式电容传感器，利用平板电容工作原理，通过位移变化改变两极板对应面积，使输出与位移变化量成正比的电容变化量，生产工艺上引入多级片型容栅实现多组栅片并联，可有效提高测量精度。动极板在位移过程中，始终与相邻位置的不同小电极组成差动电容，差动电容值呈周期性变化，通过信号拾取可获得周期性变化规律的脉冲信号，实现位移值的数字化测量。
因此，本实用新型基于容栅位移传感器开发了一种环境适应能力强，测量可靠性的高容栅位移式垂线坐标仪测量装置。
实用新型内容
解决的技术问题：针对上述技术问题，本实用新型提供一种容栅位移式垂线坐标仪测量装置，具有更好的环境适应能力，可有效克服工作环境湿度的影响，解决了引垂线坐标仪位移测量的可靠性问题。
技术方案：一种容栅位移式垂线坐标仪测量装置，包括两个空间上互相正交的容栅数显卡尺测量结构套件，分别为第一套件和第二套件；所述第一套件包括横向测量标尺和第一测头，所述横向测量标尺垂直于水流方向，且一端与垂线连接，所述垂线滑动设置在坝体基座上，所述第一测头设置在横向测量标尺上；所述第二套件包括纵向测量标尺和第二测头，所述纵向测量标尺平行于水流方向，且两端均通过安装支架设置在坝体基座上，所述第二测头设置在纵向测量标尺上，且第二测头的上表面与第一测头的下表面固定连接。
优选的，所述横向测量标尺通过U型夹头与垂线连接。
进一步的，所述U型夹头包括U型夹头本体和配合组件，所述配合组件设置在U型夹头本体的开口端，与U型夹头本体形成垂线穿越腔体，所述配合组件上开设有卡槽孔。
更进一步的，所述横向测量标尺的一个端面设置在卡槽孔内。
更进一步的，所述U型夹头本体的两侧边上设有限位螺母。
优选的，所述安装支架上设有开口卡槽，所述纵向测量标尺的两端分别设置在两个安装支架的开口卡槽内。
优选的，所述第一测头和第二测头均设有电气接口，所述第一测头的电气接口与第一传输电缆连接，所述第二测头的电气接口与第二传输电缆连接。
有益效果：与传统的差动电容式垂线测量装置相比，容栅采用数字测量技术替代了模拟测量技术，因此具有更好的环境适应能力，可有效克服工作环境湿度的影响，解决了引垂线坐标仪位移测量的不可靠性问题，实现自动化测量。
附图说明
图1是本实用新型一种容栅位移式垂线坐标仪测量装置的结构示意图；
图2是第一测头与第二测头刚性固联结构视图，其中（a）为主视图，（b）为俯视图，（c）为左视图；
图3是纵向测量标尺与坝体基座安装结构示意图；
图4是横向测量标尺与垂线刚性固联安装结构示意图；
图5是U型夹头结构示意图；
图中序号：100、横向测量标尺，101、第一测头，102、第一传输电缆，200、纵向测量标尺，201、第二测头，202、第二传输电缆，300、垂线，400、安装支架，500、坝体基座，600、U型夹头，601、U型夹头本体，602、垂线穿越腔体，603、卡槽孔，604、配合组件。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。
实施例1
参照图1-图4，一种容栅位移式垂线坐标仪测量装置，包括两个空间上互相正交的容栅数显卡尺测量结构套件，分别为第一套件和第二套件；所述第一套件包括横向测量标尺100和第一测头101，所述横向测量标尺100垂直于水流方向，且一端通过U型夹头600与垂线300连接，所述垂线300滑动设置在坝体基座500上，所述第一测头101设置在横向测量标尺100上；所述第二套件包括纵向测量标尺200和第二测头201，所述纵向测量标尺200平行于水流方向，且两端均通过安装支架400设置在坝体基座500上，所述第二测头201设置在纵向测量标尺200上，且第二测头201的上表面与第一测头101的下表面固定连接，第一测头101与第二测头201空间上相互正交。所述第一测头101和第二测头201均设有电气接口，所述第一测头101的电气接口与第一传输电缆102连接，所述第二测头201的电气接口与第二传输电缆202连接。
上述U型夹头600如图5所示：其包括U型夹头本体601和配合组件604，所述配合组件604设置在U型夹头本体601的开口端，与U型夹头本体601形成垂线穿越腔体602，所述配合组件604上开设有卡槽孔603；所述横向测量标尺100的一个端面设置在卡槽孔603内；所述U型夹头本体601的两侧边上设有限位螺母，一方面防止配合组件604从U型夹头本体601上脱落，一方面可以锁紧配合组件604进而使U型夹头600固定在垂线300上。
上述安装支架400上设有开口卡槽，所述纵向测量标尺200的两端分别设置在两个安装支架400的开口卡槽内。
垂线坐标仪的量程一般为50mm或100mm，可相应选择量程为80mm和150mm的容栅位移传感器；可选用金属原点型数显游标卡尺，同时选用配套数据采集器。横向测量标尺100与第一测头101配对实现横向（左右岸方向）水平位移并获得横向水平位移测值，纵向测量标尺200与第二测头201配对，实现纵向（上下游方向）水平位移并获得纵向水平位移测值。垂线300横向水平运动时，带动横向测量标尺100进行横向水平运动，由此获得横向水平的位移变化。垂线300纵向水平运动时，带动横向测量标尺100纵向水平运动，同时横向测量标尺100带动第一测头101与第二测头201的组合体同步做纵向水平运动，使第二测头201与纵向测量标尺200发生相对滑动，同时获得纵向水平滑移的位移变化量。
使用时，将垂线300安装在坝体基座500上，将横向测量标尺100固定在U型夹头600的卡槽孔603内，垂线300穿过U型夹头600的垂线穿越腔体602，通过限位螺母锁紧配合组件604，实现横向测量标尺100与垂线300的固定连接；将第一测头101和第二测头201的组件设置在横向测量标尺100的中心位置，且横向测量标尺100穿过第一测头101的中间孔槽；然后调整纵向测量标尺200的位置，使得第一测头101和第二测头201的组件位于纵向测量标尺200的中心位置，将纵向测量标尺200穿过第二测头201的中间孔槽，然后使用安装支架400将纵向测量标尺200两端固定在坝体基座500上。
第一测头101在通电的条件下通过内部电路实现信号激励和信号拾取，并实现左右岸方向（垂直于水流方向）位移量到相应电信号量的转换与输出，输出的电信号量可以是RS485数字量输出，也可以是4-20mA，0-5V形式的标准信号输出。第一测头101的电源输入和电信号量输出通过配对的电气接口及第一传输电缆102与远程或本地的数据采集器建立电气连接。第一测头101的工作电源一般为3-12V的直流电源。第二测头201在通电的条件下通过内部电路实现信号激励和信号拾取，并实现上下游方向（平行于水流方向）位移量到相应电信号量的转换与输出，输出的电信号量可以是RS485数字量输出，也可以是4-20mA，0-5V形式的标准信号输出。第二测头201的电源输入和电信号量输出通过配对的电气接口及第二传输电缆202与远程或本地的数据采集器建立电气连接。第二测头201的工作电源一般为3-12V的直流电源。基于容栅位移传感原理的垂线坐标仪在远程或本地的数据采集器控制下开展工作，通上电源即能工作，按照一定的时间间隔（可预置，优选时间间隔为1小时）完成数据采集、数据处理、本地显示、远程传输和数据存储等一系列功能。
本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种容栅位移式垂线坐标仪测量装置，其特征在于：包括两个空间上互相正交的容栅数显卡尺测量结构套件，分别为第一套件和第二套件；所述第一套件包括横向测量标尺和第一测头，所述横向测量标尺垂直于水流方向，且一端与垂线连接，所述垂线滑动设置在坝体基座上，所述第一测头设置在横向测量标尺上；所述第二套件包括纵向测量标尺和第二测头，所述纵向测量标尺平行于水流方向，且两端均通过安装支架设置在坝体基座上，所述第二测头设置在纵向测量标尺上，且第二测头的上表面与第一测头的下表面固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种容栅位移式垂线坐标仪测量装置，其特征在于：所述横向测量标尺通过U型夹头与垂线连接。
3.根据权利要求2所述的一种容栅位移式垂线坐标仪测量装置，其特征在于：所述U型夹头包括U型夹头本体和配合组件，所述配合组件设置在U型夹头本体的开口端，与U型夹头本体形成垂线穿越腔体，所述配合组件上开设有卡槽孔。
4.根据权利要求3所述的一种容栅位移式垂线坐标仪测量装置，其特征在于：所述横向测量标尺的一个端面设置在卡槽孔内。
5.根据权利要求3所述的一种容栅位移式垂线坐标仪测量装置，其特征在于：所述U型夹头本体的两侧边上设有限位螺母。
6.根据权利要求1所述的一种容栅位移式垂线坐标仪测量装置，其特征在于：所述安装支架上设有开口卡槽，所述纵向测量标尺的两端分别设置在两个安装支架的开口卡槽内。
7.根据权利要求1所述的一种容栅位移式垂线坐标仪测量装置，其特征在于：所述第一测头和第二测头均设有电气接口，所述第一测头的电气接口与第一传输电缆连接，所述第二测头的电气接口与第二传输电缆连接。
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