一種位移測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型涉及傳感器技術領域，具體涉及一種位移測量裝置。
【背景技術】
[0002]靜力水準儀是用于測量基礎和建筑物各個測點的相對沉降的通用傳感器，廣泛應用于路基沉降、橋梁擾度、水電站廠、壩、高層建筑物等各測點不均勻沉降和線性變化的測量。目前市場上的靜力水準儀總類繁多，詳情如下:
[0003]申請號為201410591105.9的專利申請公開了一種視頻靜力水準儀，包括儲液桶、可視的水位刻度和攝像頭，水位刻度用于即時體現儲液桶內水位的高度，攝像頭用于拍攝水位刻度。
[0004]申請號為201310061090.0的專利申請公開了一種自整平靜力水準儀，儀器由容器、浮子、固定標尺、浮動標尺組成；固定標尺為帶有凹槽的矩形平板，表面刻有以毫米為單位，頂部中間有孔，用吊絲固定在容器蓋中間。
[0005]申請號為201010132836.9的專利申請公開了一種光電式靜力水準儀，包括容器和密封殼體，還包括浮子、導向桿、不銹鋼絲、線陣點光源、光電耦合器件和控制電路，在容器內設有能夠隨液面上下浮動的浮子，在容器的底部向上延伸設有導向桿，在浮子的頂部固定連接有不銹鋼絲，所述不銹鋼絲與導向桿相垂直;在密封殼體內導向桿的兩側對應設置有線陣點光源和光電耦合器件，在密封殼體的上端設置有控制電路，所述控制電路通過信號線分別與線陣點光源和光電耦合器件相連接。
[0006]除此之外，還有其他結構的靜力水準儀，但普遍采用電感調頻原理設計制造，通過測量連通液位的高度變化測量位移變化。現有靜力水準儀具有以下缺陷:(I)反應速度慢，主要是由于液位平衡時間長引起；(2)量程小，主要是由于現有設備尺寸較大引起；(3)測量精度差，主要由于測量過程中溫度和環境對測量值的影響大，從而導致測量誤差大。
[0007]綜上所述，急需一種結構小巧輕便、安裝便捷、測試簡單、測量精度高、響應速度快且長期穩定可靠的位移測量裝置以解決現有技術中存在的問題。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型目的在于提供一種結構小巧輕便、安裝便捷、測試簡單、測量精度高、響應速度快且長期穩定可靠的位移測量裝置，具體技術方案如下:
[0009]—種位移測量裝置，包括至少一個壓差式靜力水準儀；
[0010]所述壓差式靜力水準儀包括安裝底座、固定在所述安裝底座上且設有進水口和出水口的外殼、設置在所述外殼內部的腔體以及具有通孔的擴散硅壓力傳感器；
[0011 ] 所述腔體包括通過管道與所述進水口連通的第一開口、通過管道與所述出水口連通的第二開口以及與所述通孔連通的第三開口 ；
[0012]所述擴散硅壓力傳感器的內部通過空心管與外界大氣連通，且其通過電纜線與外界設備連接。
[0013]以上技術方案中優選的，所述擴散硅壓力傳感器包括具有第一端和第二端的殼體以及由第一端至第二端方向依次設置在所述殼體內部的感應膜片、硅油層、擴散硅晶體和信號轉換電路，所述通孔設置在所述第一端上；
[0014]在垂直于第一端至第二端方向的平面上，所述感應膜片的橫截面與所述殼體內腔的橫截面相同；
[0015]所述空心管的一端連接所述殼體的內部，另一端與大氣連通;所述電纜線的一端連接所述信號轉換電路，另一端連接外界設備。
[0016]以上技術方案中優選的，所述擴散硅壓力傳感器與所述腔體的連接處設有密封部件。
[0017]以上技術方案中優選的，所述安裝底座和所述殼體的材質均為不銹鋼;所述密封部件為密封墊片或密封圈；所述信號轉換電路為4-20mA兩線制發送器芯片XTRlOl;所述電纜線為二芯屏蔽電纜線。
[0018]以上技術方案中優選的，還包括兩個水箱，所述壓差式靜力水準儀的數量至少為2個；
[0019]第一個所述壓差式靜力水準儀的進水口通過水管與第一個所述水箱連通；
[0020]后一個所述壓差式靜力水準儀的進水口通過水管與前一個所述壓差式靜力水準儀的出水口連通；
[0021]最后一個所述壓差式靜力水準儀的出水口通過水管與第二個所述水箱連通。
[0022]以上技術方案中優選的，所述外界設備為PLC控制器。
[0023]應用本實用新型的技術方案，具有以下有益效果:
[0024](I)本實用新型位移測量裝置包括至少一個壓差式靜力水準儀，可以根據實際情況進行單點或者多點檢測，實用性強;壓差式靜力水準儀包括安裝底座、殼體、腔體以及擴散硅壓力傳感器，腔體具有三個開口，且擴散硅壓力傳感器與外界設備連接，整個設備結構小巧輕便、安裝便捷;擴散硅壓力傳感器的內部通過空心管與外界大氣連通，且其通過電纜線與外界設備連接，通過擴散硅壓力傳感器將水壓變化轉換成電信號輸出，通過外接設備對輸出的電信號進行處理直接獲得測點的垂直位移，且空心管能保證擴散硅壓力傳感器內部與大氣相通，保證感應膜片和擴散硅晶體兩端的大氣壓強平衡以及信號傳輸的穩定性，測量精度高、響應速度快。
[0025](2)本實用新型中擴散硅壓力傳感器包括外殼、感應膜片、硅油層、擴散硅晶體和信號轉換電路，部件精簡，且測量精度高;擴散硅壓力傳感器與所述腔體的連接處設有密封部件，進一步提高測量精度。
[0026](3)本實用新型中所述安裝底座和所述殼體的材質均為不銹鋼，使用壽命長，確保設備長期穩定可靠;所述密封部件為密封墊片或密封圈，部件容易獲得且密封性能好;所述電纜線為二芯屏蔽電纜線，信號傳輸穩定性好、精準度高。
[0027](4)本發明還兩個水箱，壓差式靜力水準儀的數量至少為兩個，且壓差式靜力水準儀之間采用特定的連接關系，分別將壓差式靜力水準儀固定至待測點后直接進行測量，操作方便;外界設備采用PLC控制器(還可以選用電腦)，可以自動對電信號轉換為測點的垂直位移值，還可以根據實際需求操作員自己編程來實現位移線等附圖的繪制，實用性強。
[0028]除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本實用新型還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖，對本實用新型作進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0029]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0030]圖1是本實用新型優選實施例1的位移測量裝置的結構示意圖；
[0031]圖2是圖1中壓差式靜力水準儀的剖視圖；
[0032]其中，1、壓差式靜力水準儀，11、安裝底座，12、外殼，121、進水口，122、出水口，13、腔體，131、第一開口，132、第二開口，133、第三開口，14、擴散硅壓力傳感器，141、殼體，142、膜片，143、硅油層，144、擴散硅晶體，145、信號轉換電路；
[0033]2、電纜線，3、水箱，4、水管；
[0034]a、通孔，b、第一端，C、第二端。
【具體實施方式】
[0035]以下結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明，但是本實用新型可以根據權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0036]實施例1:
[0037]參見圖1以及圖2，一種位移測量裝置，包括四個壓差式靜力水準儀I和兩個水箱3，第一個所述壓差式靜力水準儀I的進水口 121通過水管4與第一個所述水箱3連通;后一個所述壓差式靜力水準儀I的進水口 121通過水管與前一個所述壓差式靜力水準儀I的出水口122連通;第四個所述壓差式靜力水準儀I的出水口 122通過水管與第二個所述水箱3連通，詳見圖1。
[0038]所述壓差式靜力水準儀I包括安裝底座11(將壓差式靜力水準儀整體安裝至基準點位置或測點位置)、固定在所述安裝底座11上且設有進水口 121和出水口 122的外殼12、設置在所述外殼12內部的腔體13以及具有通孔a的擴散硅壓力傳感器14，詳見圖2。
[0039]所述腔體13為三通結構，具體包括通過管道與所述進水口121連通的第一開口131、通過管道與所述出水口 122連通的第二開口 132以及與所述通孔a連通的第三開口 133。
[0040]所述擴散硅壓力傳感器14的內部通過空心管與外界大氣連通，且還通過電纜線與外界設備連接，詳見圖2，具體包括具有第一端b和第二端c的殼體141以及由第一端b至第二端c方向依次設置在所述殼體141內部的感應膜片142、硅油層143、擴散硅晶體144和信號轉換電路145，所述通孔a設置在所述第一端b上;所述信號轉換電路145通過電纜線2與外界設備連接。
[0041]在垂直于第一端b至第二端c方向的平面上，所述感應膜片142的橫截面與所述殼體141內腔的橫截面相同，確保因液位變化而造成的壓差全部作用在感應膜片142，實現高精準度檢測。
[0042]所述擴散硅壓力傳感器14與所述腔體13的連接處設有密封部件，所述密封部件為密封墊片或密封圈。
[0043]所述安裝底座11和所述殼體141的材質均為不銹鋼。
[0044]所述信號轉換電路145為4-20mA兩線制發送器芯片XTRlOU此處還可以根據實際需要設計成信號轉換芯片和其他部件的組合設計)，具有高精度和低漂移特點，XTRlOl是性能很好的兩線4_20mA專用儀表電路，電路本身帶有調零功能和輸出信號調節功能，還有2路ImA的恒流電源，可以單獨用任意一路給擴散硅晶體供電。
[0045]所述電纜線2為二芯屏蔽電纜線，由內到外依次包括二芯純銅線芯、鍍錫銅網屏蔽層以及塑料絕緣保護層，純銅線芯和屏蔽層保證信號傳輸的穩定性;所述空心管為塑料空心管，塑料空心管保證擴散硅壓力傳感器內部與大氣相通，從保證感應膜片和擴散硅晶體兩端的大氣壓強平衡，使得信號傳輸更為穩定。
[0046]所述外界設備為PLC控制器，使用者具有根據實際情況對其進行編程或輸入已有程序對收集到的相關數據進行處理。
[0047]應用本實用新型的位移測量裝置，詳情如下:
[0048]1、擴散硅壓力傳感器采用進口擴散硅晶體作為壓力敏感元件，受力使感應膜片變形，通過硅油層(具體是填充滿硅油)將壓力傳導至擴散硅晶體，擴散硅晶體輸出電壓信號，通過信號轉換電路將信號轉換為通用的電流信號輸出，并實現信號放大和調零功能;擴散硅壓力傳感器測量為表面壓力，其內部空腔通過空心管與大氣相通，保證感應膜片和擴散硅晶體兩端的大氣壓強平衡。
[0049]2、將水管和壓差式靜力水準儀的腔體內灌滿液體，當測點發生垂直位移變化時，壓差式靜力水準儀的腔體內的液體和水箱內的液位壓差立即發生相應變化，液體壓力發生變化，擴散硅壓力傳感器感應壓力變化，轉換為通用電流信號輸出(輸出電流信號便于采集)，根據電流信號變化可計算出壓力變化和液位差，從而得知測點的位移變化。
[0050]3、多個壓差式靜力水準儀同時使用時，以一個擴散硅壓力傳感器作為基準點傳感器，其他均為測點傳感器，將各測點傳感器通過水管連通，并連通到水箱和基準點傳感器，組成不均勻沉降或非線性變形測試系統，詳情如下:
[0051]選取三個測點和一個基準點構成試驗測試系統，基準點和水箱固定安裝在承重墻體，測點為地板任意點，其中基準點作為不動參考點，用來作為測量時溫度、大氣壓強等因素影響的參考點，從而修正環境因素對系統測量的影響。
[0052]擴散硅壓力傳感器將感應到壓強變化轉換為電流信號輸出，外界設備采集電流信號，并通過計算得到位移值(在使用前，可以將公式①和公式②儲存在外界設備中)。擴散硅壓力傳感器的電流信號輸出與壓強為固定的線性關系，滿足公式①:
[0053]P=(F/16)XI — F/4①，其中:P為壓強，F為擴散硅壓力傳感器的設計壓強量程，I為電流強度。
[0054]壓強與液體的高差關系為公式②:
[0055]h = P/(pXg)②，其中:h為高度差，P為液體的密度，g為9.8m/s2。
[0056]外界設備采集到電流值后根據公式①和公式②可自動計算出相應測點的位移值。
[0057]應用本不均勻沉降或非線性變形測試系統的原理如下:當測點垂直位移發生變化時，水箱液位與擴散硅壓力傳感器的高差發生變化，擴散硅壓力傳感器感應的壓強發生變化，外界設備測量的位移值相應的變化。參考點安裝在不動點時，相對于初始值，測點的位移值變化與參考點的位移值變化的差值，即為該測點的實際位移變化。
[0058]以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種位移測量裝置，其特征在于，包括至少一個壓差式靜力水準儀(I); 所述壓差式靜力水準儀(I)包括安裝底座(11)、固定在所述安裝底座(11)上且設有進水口(121)和出水口(122)的外殼(12)、設置在所述外殼(12)內部的腔體(13)以及具有通孔(a)的擴散娃壓力傳感器(14)； 所述腔體(13)包括通過管道與所述進水口(121)連通的第一開口(131)、通過管道與所述出水口(122)連通的第二開口(132)以及與所述通孔(a)連通的第三開口(133); 所述擴散硅壓力傳感器(14)的內部通過空心管與外界大氣連通，且其通過電纜線(2)與外界設備連接。2.根據權利要求1所述的位移測量裝置，其特征在于，所述擴散硅壓力傳感器(14)包括具有第一端(b)和第二端(c)的殼體(141)以及由第一端(b)至第二端(c)方向依次設置在所述殼體(141)內部的感應膜片(142)、硅油層(143)、擴散硅晶體(144)和信號轉換電路(145)，所述通孔(a)設置在所述第一端(b)上； 在垂直于第一端(b)至第二端(c)方向的平面上，所述感應膜片(142)的橫截面與所述殼體(141)內腔的橫截面相同； 所述空心管的一端連接所述殼體(141)的內部，另一端與大氣連通;所述電纜線(2)的一端連接所述信號轉換電路(145)，另一端連接外界設備。3.根據權利要求2所述的位移測量裝置，其特征在于，所述擴散硅壓力傳感器(14)與所述腔體(13)的連接處設有密封部件。4.根據權利要求3所述的位移測量裝置，其特征在于，所述安裝底座(11)和所述殼體(141)的材質均為不銹鋼;所述密封部件為密封墊片或密封圈；所述信號轉換電路(145)為4-20mA兩線制發送器芯片XTRlOl;所述電纜線(2)為二芯屏蔽電纜線。5.根據權利要求1-4任意一項所述的位移測量裝置，其特征在于，還包括兩個水箱(3)，所述壓差式靜力水準儀(I)的數量至少為2個； 第一個所述壓差式靜力水準儀(I)的進水口(121)通過水管與第一個所述水箱(3)連通； 后一個所述壓差式靜力水準儀(I)的進水口(121)通過水管與前一個所述壓差式靜力水準儀(I)的出水口(122)連通； 最后一個所述壓差式靜力水準儀(I)的出水口(122)通過水管與第二個所述水箱(3)連通。6.根據權利要求5所述的位移測量裝置，其特征在于，所述外界設備為PLC控制器。
【專利摘要】本實用新型提供一種位移測量裝置，包括至少一個壓差式靜力水準儀，壓差式靜力水準儀包括安裝底座、外殼、腔體以及具有通孔的擴散硅壓力傳感器；腔體包括與進水口連通的第一開口、通過管道與出水口連通的第二開口以及與通孔連通的第三開口；擴散硅壓力傳感器的內部通過空心管與外界大氣連通，且其通過電纜線與外界設備連接。應用本實用新型的技術方案，具有以下效果：(1)可以根據實際情況進行單點或者多點檢測，實用性強；(2)壓差式靜力水準儀整個設備結構小巧輕便、安裝便捷；(3)擴散硅壓力傳感器、空心管以及電纜線的組合設計，確保感應膜片和擴散硅晶體兩端的大氣壓強平衡以及信號傳輸的穩定性，測量精度高、響應速度快。
【IPC分類】G01B7/02
【公開號】CN205383983
【申請號】CN201620058851
【發明人】梁曉東, 李勇, 李求源, 劉克明, 王健, 曾威, 寇國周, 劉波, 劉如, 唐艷
【申請人】湖南聯智橋隧技術有限公司
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2016年1月21日