專利名稱：一種二維位移測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種二維位移傳感器，尤其適合在以垂線(或引張線)作為位置參考進行二維位移檢測的技術領域。
下面以垂線為例說明。
垂線是一種經典的測量工具，具有結構簡單、性能穩定可靠等特點，所以至今仍廣泛應用于各種測量，尤其是大壩等大型、高層工程建筑物的變形監測。為了使觀測朝著自動化及遙測方向發展，必須有一種將垂線的二維位移轉化成電量的位移傳感器。目前位移傳感器很多，但適合測量垂線的位移傳感器卻不理想，這是因為(1)垂線的側向恢復力極小，必須無接觸測量；(2)垂線上的測點具有X、Y、Z三方向微小位移及繞垂線方向旋轉的四個自由度，欲分離出二個水平方向數值有較大技術難度；(3)垂線使用條件十分惡劣，要求潮濕、結露對傳感器的壽命、測量結果沒有影響。
目前，用于測量垂線有以下幾種方式(1)光電跟蹤式，雖有橫向靈敏度小、線性度好等優點，但光、機系統易受潮銹蝕，維護保養困難，且不能作快速和連續測量；(2)電容式，在較大體積下可得到較好的正交抑制比和線性度，能作快速測量，但是由于空氣和水的介電常數相差80倍，而電容極板暴露空氣中易受潮、結露，影響測量精度，還由于電容量不能做得太大尺寸是高阻輸出，所以易受干擾；(3)渦流感應式，雖可作快速測量，但線性度、正交抑制比差，橫向靈敏度大。
本實用新型的目的就是克服上述幾種測量垂線方式的缺點，提供一種理想的采用全新原理設計的二維位移測量裝置。
圖1為導線電磁變換原理圖，其中0為一根直導線，L是導線長度，I是通過導線的電流強度，R是測點到導線的距離，∮1、∮2是測點到導線端點連線與導線的夾角，u.是真空導磁率。根據畢奧一沙伐爾一拉普拉斯定律，當R＜＜L時，則測點的磁感應強度B＝ (u.I)/(2πR) (1)本實用新型傳感器由被測直線和兩個測量頭組成。圖2為傳感器結構俯視圖，圖3為圖2的A－A剖視圖，其中O為被測直線(垂直導線)，1、2為一組檢測線圈，3為絕緣凹字形盒，4為測量頭。一組檢測線圈是由兩個完全一樣的線圈(指線圈截面積S、線圈匝數N，線圈長度l完全一樣)組成，其位置互相平行，固定在凹字形絕緣盒內，上下兩個凹字形絕緣盒及其在內的一組線圈蓋好膠合密封后稱作測量頭。當導線通過檢測線圈平面中心，并互為垂直關系時，根據公式(1)，則檢測線圈1、2可測出該處的磁感應強度B1、B2，當導線電流是頻率f的交變電流時，則E1＝4.44fNSB1(2)E2＝4.44fNSB2(3)當兩個線圈用差動法聯接時，則輸電壓E＝E1－E2＝4.44fNS(B1－B2)(4)以(1)代(4)，設兩檢測線圈之間的距離為2R，△R是導線偏離中心的距離，R1＝R－△R，R2＝R＋△R，K＝4.44fNS (u.I)/(2π) ，經整理略去高次項得E＝ (2K)/(R2) ·△R (5)
所以電壓E和△R成線性關系。顯而易見，一個測量頭，即一組線圈(X方向)可檢測出垂線的一維位移；另一個測量頭，即另組線圈(Y方向)可測出垂線的另一維位移，從而實現了二維位移的檢測。在二維情況下，選取合適的線圈長度l，則可保證傳感器的橫向靈敏度極小。
圖4為本實用新型安裝示意圖1，也為垂線實施例，0為垂線，4為測量頭，5為鎖相放大器，6為信號發生器，7為支撐架，8為擱板，9、10、11、12為回流導線。
在被選定的位置處，垂線作為導線0，導線和電流信號發生器6相串聯，導線則為一根交變載流體，在垂線被測處0′安裝支撐架7，支撐架為一正多邊柱體(或圓柱體)形狀。安裝時應保證柱體中心線和垂線重合；擱板8為水平面，在0′略下方；擱板上平放兩個測量頭，分別檢測X、Y方向，其中心和垂線重合，測量頭和鎖相放大器相聯，輸出二維位移檢測信號。此處支撐架為正四方柱體，并以柱體的四條棱作為回流導線9、10、11、12，由于使回流導線阻抗完全一樣，所以回流大小相等，又由于回流導線對于垂線互為對稱，所以回流電磁場對測量頭無影響。
由于本實用新型采用電磁差動法原理設計，因此具有以下優點(1)測量媒介是磁場，所以是無接觸式測量，適合垂線側向恢復力小的特點；水和空氣導磁率很小，所以在潮濕環境中，結露等現象不影響測量精度。
(2)測量頭是全固體密封，沒有可動的機械部件，屬永久性器件，堅固可靠，可在惡劣環境下長期使用。
(3)測量頭尺寸小、重量輕、易于安裝。
(4)整套裝置結構簡單，具有良好的正交抑制比和線性度，橫向靈敏度極小。
(5)模擬信號連續輸出，可以快速測量。
本實用新型在具體實施中，垂線通常采用鋼絲。并設計二種測量頭一種是小量程的，其垂線動程范圍是40mm×40mm；另一種是大量程的，其垂線動程范圍是90mm×90mm。
權利要求1.一種由傳感器、支撐架組成的二維位移測量裝置，其特征在于傳感器是由一根被測直線0、兩個測量頭組成，被測直線通過兩個測量頭平面的中心，并互為垂直關系。
2.按權利要求1所述的二維位移測量裝置，其特征在于被測直線0用導線絲制成，和電流信號發生器6、支撐架7內的回流導線相串聯，使被測直線為一交變載流體。
3.按權利要求1所述的二維位移測量裝置，其特征在于每個測量頭4由兩個完全一樣的線圈1、2組成，其位置互相平行，一線端按差動法連接，另一線端和鎖相放大器5連接，線圈固定在上下兩個一樣的凹字形絕緣盒3內，蓋好膠合密封。
4.按權利要求1所述的二維位移測量裝置，其特征在于支撐架7為正多邊體(或圓柱體)形狀，安裝時使其中心軸線和被測直線重合；支撐架上的數根回流導體阻抗完全一樣，對于柱體中心軸線互為對稱。
專利摘要一種二維位移測量裝置，涉及在以垂線(或引張線)作為位置參考進行二維位移檢測的技術領域。為了解決對垂線無接觸測量、從測點分離出二維位移數值及適應垂線使用的惡劣條件，本實用新型采用電磁差動法工作原理設計。其特征是傳感器由被測直線(垂線)和兩個測量頭組成，被測直線通過測量頭平面中心，并互為垂直關系。被測直線為一交變載流體。測量頭由兩個完全一樣的線圈按差動法聯接，位置互相平行。廣泛應用于各種測量及大壩等大型高層建筑物的形變監測中。
文檔編號G01B7/02GK2108273SQ9120936
公開日1992年6月24日 申請日期1991年5月31日 優先權日1991年5月31日
發明者李樹德 申請人:李樹德