專利名稱：可連續(xù)使用的高分辨率豎向位移測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是一種量測技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)備，特別是一種可連續(xù)使用的高分辨 率豎向位移測量裝置。
背景技術(shù)：
對物體或部件的豎向位移進(jìn)行連續(xù)的、高分辨率的測量是科學(xué)研究和工程應(yīng)用 中經(jīng)常遇到的需求。為此人們開發(fā)出了很多種的測量裝置，除了常用的百分表(分辨 率0. Olmm)，水準(zhǔn)儀(分辨率0. Imm)，GPS(分辨率1cm)等之外，專利“一種通用型精密 位移測量輔助裝置以及測量方法”(200610098323.4)分辨率可達(dá)1微米，專利“微位移 測量裝置以及位移過程轉(zhuǎn)換成電信號的方法”(01818853. 2)中所述的方法分辨率可達(dá)1 埃米(I(Tltlm)，但對于有些特殊應(yīng)用來說，分辨率還是有待提高。專利申請“位移測量方 法”(201010022818. 5)提出了一種很高分辨率的位移測量方法，通過將對位移的測量轉(zhuǎn)換 為對質(zhì)量的測量，使得位移的測量分辨率得到很大提升。該裝置在分辨率方面可以說達(dá)到 了要求，但不方便對豎向位移進(jìn)行連續(xù)的測量?？紤]到實際應(yīng)用中經(jīng)常需要測量一組連續(xù) 加載工況下的多個位移數(shù)據(jù)，所以還有必要開發(fā)一種可連續(xù)使用的高分辨率位移測量裝 置。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種可連續(xù)使用的高分辨率豎 向位移測量裝置，可以獲得結(jié)構(gòu)在連續(xù)加載工況下的多次位移數(shù)據(jù)，同時也滿足分辨率高 的要求。本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本裝置包括導(dǎo)桿、U形管體、直管體、液 體、活塞1、活塞2、容器1、容器2、稱重裝置；液體通過兩個活塞限位而分別置于兩個管體 內(nèi)，兩個活塞之間由導(dǎo)桿連接，兩個容器分別貼近兩個管體放置，稱重裝置獨立放置。所述的導(dǎo)桿，為L形，上部連接待測點，下部分兩個端頭，分別連接兩個活塞；所述的U形管體和直管體，其截面形狀是圓形或多邊形任一種。所述的U形管體和直管體，在內(nèi)部液體的自由邊界處開有孔洞，接一向下傾斜的 滑片。所述的滑片，為表面光滑的金屬片，形狀為矩形。所述的活塞1，其截面形式和大小與U形管體內(nèi)截面完全一致。所述的活塞2，其截面形式和大小與直管體內(nèi)截面完全一致。所述的容器1，與其他部件沒有物理上的直接連接，但應(yīng)在U形管體孔洞處的滑片 下方放置，以承接管內(nèi)溢出的液體。所述的容器2，與其他部件沒有物理上的直接連接，但應(yīng)在直管體孔洞處的滑片下 方放置，以承接管內(nèi)溢出的液體。所述的稱重裝置，可根據(jù)測量精度的需要選自電子天平、分析天平、原子秤等任一種，觀測者使用它來獲取容器內(nèi)液體的重量值。它與其他部件沒有物理上的連接。本實用新型的基本工作過程和原理基本原理是通過管內(nèi)液體在測點位移作用下的位置變動，將對位移的測量轉(zhuǎn)換為 對溢出液體質(zhì)量的測量。由于目前對質(zhì)量的測量可以達(dá)到非常高的分辨率(電子天平為 Img,分析天平可達(dá)0. Img,原子秤可以達(dá)到十萬億分之一克)，所以這種轉(zhuǎn)換使得位移的測 量分辨率能得到很大提升。當(dāng)外加荷載使測點首次發(fā)生向下的豎向位移時，與之接觸的導(dǎo)桿及活塞1會隨之 移動，推動U形管體內(nèi)的液體發(fā)生移動并經(jīng)孔洞而溢出，容器1將承接這部分液體，通過對 容器1的稱重并進(jìn)行質(zhì)量和體積的轉(zhuǎn)換，可得到液體移動的距離數(shù)據(jù)，也就是待測的第一 次位移數(shù)據(jù)。當(dāng)后續(xù)的加載工況導(dǎo)致位移連續(xù)增大時，容器1內(nèi)液體將繼續(xù)增多，到第二次測
位移時，取走容器1測出重量增量即可。然后放回原位，繼續(xù)準(zhǔn)備后續(xù)測量......如此可
得到各待測測量值之間的差值，進(jìn)而換算出各個位移值，實現(xiàn)對位移的連續(xù)測量。注意每次測量時，加載要保持平穩(wěn)一段，讓位移保持不變一點時間，以移走容器 1進(jìn)行測量并再移回。當(dāng)待測的位移值由增大變?yōu)闇p小時，以上測量方式要進(jìn)行調(diào)整。此時首先觀察容 器2附近的管體2內(nèi)的液面是否與開口處平齊，如果之前進(jìn)行了連續(xù)的豎向位移增量測量， 則液面應(yīng)該是不平齊的，需要先加入液體進(jìn)行補(bǔ)齊。然后當(dāng)位移值減小時，導(dǎo)桿將上升，通 過活塞2推動管體2內(nèi)的液體上升，部分液體將溢出并流入容器2內(nèi)，移走容器2測量重量 增量即可得到這部分位移變化量。當(dāng)位移繼續(xù)減小時，可繼續(xù)進(jìn)行同樣的步驟，得到各待測 測量值之間的差值，進(jìn)而換算出各個位移值。如果是先測向上的位移，則先關(guān)注容器2的變化再關(guān)注容器1的變化即可，具體的 步驟與上類似。在實際加載之前要判斷出待測的多次位移數(shù)值的變化趨勢，可借助模型模擬計算 (如有限元模擬)的結(jié)果即可。建立結(jié)構(gòu)的計算模型，加上預(yù)設(shè)的荷載工況，則可計算出需 測的各個位移值的相對大小規(guī)律。本實用新型的有益效果本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、布置簡便、可連續(xù)使用、分辨率高、適用面廣泛。
圖1為本裝置的剖面示意圖。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施 例。本裝置的示意圖如附圖1所示。導(dǎo)桿(1)上端連接待測點，下端分兩頭，分別連接 活塞1(2)和活塞2 (3)，活塞1(2)、活塞2 (3)分別和U形管體(4)、直管體(5)緊密接觸。 兩個管體內(nèi)灌注液體，各有一端開口，在靠近開口端處開有孔洞，接一向下傾斜的滑片。另外在兩個滑片下各配一個獨立的容器1 (6)、容器2(7)，用以盛接溢出的液體。以先測量連續(xù)增大的多次向下位移，然后測量連續(xù)減少的位移為例來進(jìn)行說明當(dāng)測點發(fā)生向下的位移Δ時，將通過導(dǎo)桿(1)推動活塞1(2)向下運動，U形管 體(4)內(nèi)的液體將向右側(cè)移動并從開口處溢出，溢出的液體通過滑片流到下面的容器1(6) 內(nèi)，然后通過稱重裝置8測量容器1(6)的質(zhì)量變化可以算得Δ 設(shè)活塞1(2)的截面面積為Α，液體的密度為P，容器1(6)的質(zhì)量增量為m，則可以 列出如下方程A Δ ρ = m得到
m^=—-
aP由于質(zhì)量m的測量精度很高，所以通過上式得到的位移也能達(dá)到很高的分辨 率。例如假設(shè)A = 0. 5m2，采用的液體為水，在測試溫度25 °C下的密度為997. 043kg/ m3，采用分析天平測得容器內(nèi)的新增液體質(zhì)量為2. 2mg，則根據(jù)上式可得位移Δ = 4. 413049387X 10-9mo可見分辨率很高。如果需要更高分辨率的話，可采用原子秤來進(jìn)行稱 重，則幾乎可認(rèn)為分辨率無限高。要測量下次加載工況下的位移值，需將容器1(6)放回原位，然后加下一級荷載， 隨著位移的增大，容器1(6)內(nèi)液體將繼續(xù)增多，到第二次測位移時，取走容器1(6)測出重
量增量即可。然后放回原位，繼續(xù)準(zhǔn)備后續(xù)測量......如此可得到各測量值之間的差值，
進(jìn)而換算出各個位移值，實現(xiàn)對位移的連續(xù)測量。注意在容器移走到移回的這小段時間內(nèi)，加載應(yīng)保持平穩(wěn)，以讓位移值保持不 變，不影響下次測量。當(dāng)待測的位移值由增大變?yōu)闇p小時，以上測量方式要進(jìn)行調(diào)整。此時首先觀察直 管體(5)內(nèi)的液面是否與開口處平齊，加入部分液體以補(bǔ)齊。然后當(dāng)位移值減小時，導(dǎo)桿 (1)將上升，推動直管體(5)內(nèi)的液體上升，然后部分將溢出流入容器2(7)內(nèi)，移走容器 2(7)測量重量增量即可得到這部分位移變化量。當(dāng)位移繼續(xù)減小時，可繼續(xù)進(jìn)行同樣的步 驟，得到各待測測量值之間的差值，進(jìn)而換算出各個位移值。
權(quán)利要求一種可連續(xù)使用的高分辨率豎向位移測量裝置，其特征在于，包括導(dǎo)桿、U形管體、直管體、液體、活塞1、活塞2、容器1、容器2、稱重裝置，液體通過兩個活塞限位而分別置于兩個管體內(nèi)，兩個活塞之間由導(dǎo)桿連接，兩個容器分別貼近兩個管體放置，稱重裝置獨立放置。
2.如權(quán)利要求1所述的可連續(xù)使用的高分辨率豎向位移測量裝置，其特征是，所述的 導(dǎo)桿，為L形，上部連接待測點，下部分兩個端頭，分別連接兩個活塞。
3.如權(quán)利要求1所述的可連續(xù)使用的高分辨率豎向位移測量裝置，其特征是，所述的U 形管體和直管體，其截面形狀是圓形或多邊形任一種。
4.如權(quán)利要求1或3所述的可連續(xù)使用的高分辨率豎向位移測量裝置，其特征是，所述 的U形管體和直管體，在內(nèi)部液體的自由邊界處開有孔洞，接一向下傾斜的滑片，滑片為表 面光滑的金屬片，形狀為矩形。
5.如權(quán)利要求1所述的可連續(xù)使用的高分辨率豎向位移測量裝置，其特征是，所述的 活塞1，其截面形式和大小與U形管體內(nèi)截面完全一致。
6.如權(quán)利要求1所述的可連續(xù)使用的高分辨率豎向位移測量裝置，其特征是，所述的 活塞2，其截面形式和大小與直管體內(nèi)截面完全一致。
7.如權(quán)利要求1所述的可連續(xù)使用的高分辨率豎向位移測量裝置，其特征是，所述的 容器1，與其他部件沒有物理上的直接連接，但應(yīng)在U形管體孔洞處的滑片下方放置。
8.如權(quán)利要求1所述的可連續(xù)使用的高分辨率豎向位移測量裝置，其特征是，所述的 容器2，與其他部件沒有物理上的直接連接，但應(yīng)在直管體孔洞處的滑片下方放置。
專利摘要一種可連續(xù)使用的高分辨率豎向位移測量裝置，屬于量測技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型包括導(dǎo)桿、U形管體、直管體、液體、活塞1、活塞2、容器1、容器2、稱重裝置。本裝置測量位移的基本原理是將對位移的測量轉(zhuǎn)換為對溢出液體質(zhì)量的測量，從而達(dá)到了很高的分辨率。進(jìn)而又通過兩套活塞、管體、容器的配合以實現(xiàn)對多種加載工況下的位移連續(xù)測量。本實用新型的測量分辨率高、實施簡便、制造成本低廉，適用性很廣泛。
文檔編號G01B13/02GK201724660SQ20102018862
公開日2011年1月26日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者劉西拉, 方從啟, 王藝霖 申請人:王藝霖;劉西拉;方從啟