伸縮儀高精度膜片式微位移標定裝置的製作方法

2023-06-27 14:51:16

專利名稱：伸縮儀高精度膜片式微位移標定裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種微位移標定裝置，尤其涉及一種伸縮儀高精度膜片式微位移標定
裝置
背景技術：
伸縮儀是精密測量地殼巖體兩點間水平距離相對變化的儀器，適用於觀測地殼應變和固體潮水平分量的連續變化，為研究地震孕育過程的水平應變的變化規律提供數據，也為地球彈性研究提供重要數據。差分式短伸縮儀(Ζ1200610018250.3 ；CN100483151C)的標定裝置已經廣泛應用於全國數百個地震觀測臺站，其結構精密，但是加工精度要求高，製作工藝複雜。標定裝置的內部由燕尾槽和拉簧組成，利用50:1的斜楔塊將縱向位移轉換為橫向位移。在長時間使用過程中需要在標定裝置內加滿油，保證燕尾槽的滑動順暢性。由於在地震觀測臺站標定裝置要求一年僅使用兩次的特殊性，根據多個臺站的反饋意見，通常在標定裝置安裝使用兩年以後，標定裝置容易出現以下問題:
1、時間長了以後由於油凝固、進灰等原因使得燕尾槽卡死；
2、50:1的斜楔塊加工精度要求高，機械加工過程中的不確定性使得每一臺的標定裝置位移常數差異較大；
3、受山洞環境因素的影響，標定裝置長時間放置後重複精度變差，位移常數發生變化。

發明內容
本發明的目的就在於克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種結構更為簡單可靠的伸縮儀高精度膜片式微位移標定裝置。本發明的目的是這樣實現的:
本發明利用恆定的力作用於彈性體上，彈性體在彈性範圍內每次的變形量相同，由此產生的微位移量相同。本發明採用一定厚度的膜片作為彈性體，利用重錘和護板重力的合力作為作用於彈性體上的恆定作用力，利用步進電機控制重錘起落來保證彈性體在彈性範圍內處於只受恆定力和不受力兩個工作狀態。具體地說，本裝置包括移動物體、彈性膜片、膜片座、水平拉絲、護板、轉輪、步進電機、上蓋板、下蓋板、主動齒輪、螺杆、從動齒輪、吊絲、重錘、立杆、底板和轉輪座；
其位置和連接關係是:
在底板上，從左至右，分別設置有膜片座、轉輪座和立杆；
在膜片座上設置有彈性膜片；
在轉輪座上設置有一固定軸，轉輪的中心孔套在固定軸上；
上蓋板和下蓋板分別與立杆連接成一個支架，在上蓋板上設置有步進電機，在下蓋板上，從左至右，分別設置有相互嚙合的主動齒輪和從動齒輪，步進電機的轉軸和主動齒輪的中心軸連接，從動齒輪的中心內螺紋和螺杆的外螺紋相互嚙合，螺杆的下端通過吊絲和重錘連接；
移動物體、彈性膜片、水平拉絲和轉輪依次連接；轉輪、護板和重錘依次剛性連接，構成一個擺繫結構。本發明具有下列優點和積極效果:
1、解決了環境因素對標定誤差的影響；
2、位移常數恆定；
3、採用步進電機控制重錘起落，與臺站正在使用的伸縮儀主機完美結合，採用12V直流供電，傳輸、使用更加安全；
4、與臺站正在使用的數據採集器兼容，不需做硬體改動，重新寫入數採內程序即可直接應用於臺站；
5、結構更加簡單和小型化，加工精度要求低，方便運輸和安裝；
適用於伸縮儀的標定。


圖1是本發明的結構示意圖。圖中:其中:
O—移動物體，I一彈性膜片，2—膜片座， 3—水平拉絲，
4一護板， 5—轉輪， 6—步進電機，7.1、7.2一上、下蓋板，
8一主動齒輪，9一螺杆， 10—從動齒輪，11一吊絲，
12—重錘， 13—立杆， 14 一底板， 15—轉輪座。圖2是SSY-伸縮儀格值標定表。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例詳細說明:
一、本標定裝置的結構
1、總體
如圖1，本裝置包括移動物體O、彈性膜片1、膜片座2、水平拉絲3、護板4、轉輪5、步進電機6、上蓋板7.1、下蓋板7.2、主動齒輪8、螺杆9、從動齒輪10、吊絲11、重錘12、立杆13、底板14和轉輪座15 ；
其位置和連接關係是:
在底板14上，從左至右，分別設置有膜片座2、轉輪座15和立杆13 ；
在膜片座2上設置有彈性膜片I ;
在轉輪座15上設置有一固定軸，轉輪5的中心孔套在固定軸上；
上蓋板7.1和下蓋板7.2分別與立杆13連接成一個支架，在上蓋板7.1上設置有步進電機6,在下蓋板7.2上,從左至右,分別設置有相互嚙合的主動齒輪8和從動齒輪10,步進電機6的轉軸和主動齒輪8的中心軸連接，從動齒輪10的中心內螺紋和螺杆9的外螺紋相互嚙合，螺杆9的下端通過吊絲11和重錘12連接；
移動物體O、彈性膜片1、水平拉絲3和轉輪5依次連接；轉輪5、護板4和重錘12依次剛性連接，構成一個擺繫結構。其工作原理是:步進電機6通過主動齒輪8和從動齒輪10帶動螺杆9做垂直方向運動，螺杆9通過吊絲11與重錘12連接，通過對步進電機6轉動圈數的設定使重錘12處於高位和低位兩種狀態；重錘12通過護板4與轉輪5配合使得水平拉絲3隻在水平方向處於受力或不受力狀態，從而拉動彈性膜片I產生彈性變化使移動物體O產生微位移。①彈性膜片I處於不變形狀態
通過步進電機6的控制，使重錘12處於高位，此時吊絲11處於拉緊狀態，
水平拉絲3處於不受力狀態，彈性膜片I處於不變形狀態，使移動物體O不產生位移。②彈性膜片處於變形狀態
通過步進電機6的控制，使重錘12處於低位，此時吊絲11處於不受力狀態，水平拉絲3處於拉緊狀態，彈性膜片I僅受重錘12和護板4的重力合力(此力恆定不變)，處於彈性變形狀態，使移動物體O產生微位移。③由於重錘12和護板4的重力的合力恆定不變，所以每次標定過程中，移動物體O的微位移量是恆定的。2、功能部件O)移動物體O
移動物體O即被測物體，是伸縮儀傳感器的鐵芯。I)彈性膜片I
彈性膜片I是一種厚度為3_左右的不鏽鋼片，即一種微位移傳感器，本裝置中其受力所產生的微位移量為40 μ m左右。2)護板 4
護板4是一種不鏽鋼板，分別與轉輪5和重錘12剛性連接，構成一個擺繫結構；當重錘12做上下運動時,使轉輪5在小角度範圍內做順時針方向或逆時針方向轉動。3)吊絲 3
吊絲3是一種不鏽鋼鋼絲。4)步進電機6
步進電機6是一種三相直流電機，可以實現正反轉。5)其它功能部件均為常用件。二、使用說明
本標定裝置的底座14與地面固緊，移動物體O與伸縮儀基線處於同一水平位置；調整移動物體O的位置，使伸縮儀傳感器輸出處於測量範圍以內。伸縮儀日常工作狀態時，重錘12處於高位，使得彈性膜片I處於不受力狀態，避免彈性膜片I和水平拉絲3長時間受力發生非彈性變形。三、實驗情況
通過對步進電機6正反轉控制,實現步進電機工作流程。步進電機6轉動共10次,得到11個傳感器輸出電壓值，從而得到10個電壓差值。每次步進電機6轉動停止以後，停60S後開始讀數，保證傳感器處於穩定狀態。步進電機工作流程如下表；
權利要求
1.一種伸縮儀高精度膜片式微位移標定裝置，其特徵在於: 包括移動物體(O)、彈性膜片(I)、膜片座(2)、水平拉絲(3)、護板(4)、轉輪(5)、步進電機(6)、上蓋板(7.1)、下蓋板(7.2)、主動齒輪(8)、螺杆(9)、從動齒輪(10)、吊絲(11)、重錘(12)、立杆(13)、底板(14)和轉輪座(15)； 其位置和連接關係是: 在底板(14 )上，從左至右，分別設置有膜片座(2 )、轉輪座(15)和立杆(13); 在膜片座(2 )上設置有彈性膜片(I); 在轉輪座(15)上設置有一固定軸，轉輪(5)的中心孔套在固定軸上； 上蓋板(7.1)和下蓋板(7.2)分別與立杆(13)連接成一個支架，在上蓋板(7.1)上設置有步進電機(6)，在下蓋板(7.2)上，從左至右，分別設置有相互嚙合的主動齒輪(8)和從動齒輪(10)，步進電機(6)的轉軸和主動齒輪(8)的中心軸連接，從動齒輪(10)的中心內螺紋和螺杆(9)的外螺紋相互嚙合，螺杆(9)的下端通過吊絲(11)和重錘(12)連接； 移動物體(O )、彈性膜片(I)、水平拉絲(3 )和轉輪(5 )依次連接；轉輪(5 )、護板(4)和重錘(12)依次剛性連接，構成一個擺繫結構。
全文摘要
本發明公開了一種伸縮儀高精度膜片式微位移標定裝置，涉及一種微位移標定裝置。本標定裝置包括移動物體(0)、彈性膜片(1)、膜片座(2)、水平拉絲(3)、護板(4)、轉輪(5)、步進電機(6)、上蓋板(7.1)、下蓋板(7.2)、主動齒輪(8)、螺杆(9)、從動齒輪(10)、吊絲(11)、重錘(12)、立杆(13)、底板(14)和轉輪座(15)。本發明解決了環境因素對標定誤差的影響；位移常數恆定；採用步進電機控制重錘起落，與臺站正在使用的伸縮儀主機完美結合；與臺站正在使用的數據採集器兼容；結構更加簡單和小型化，加工精度要求低，方便運輸和安裝；適用於伸縮儀的標定。
文檔編號G01B21/02GK103105150SQ20131003508
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月30日 優先權日2013年1月30日
發明者楊江, 高平, 徐春陽, 杜為民, 呂寵吾, 陳志高, 項大鵬 申請人:中國地震局地震研究所