CN113310412A - 一种全自动位移、应变传感器校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种全自动位移、应变传感器校准装置，属于测试计量领域。包括激光器、分光镜安装板、分光镜、测量镜安装板、测量镜、夹具连接件、活动夹具、显微镜、定位条、传感器装夹块、传感器装夹上盖、精密定位台、精密定位台罩壳。激光器与分光镜安装板、分光镜、测量镜安装板、测量镜共同构成精密位移测量***，固定于装置一侧。活动夹具通过夹具连接件固定在测量镜安装板上。传感器装夹块与传感器装夹上盖构成固定夹具，并由定位条固定在精密定位台罩壳上。显微镜固定在精密定位台罩壳一侧。精密定位台被精密定位台罩壳罩住保护起来。本发明可实现位移、应变传感器的全自动、高精度、快速校准。

Description

一种全自动位移、应变传感器校准装置

技术领域

本发明涉及测试计量技术领域，特别是涉及一种全自动位移、应变传感器校准装置。

背景技术

位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，它可以将被测物理量转换为电信号输出，经常用于长度尺寸的测量。位移传感器广泛应用于机床加工、交通运输、建筑桥梁等行业。但位移传感器使用过程中，随着时间的推移或温度的变化，位移传感器的特性可能会发生变化，产生零点漂移等现象，使测量精度下降，为了保证位移传感器的测量精度和可靠性，需要定期校准位移传感器。

应变是具有几何结构特征的物体，因受到外力和非均匀温度场等因素的影响,而引起物体或其几何结构发生了相对于自身的位移和形变。应变的单位ε是形变量与原尺寸L的比值，ε＝ΔL/L，无量纲。应变式传感器能够精确测量受力后引起材料结构产生的应变，因此在对健康监测方面有广泛应用。

目前高精度位移传感器的校准主要是以激光干涉仪作为标准溯源仪器，通过比对位移传感器与激光干涉仪的输出值，来实现位移传感器的校准。现有的位移、应变传感器校准装置多数只能针对特定类型、特定尺寸的位移传感器，功能比较单一，不能完全地有效利用，并且装拆麻烦。在测量校准时，难以调整。

为了完善和提高实验室的检测能力，满足常用的、大量程的位移、应变传感器的校准，迫切需要一套自动化程度高、装拆方便、调整简单、测量精度高、测量范围大的校准装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种全自动位移、应变传感器校准装置，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种全自动位移、应变传感器校准装置，包括激光器、分光镜安装板、分光镜、测量镜安装板、测量镜、夹具连接件、活动夹具、显微镜、定位条、传感器装夹块、传感器装夹上盖、精密定位台、精密定位台罩壳；所述精密定位台罩壳罩设在所述精密定位台外侧；所述激光器安装在所述精密定位台的一端；所述分光镜安装板安装在所述精密定位台罩壳顶端，所述分光镜安装在所述分光镜安装板上；所述测量镜安装板安装在所述精密定位台顶端，所述测量镜安装在所述测量镜安装板上；所述激光器与所述分光镜安装板、所述分光镜、所述测量镜安装板及所述测量镜共同构成精密位移测量***；所述分光镜安装板、所述测量镜安装板及所述活动夹具沿所述激光器激光出射方向依次设置；所述活动夹具通过所述夹具连接件固定在所述测量镜安装板上；所述传感器装夹块与所述传感器装夹上盖构成固定夹具，所述固定夹具位于所述精密定位台远离所述激光器的一端，所述固定夹具通过所述定位条固定在所述精密定位台罩壳顶端；所述显微镜位于所述固定夹具与所述精密位移测量***之间，且所述显微镜固定在所述精密定位台罩壳上。

优选的，所述活动夹具包括活动夹具上盖和活动夹具固定件；所述活动夹具固定件上内嵌有磁铁，所述活动夹具固定件吸附固定在所述夹具连接件上；所述活动夹具上盖宽度小于所述活动夹具固定件宽度。

优选的，所述夹具连接件的工作面为研磨面，所述夹具连接件的固定面开设有不通螺纹孔，所述夹具连接件螺纹固定在测量镜安装板上。

优选的，所述显微镜包括左显微镜和右显微镜，所述左显微镜和右显微镜均固定在所述精密定位台罩壳顶部端面上。

优选的，所述传感器装夹块包括前传感器装夹块与后传感器装夹块，所述前传感器装夹块与后传感器装夹块上分别开设有沉头孔及螺纹孔，所述前传感器装夹块和后传感器装夹块中部均开设有不同直径的圆弧槽。

优选的，所述传感器装夹上盖包括前传感器装夹上盖与后传感器装夹上盖，所述前传感器装夹上盖中部与后传感器装夹上盖中部均开设有不同直径的圆弧槽，所述前传感器装夹上盖与后传感器装夹上盖上各开设有两个U型槽，两所述U型槽关于圆弧槽对称设置。

优选的，所述精密定位台罩壳为一体式，所述精密定位台罩壳一侧壁上开设有长方形槽，所述精密定位台罩壳顶面上开设有螺纹孔及长方形槽。

优选的，所述测量镜安装板为L型，所述测量镜安装板侧面开设有O型沉头槽及螺纹孔；所述分光镜安装板为L型，所述分光镜安装板侧面开设有O型沉头槽；所述定位条上开设有沉头孔。

本发明公开了以下技术效果：

1.一种全自动位移、应变传感器校准装置为一体式仪器，解决了位移、应变传感器无专用的校准装置的问题。

2.设计显微镜读数，测量应变，避免了粘贴处应变不均匀对应变传感器测量校准的影响，测量精度高。

3.设计带磁铁的活动夹具与固定夹具，结构简单，装夹拆卸方便，调整简单，可解决不同直径、不同长度、不同类型的位移、应变传感器的装夹问题。

4.分光镜和测量镜可微调，使得激光干涉仪的校准光轴和被校准位移、应变传感器的测量轴线同轴，避免了因不同轴而产生的阿贝误差。

5.精密定位台可由计算机全自动控制，可实现多位置连续快速测量，提高了测量的工作效率，减少了操作人员的劳动力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种全自动位移、应变传感器校准装置结构示意图；

图2为活动夹具结构示意图；

图3为传感器装夹块结构示意图；

图4为传感器装夹上盖结构示意图；

图5为测量镜安装板结构示意图；

图6为分光镜安装板结构示意图；

其中，激光器1、分光镜安装板2、分光镜3、测量镜安装板4、测量镜5、夹具连接件6、活动夹具7、活动夹具上盖7-1、活动夹具固定件7-2、显微镜8、左显微镜8-1、右显微镜8-2、定位条9、传感器装夹块10、后传感器装夹块10-1、前传感器装夹块10-2、传感器装夹上盖11、后传感器装夹上盖11-1、前传感器装夹上盖11-2、精密定位台12、精密定位台罩壳13。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本发明提供一种全自动位移、应变传感器校准装置，包括激光器1、分光镜安装板2、分光镜3、测量镜安装板4、测量镜5、夹具连接件6、活动夹具7、显微镜8、定位条9、传感器装夹块10、传感器装夹上盖11、精密定位台12、精密定位台罩壳13。

本实施例中，采用大理石水平工作平台，精密定位台12通过螺丝固定在大理石水平工作平台上，精密定位台罩壳13通过螺丝固定在大理石水平工作平台上，并将精密定位台12罩住保护起来。精密定位台12的运动平台定位在精密定位台罩壳13的顶端长方形槽中间。

本实施例中，激光器1固定在精密定位台罩壳13一侧，作为溯源标准器。测量镜安装板4通过螺丝固定在精密定位台12上，测量镜安装板4为L型，侧面加工有O型沉头槽及螺纹孔，O型沉头槽在左右方向上开孔长度较大，可使测量镜在左右方向上进行调整。分光镜安装板2通过螺丝固定在精密定位台12上，分光镜安装板2为L型，侧面加工有O型沉头槽，O型沉头槽在上下方向上开孔长度较大，可使分光镜在上下方向上进行调整。激光器1与分光镜安装板2、分光镜3、测量镜安装板4、测量镜5组合构成精密位移测量***，用于微小位移的精密测量。

本实施例中，用螺丝将定位条9安装固定在精密定位台罩壳13，且保证定位条9长度最长的平面与精密定位台罩壳13的前端面平行，以间接保证位移传感器的定位精度。将前传感器装夹块10-2与后传感器装夹块10-1的侧面分别与定位条9长度最长的另一平面贴紧并用螺丝固定，此时前传感器装夹块10-2与后传感器装夹块10-1相互平行。前传感器装夹块10-2与后传感器装夹块10-1之间的距离可通过精密定位台罩壳13上间距不同的螺纹孔进行调整，另外前传感器装夹块10-2与后传感器装夹块10-1中间加工有不同直径的圆弧槽，可满足不同长度、不同直径位移传感器的装夹需求。将被校准的位移传感器安装在相互平行的前传感器装夹块10-2与后传感器装夹块10-1上的圆弧槽中，由前传感器装夹上盖11-2与后传感器装夹上盖11-1上的圆弧槽配合将被校准的位移传感器夹住，在手拧螺丝的配合下牢牢固定，若被测位移传感器直径较小，可将前传感器装夹上盖11-2与后传感器装夹上盖11-1翻转过来利用中间部分的平面与前传感器装夹块10-2与后传感器装夹块10-1上的圆弧槽配合，在手拧螺丝的配合下牢牢固定。夹具连接件6通过螺丝固定在测量镜安装板4上，可拆卸更换，工作面为两个面积最大的面中没有螺纹孔的面，并进行研磨。当被测位移传感器右端通过固定夹具固定，左端不用固定时，位移传感器顶在夹具连接件6工作面并进行测量校准。当被测位移传感器右端通过固定夹具固定，左端需要固定时，将活动夹具固定件7-2通过磁铁吸附在夹具连接件6工作面上，再搭配活动夹具上盖7-1将位移传感器左端固定。活动夹具采用磁铁吸附固定，方便调整，以减小阿贝误差。

本实施例中，显微镜8包括左显微镜8-1与右显微镜8-2，两显微镜固定在精密定位台罩壳13上，所述左显微镜8-1与右显微镜8-2之间的距离L经过精密测量确定。

本实施例中，精密定位台12可由计算机全自动控制，测量速度快，同时减少了操作人员的劳动力。计算机控制精密定位台12的运动平台进行精密移动，同时采集激光干涉仪的读数作为标准位移，采集位移传感器的读数作为被测读数。对于线纹尺的校准测量，采集两显微镜的读数，然后将读数经过计算后的结果作为被测位移。测量一定距离与一定次数后，将标准位移与被测位移进行对比，可计算出被测位移传感器的基本误差、线性度误差、重复性误差、回程误差、满量程输出和灵敏度。对位移传感器、线纹尺等位移测量仪器进行测量校准。

实施例2

在本实施例中，被测传感器为光纤应变传感器，在光纤应变传感器的光纤上进行标记。将光纤应变传感器一端固定在所述固定夹具上，一端固定在所述活动夹具上。并使得可在所述两显微镜上分别观察到光纤上的标记。

本实施例中，精密定位台12可由计算机全自动控制。计算机控制精密定位台12的运动平台进行精密移动，同时采集两显微镜上光纤标记的移动距离，作差的结果作为光纤拉伸位移ΔL，在由公式ε＝ΔL/L计算光纤应变传感器的光纤的应变作为标准应变。采集光纤应变传感器测量的读数作为测量应变。测量一定距离与一定次数后，将标准应变与测量应变进行对比，可计算出被测光纤应变传感器的基本误差、线性度误差、重复性误差、回程误差、满量程输出和灵敏度。对光纤应变传感器进行测量校准。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种全自动位移、应变传感器校准装置，其特征在于，包括激光器(1)、分光镜安装板(2)、分光镜(3)、测量镜安装板(4)、测量镜(5)、夹具连接件(6)、活动夹具(7)、显微镜(8)、定位条(9)、传感器装夹块(10)、传感器装夹上盖(11)、精密定位台(12)、精密定位台罩壳(13)；所述精密定位台罩壳(13)罩设在所述精密定位台(12)外侧；所述激光器(1)安装在所述精密定位台(12)的一端；所述分光镜安装板(2)安装在所述精密定位台罩壳(13)顶端，所述分光镜(3)安装在所述分光镜安装板(2)上；所述测量镜安装板(4)安装在所述精密定位台(12)顶端，所述测量镜(5)安装在所述测量镜安装板(4)上；所述激光器(1)与所述分光镜安装板(2)、所述分光镜(3)、所述测量镜安装板(4)及所述测量镜(5)共同构成精密位移测量***；所述分光镜安装板(2)、所述测量镜安装板(4)及所述活动夹具(7)沿所述激光器(1)激光出射方向依次设置；所述活动夹具(7)通过所述夹具连接件(6)固定在所述测量镜安装板(4)上；所述传感器装夹块(10)与所述传感器装夹上盖(11)构成固定夹具，所述固定夹具位于所述精密定位台(12)远离所述激光器(1)的一端，所述固定夹具通过所述定位条(9)固定在所述精密定位台罩壳(13)顶端；所述显微镜(8)位于所述固定夹具与所述精密位移测量***之间，且所述显微镜(8)固定在所述精密定位台罩壳(13)上。

2.根据权利要求1所述的全自动位移、应变传感器校准装置，其特征在于，所述活动夹具(7)包括活动夹具上盖(7-1)和活动夹具固定件(7-2)；所述活动夹具固定件(7-2)上内嵌有磁铁，所述活动夹具固定件(7-2)吸附固定在所述夹具连接件(6)上；所述活动夹具上盖(7-1)宽度小于所述活动夹具固定件(7-2)宽度。

3.根据权利要求1所述的全自动位移、应变传感器校准装置，其特征在于，所述夹具连接件(6)的工作面为研磨面，所述夹具连接件(6)的固定面开设有不通螺纹孔，所述夹具连接件(6)螺纹固定在测量镜安装板(4)上。

4.根据权利要求1所述的全自动位移、应变传感器校准装置，其特征在于，所述显微镜(8)包括左显微镜(8-1)和右显微镜(8-2)，所述左显微镜(8-1)和右显微镜(8-2)均固定在所述精密定位台罩壳(13)顶部端面上。

5.根据权利要求1所述的全自动位移、应变传感器校准装置，其特征在于，所述传感器装夹块(10)包括前传感器装夹块(10-2)与后传感器装夹块(10-1)，所述前传感器装夹块(10-2)与后传感器装夹块(10-1)上分别开设有沉头孔及螺纹孔，所述前传感器装夹块(10-2)和后传感器装夹块(10-1)中部均开设有不同直径的圆弧槽。

6.根据权利要求5所述的全自动位移、应变传感器校准装置，其特征在于，所述传感器装夹上盖(11)包括前传感器装夹上盖(11-2)与后传感器装夹上盖(11-1)，所述前传感器装夹上盖(11-2)中部与后传感器装夹上盖(11-1)中部均开设有不同直径的圆弧槽，所述前传感器装夹上盖(11-2)与后传感器装夹上盖(11-1)上各开设有两个U型槽，两所述U型槽关于圆弧槽对称设置。

7.根据权利要求1所述的全自动位移、应变传感器校准装置，其特征在于，所述精密定位台罩壳(13)为一体式，所述精密定位台罩壳(13)一侧壁上开设有长方形槽，所述精密定位台罩壳(13)顶面上开设有螺纹孔及长方形槽。

8.根据权利要求1所述的全自动位移、应变传感器校准装置，其特征在于，所述测量镜安装板(4)为L型，所述测量镜安装板(4)侧面开设有O型沉头槽及螺纹孔；所述分光镜安装板(2)为L型，所述分光镜安装板(2)侧面开设有O型沉头槽；所述定位条(9)上开设有沉头孔。

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