CN210070846U - 一种用于伸缩仪的标定装置及一种伸缩仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于伸缩仪的标定装置及一种伸缩仪，其中，用于伸缩仪的标定装置包括至少一对磁铁(1)、激励线圈(2)、磁致伸缩棒(3)、导杆(4)、固定座(5)、测量基线(8)，所述磁铁(1)相对放置，磁致伸缩棒(3)采用超磁致伸缩材料，磁致伸缩棒(3)设在磁铁(1)之间，激励线圈(2)环绕在磁致伸缩棒(3)外，导杆(4)一端穿过磁致伸缩棒(3)，导杆(4)另一端与固定座(5)连接，测量基线(8)固定连接在固定座(5)上。当需要进行标定工作时，启动激励线圈使磁场发生变化，使磁致伸缩棒发生伸长或缩短，带动导杆和固定座滑动，从而在伸缩仪上产生微位移以实现标定工作。

Description

一种用于伸缩仪的标定装置及一种伸缩仪

技术领域

本实用新型涉及微位移领域，特别涉及一种用于伸缩仪的标定装置及一种伸缩仪。

背景技术

伸缩仪是精密测量地壳岩体两点间水平距离相对变化的仪器，适用于观测地壳应变和固体潮水平分量的连续变化，为研究地震孕育过程的水平应变的变化规律提供数据，也为地球弹性研究提供重要数据。为了确定伸缩仪的测量分度值，一般需要采用专用标定装置，其主要作用是将输入信号准确地转化为一定的位移信号，以模拟在实际测量过程的微位移。为了设计出更好的伸缩仪，相应的，也需要精度准确的标定装置。

现有的伸缩仪标定装置主要有两种。一种标定装置是利用50:1的楔块将横向位移转换为纵向位移，从而进行标定，但是这种标定装置中楔块的大小受空间限制，不可能把尺寸做得太大，对于微位移的测量范围也相对较窄；另一种标定装置，利用恒定的力作用于弹性体上，弹性体在弹性范围内每次的变形量相同，由此产生的微位移量相同，从而进行标定工作，由于弹性体的弹性范围有限，标定装置的标定范围也受到限制，如果伸缩仪的频带宽度超出标定范围，标定装置将无法对伸缩仪进行标定。以上两种标定装置都无法对宽频伸缩仪进行标定，对伸缩仪的频带有很大的限制。

实用新型内容

鉴于上述问题，有必要提出一种用于伸缩仪的的标定装置，提高标定装置的标定范围，从而拓宽伸缩仪的频带宽度，提升伸缩仪的精度，本实用新型提出的技术方案如下：

一种用于伸缩仪的标定装置，包括至少一对磁铁、激励线圈、磁致伸缩棒、导杆、固定座、测量基线，所述磁铁相对放置，磁致伸缩棒采用超磁致伸缩材料，磁致伸缩棒设在所述磁铁之间，激励线圈环绕在磁致伸缩棒外，导杆一端穿过磁致伸缩棒，导杆另一端与固定座连接，测量基线固定连接在固定座上。

进一步的，所述标定装置还包括至少一个滑道，所述滑道与导杆平行设置，固定座沿滑道滑动。

进一步的，所述滑道有两个，两者相对设置，所述固定座上设有与滑道相同数量的凹槽或者腿。

进一步的，所述标定装置还包括预压件、外壳，所述预压件一端与固定座连接，另一端与外壳连接。

进一步的，所述预压件为顶杆或弹簧。

进一步的，所述标定装置还包括控制***，所述控制***包括激励开关和控制设备，所述激励开关用于给激励线圈输入激励电流。

进一步的，所述磁铁采用永久磁铁或软磁，优选采用永久磁铁。

进一步的，所述磁致伸缩棒采用铽镝铁合金材质。

相应的，本实用新型还提出了一种包含上述标定装置的伸缩仪，该伸缩仪还包括前置放大器、电容传感器定片、电容传感器动片、基线、固定座，传感器动片固定在标定装置上。

基于上述技术方案，本实用新型较现有技术而言的有益效果为：

当需要进行标定工作时，启动激励线圈使磁场发生变化，使磁致伸缩棒发生伸长或缩短，带动导杆和固定座滑动，从而在伸缩仪上产生微位移以实现标定工作。本实用新型基于超磁致伸缩材料的性能，采用电磁传动结构，设计了一种针对宽频伸缩仪的标定装置，这种材料极短时间内可精密、稳定地形成与磁场静、动态特性相匹配的无滞后型响应，其响应稳定，无迟滞及蠕变现象，具有磁致伸缩系数大、重复位移精度高、工作频带宽、抗压能力和承载能力大、刚性好、结构简单紧凑等优点。由于这种材料磁致伸缩系数大、响应时间短、工作频带宽，使得标定装置的标定范围更大，从而拓宽伸缩仪的观测范围，解决了现有技术中无法对宽频伸缩仪进行标定的问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例中，伸缩仪的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中，标定装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种伸缩仪，伸缩仪本体包括前置放大器101、电容传感器定片102、电容传感器动片104、标定装置103、基线105、固定座106，所述标定装置103固定在基线105上。电容传感器动片103固定在基线105上，电容传感器动片103离固定座106 的距离变化量Δd与传感器的输出电压变化量ΔU成正比，可根据输出电压的变化量，求出电容传感器动片103位移的变化量，从而实现标定目的。

本伸缩仪的前置放大器、电容传感器、基线等可以采用一些现有设备，本说明书着重介绍标定装置。

如图2所示，一种用于伸缩仪的标定装置，包括至少一对磁铁1、激励线圈2、磁致伸缩棒3、导杆4、固定座5、测量基线8，所述磁铁1相对放置，磁致伸缩棒3采用超磁致伸缩材料，磁致伸缩棒3设在所述磁铁1之间，激励线圈2环绕在磁致伸缩棒3 外，导杆4一端穿过磁致伸缩棒3，导杆4另一端与固定座5连接，测量基线8固定连接在固定座5上。

其工作原理是：磁铁1用来提供一定的偏磁场，使磁致伸缩棒3在合适的线性范围内工作。当需要进行标定工作时，启动激励线圈2使磁场发生变化，使磁致伸缩棒3发生伸长或缩短，带动导杆4和固定座5滑动。固定座5的作用是固定伸缩仪的测量基线 8，当固定座5产生位移时，将会在伸缩仪上产生微位移以进行标定工作。

磁致伸缩是指物体在磁场中磁化时，在磁化方向会发生伸长或缩短，当通过线圈的电流变化或者是改变与磁体的距离时其尺寸即发生显著变化的铁磁性材料，通常称为铁磁致伸缩材料。其尺寸变化比目前的铁氧体等磁致伸缩材料大得多，而且所产生的能量也大，则称为超磁致伸缩材料。超磁致伸缩材料有以下特点：

(1)磁致伸缩系数非常大，是Fe、Ni等材料的几十倍，是压电陶瓷的3～5倍。

(2)超磁致伸缩材料的能量转换效率在49％～56％之间，传统的磁致伸缩材料仅为 9％左右。

(3)居里温度在300以上，远比压电陶瓷要高，因此在较高温度下工作都可保持性能稳定。

(4)能量密度大，是Ni的400～800倍，是压电陶瓷的12～38倍，此特性适用于制造大功率器件。

(5)产生磁致伸缩效应的响应时间短，可以说磁化和产生应力的效应几乎是同时发生的，利用这一特性可以制造超高灵敏电磁感应器件。

(6)抗压强度和承载能力大，可在强压力环境下工作。

(7)工作频带宽，不仅适用于几百Hz以下的低频，而且适用于超高频。

本实用新型基于磁致伸缩材料的磁致伸缩系数大、响应时间短、工作频带宽的特点，采用电磁传动结构，设计了一种针对宽频伸缩仪的标定装置，解决了现有技术中对于宽频伸缩仪无法进行标定的问题。

在一些可选的实施例中，所述标定装置还包括位于至少一个滑道6，滑道6与导杆4平行设置，固定座5可以沿滑道6滑动。这样固定座5只能沿滑道6方向移动，提高了标定装置的稳定性。

在一些可选的实施例中，所述滑道6有两个，两者相对设置，所述固定座5上设有与滑道6相同数量的凹槽或者腿(其它能实现固定座在滑道上滑动的结构也行，不限于凹槽或者腿)。这样能增加固定座5移动的稳定性，提高测量基线8的重复位移精度，进而提高标定装置的稳定性和可重复性。

在一些可选的实施例中，所述标定装置还包括预压件7、外壳9，预压件7一端与固定座5连接，另一端与外壳9连接。由于超磁致伸缩材料的抗压强度远远大于其抗拉强度，因此采用预压件7使磁致伸缩棒3在一定压力下工作，磁致伸缩棒3的长度变化范围更大，使得标定装置的标定范围更宽。

在一些可选的实施例中，所述预压件7为顶杆或弹簧(本实施例为弹簧)。使用顶杆作为预压件7时，需要手动施加压力顶住固定座5；使用弹簧作为预压件7时，弹簧形变产生的弹力作为预压力施加在固定座5上，不需要手动操作，可以实现自动标定，所以优选为弹簧。

在一些可选的实施例中，所述标定装置还包括控制***(图中未标出)，所述控制***包括激励开关和控制设备，激励开关用于给激励线圈输入激励电流。激励开关给激励线圈输入激励电流后，激励线圈使磁场发生变化，使超磁致伸缩棒发生伸长或缩短，从而实现标定的工作。

在一些可选的实施列中，所述磁铁1采用永久磁铁或软磁，优选采用永久磁铁。磁铁分永久磁铁与软磁，永久磁铁是加上强磁，使磁性物质的自旋与电子角动量成固定方向排列，软磁则是加上电。两种磁铁都能提供标定装置所需的磁场，但是永久磁铁能够长久保持自身磁性，而软磁在电流去掉后会慢慢失去磁性，所以优选采用永久磁铁。

在一些可选的实施例中，所述磁致伸缩棒3采用铽镝铁合金材质。铽镝铁合金作为一种新型的稀土磁致伸缩材料，它的应变量比传统的超磁致伸缩材料(如镍基合金)大几十倍，使用这种材料的标定装置标定范围更宽，从而更好地拓宽伸缩仪的观测频带。

本实用新型基于超磁致伸缩材料响应速度快、响应稳定、磁致伸缩系数大、重复位移精度高、工作频带宽等特点，研发了一种用于宽频伸缩仪的标定装置，标定范围更宽，从而拓宽伸缩仪的观测频带。而且这种标定装置结构紧凑，可放置于伸缩仪内部使用，节省了使用空间的同时，也比较方便携带。本实用新型结构简单，实现方便。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于伸缩仪的标定装置，其特征在于，包括至少一对磁铁、激励线圈、磁致伸缩棒、导杆、固定座、测量基线，所述磁铁相对放置，磁致伸缩棒采用超磁致伸缩材料，磁致伸缩棒设在所述磁铁之间，激励线圈环绕在磁致伸缩棒外，导杆一端穿过磁致伸缩棒，导杆另一端与固定座连接，测量基线固定连接在固定座上。

2.如权利要求1所述的标定装置，其特征在于，还包括至少一个滑道，所述滑道与导杆平行设置，固定座沿滑道滑动。

3.如权利要求2所述的标定装置，其特征在于，所述滑道有两个，两者相对设置，所述固定座上设有与滑道相同数量的凹槽或者腿。

4.如权利要求1所述的标定装置，其特征在于，还包括预压件、外壳，所述预压件一端与固定座连接，另一端与外壳连接。

5.如权利要求4所述的标定装置，其特征在于，所述预压件为顶杆或弹簧。

6.如权利要求1所述的标定装置，其特征在于，还包括控制***，所述控制***包括激励开关和控制设备，所述激励开关用于给激励线圈输入激励电流。

7.如权利要求1～6任意一项所述的标定装置，其特征在于，所述磁铁采用永久磁铁或软磁。

8.如权利要求1～6任意一项所述的标定装置，其特征在于，所述磁致伸缩棒采用铽镝铁合金材质。

9.一种伸缩仪，包括伸缩仪本体，其特征在于，还包括位于伸缩仪本体内部的如权利要求1～8任意一项所述的标定装置。

10.如权利要求9所述的一种伸缩仪，其特征在于，所述伸缩仪本体包括前置放大器、电容传感器定片、电容传感器动片、基线、固定座，所述标定装置固定在基线上。

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