专利名称：高速非接触式冲击位移线阵传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机械动力装置的冲击测试领域，尤其涉及一种高速非接触式冲击 位移线阵传感器。
背景技术：
抗冲元件冲击变形测量通常采用电测方法或者简易方法，其中电测方法通常使 用接触式变形传感器，如拉杆式滑线电阻传感器等，使用时将传感器固定于被测抗冲元件 两端，测试该元件在冲击过程中的时域曲线，该电测方法虽然具有较好的精度，但安装不方 便，尤其是当爆炸当量非常大时，拉杆式变形传感器常常由于两端固接而发生折断，影响测 量。简易测量方法包括橡皮泥或者针管等方法，这些方法简单易用，但测试精度有限，并且 只能测试元件冲击变形峰值，不能测试变形时域曲线。
发明内容本实用新型是为了克服现有技术存在的上述缺点而提供的一种高速非接触式冲 击位移线阵传感器，该高速非接触式冲击位移线阵传感器以简单实用可行的技术，非接触 地应用于抗冲元件冲击变形测量中，具有测量精度高、可靠性好、安装方便、成本低等特点。本实用新型采取的技术方案是高速非接触式冲击位移线阵传感器，其特点是，包 括一机壳，所述的机壳前端设有镜头安置孔，后端设有取景孔；一支架，与机壳活动连接； 一光学镜头，嵌设在机壳前端的镜头安置孔内；一取景器，设置在所述机壳内，与所述镜头 相对，该取景器的后端与所述机壳后端的取景孔相对，或嵌设在所述机壳后端的取景孔内； 一线阵传感元件，与所述对景毛玻璃一侧相邻，并与所述镜头相对；一 USB联机电缆，与所 述线阵传感元件的输出端电连接。上述高速非接触式冲击位移线阵传感器，其中，所述的支架呈U形，其两侧顶部与 机壳两侧活动连接。上述高速非接触式冲击位移线阵传感器，其中，所述的支架的高度为固定的，或为 高度可调节的。上述高速非接触式冲击位移线阵传感器，其中，还包括一俯仰对景调节固定机构， 所述的俯仰对景调节固定机构包括设置在支架两侧的第一和第二锁紧螺栓；所述的支架两 侧顶部设有连接孔，所述的机壳两侧对应支架两侧设置的连接孔的部位各设有一螺栓孔， 所述的第一和第二锁紧螺栓分别穿过支架各自一侧的连接孔与所述各自一侧的机壳的螺 栓孔螺合，调节对景角度并固定。上述高速非接触式冲击位移线阵传感器，其中，还包括一左右对景调节固定机构， 由一第三锁紧螺栓构成，所述的支架底部设有固定孔，所述的第三锁紧螺栓穿过所述支架 底部的固定孔，将所述支架与固定物连接，调节左右对景角度并固定。上述高速非接触式冲击位移线阵传感器，其中，所述的线阵传感元件与取景器的 一侧紧贴；或与取景器的一侧设有间隙；所述线阵传感元件与取景器的组合均与所述镜头相对。 上述高速非接触式冲击位移线阵传感器，其中，所述的取景器为光学取景器，包括 对景毛玻璃。本实用新型由于采用了以上的技术方案，其取得的技术效果是明显的(1)高速记录和传输线阵传感元件记录的是一维光影像，图像由二维帧减少到一维线，每幅图像信息 量以数量级下降，因此每秒传送的图像大量增加，测量速度通常每秒就可以达到数千到万 幅以行组成的图像。如果应用每秒记录一万幅线阵图像的线阵传感器成像技术，可满足抗 冲元器件冲击变形的高速测量要求，时间分辨率可达到0. 1毫秒；(2)分辨率较高线阵传感元件的分辨率一般2000像素以上，2000像素分辨率的线阵传感器足以 满足抗冲元器件的冲击变形测量需求。例如，测量一个抗冲元件冲击变形，在主方向上的元 件尺度为200毫米，测量的分辨率达到0. 2毫米，可满足元件冲击变形测量分辨率要求；(3)非接触测量采用本实用新型测量抗冲元件冲击变形，由于是非接触测量，免去了传感器本身 受冲击的影响。而一般接触式变形传感器需连接在被测抗冲元件测点上，因此接触式变形 传感器有承受加速度、速度和变形范围的限值，而本实用新型线阵传感器只有变形范围限 值；(4)测量精度较高采用本实用新型测量抗冲元件的冲击变形，可达到拉杆式变形传感器精度要求， 约千分之一。通过控制冲击变形与测量范围比值就可达到变形测量的精度。线阵测量可以 达到昂贵的高速摄影机精度，但本实用新型无需昂贵的高精镜头，技术上容易实现，且对信 号还可进行线性修正；(5)多点测量和影像信号处理一般接触式变形传感器，只能测两点间单方向变形。而本实用新型可测量多点、多 方向的冲击变形，得到的是测量线上的影像信息，这些图像信息产生于抗冲元件表面测量 一条线上的特征处，可根据需要方便添加一些与测量线垂直的容易识别的线条，因此可在 抗冲元件测量线上测量多个点位。只要将时间上相关的测量线上测点信息统一处理，即可 得到相关点变形。

本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图进一步给出。图1是本实用新型高速非接触式冲击位移线阵传感器的一种实施例的从一角度 看过去的整体结构立体示意图。图2是本实用新型高速非接触式冲击位移线阵传感器的上述实施例的从另一角 度看过去的整体结构立体示意图。图3是图1的侧视图。图4是图3的左视图(部分剖视)。图5是冲击试验模型产生的波形通过本实用新型的线阵传感元件记录的示意图。[0028] 图6是本实用新型高速非接触式冲击位移线阵传感器记录的图5冲击试验模型产 生的波形向计算机输送后由计算机显示的波形示意图。
具体实施方式
请参阅图1 图4，这是本实用新型高速非接触式冲击位移线阵传感器的一种实 施例的结构示意图。本实用新型高速非接触式冲击位移线阵传感器，包括一机壳1、一支 架2、一光学镜头3、一取景器4、一线阵传感元件5、一 USB联机电缆6。其中所述的机壳1 的前端设有镜头安置孔11，后端设有取景孔12。所述的支架呈U形，其两侧顶部与机壳两 侧活动连接。该支架的两侧的高度可为固定的，也可为高度可调节的，其高度调节的结构例 如可采用套筒式；或为两段式，采用螺栓螺孔的相互连接方式。本实施例支架两侧的高度是 固定的。所述的光学镜头3嵌设在机壳前端的镜头安置孔内，本实施例所述的镜头采用焦 距约400毫米的大直径的放大镜。所述的取景器4和线阵传感元件5设置在所述机壳内， 与所述镜头相对，如图4所示。所述的取景器为光学取景器，本实施例采用对景毛玻璃；该 取景器的后端与所述机壳后端的取景孔相对，或如本实施例所示嵌设在所述机壳后端的取 景孔内。所述的线阵传感元件5用于获取被测物冲击变形的波形，该线阵传感元件5与所 述取景器4 一侧相邻，可以设置为所述的线阵传感元件与取景器的一侧紧贴，也可以设置 为所述的线阵传感元件与取景器的一侧设有间隙，所述线阵传感元件与取景器的组合均与 所述镜头相对。本实施例选择所述的线阵传感元件紧贴在取景器一侧的结构，最佳的结构 是所述线阵传感元件与所述取景器贴合的连接线a与所述镜头的中心线b的投影重合。所 述的USB联机电缆6与所述线阵传感元件5的输出端电连接，该USB联机电缆6用于向计 算机输送线阵传感元件5输出的被测物冲击变形的波形，同时通过计算机向所述线阵传感 元件5提供工作电源。本实用新型高速非接触式冲击位移线阵传感器还包括一俯仰对景调节固定机构， 所述的俯仰对景调节固定机构包括第一锁紧螺栓71和第二锁紧螺栓72 ；所述的支架两侧 顶部设有连接孔，所述的机壳两侧对应支架两侧设置的连接孔的部位各设有一螺栓孔，所 述的第一紧螺栓和第二锁紧螺栓分别穿过支架各自一侧的连接孔与所述各自一侧的机壳 的螺栓孔螺合，调节俯仰对景角度并固定。 本实用新型高速非接触式冲击位移线阵传感器还包括一左右对景调节固定机构， 由一第三锁紧螺栓8构成，所述的支架底部设有固定孔，所述的第三锁紧螺栓穿过所述支 架底部的固定孔，螺合在所述固定物上，调节左右对景并将所述支架与固定物固定连接。使用时，先将本实用新型高速非接触式冲击位移线阵传感器的所述的支架通过所 述第三锁紧螺栓螺合在固定物上，左右调节其镜头面向被测物件，并固定。在被测物体上设 置垂直运动方向的、在线阵传感元件上可产生明显光学影像的边缘或线条。然后松开第一 紧螺栓和第二锁紧螺栓，调节本实用新型高速非接触式冲击位移线阵传感器的俯仰角，通 过取景器预览被测物件，使影像清晰，再通过俯仰对景调节固定机构的第一和第二锁紧螺 栓固定定位。测量时，被测物件的光影像透过镜头投射到线阵传感元件的感光面上并成像，由 线阵传感元件测到的线条状的线阵图像信号，由USB联机电缆连续不断地传至计算机，完 成运动信号的采集。[0034]请参阅图5，图5是冲击试验模型产生的波形通过本实用新型中线阵传感元件5记 录的示意图。跌落式冲击台103例如为液压控制式试验台架，抗冲元件102安装在试验台 103的台面上，冲击锤100的锤头101释放后自由跌落，通过控制冲击波形的波形发生器，对 抗冲元件施加一个冲击激励。当锤头反弹跳起后，试验台将重新下落的锤头刹车制动，防止 多次冲击。而在冲击试验过程中，线阵传感元件5记录了抗冲元件的波形105、锤头冲击波 形104、以及基座变形波形106等多点变形波形。[0035]请参阅图6，图6是本实用新型高速非接触式冲击位移线阵传感器记录的图5冲击 试验模型产生的波形向计算机输送后由计算机显示的波形示意图。试验中，线阵传感器测 量精度基本控制在千分之一之内，从图中可以看出，除了能够有效获取抗冲元件冲击变形 以外，还获取了试验台架的台面在冲击锤碰撞过程中轻微运动状况，因为冲击台体具有很 低的频率和较大的阻尼，碰撞时瞬态运动状况用拉杆式变形传感器很难测量，而本实用新 型则很好实现了这一功能。除了台面和抗冲元件外还获得了其他测点的冲击变形数据，包 括落锤冲击曲线201、被测元件顶部变形曲线202、被测元件上部变形曲线203、被测元件中 部变形曲线204、被测元件下部变形曲线205、以及基座变形曲线206。图中纵坐标表示冲击 位移(mm)，横坐标表示时间(S)。本实用新型是非接触式的测量抗冲元件上的某一个点的影像，只选取图像每一列 的一个点进行数据采集，记录该点在时域下整个冲击过程中各个时刻的位移变化，最后将 每个时刻记录的影像位置连接起来，从而形成元件上该点在整个冲击过程中的位移变化曲 线。由于每个图像位置只记录一个点，因此可以大大降低数据采集点的数量，单位时间传送 的图像大量增加，缩短记录时间，可以满足高速冲击位移数据测量的要求。采用本实用新型测量被测物件的抗冲元件冲击变形，由于是非接触的测量，因此 测点布置方便易行，测量信息丰富，可方便添加冲击变形测点；即使在冲击加速度很大的情 况下，测量信号也没有明显漂移，测量效果好。试验证明本实用新型和传统变形传感器相比，具有精度较高，可靠性较好，适应性 强、安装方便等特点，能够满足抗冲元件冲击变形的测试要求，并且价格适中，便于工程上 的应用。可应用于台架冲击试验、浮动平台试验，尤其是较大爆炸当量的实船水下爆炸试验 中的冲击变形测量，工程推广应用前景广阔。
权利要求1.高速非接触式冲击位移线阵传感器，其特征在于，包括一机壳，所述的机壳前端设有镜头安置孔，后端设有取景孔；一支架，与机壳活动连接；一光学镜头，嵌设在机壳前端的镜头安置孔内；一取景器，设置在所述机壳内，与所述镜头相对；该取景器的后端与所述机壳后端的取 景孔相对，或嵌设在所述机壳后端的取景孔内；一线阵传感元件，与所述对景毛玻璃一侧相邻，并与所述镜头相对；一 USB联机电缆，与所述线阵传感元件的输出端电连接。
2.根据权利要求1所述的高速非接触式冲击位移线阵传感器，其特征在于，所述的支 架呈U形，其两侧顶部与机壳两侧活动连接。
3.根据权利要求1或2所述的高速非接触式冲击位移线阵传感器，其特征在于，所述的 支架的高度为固定的，或为高度可调节的。
4.根据权利要求1所述的高速非接触式冲击位移线阵传感器，其特征在于，还包括一 俯仰对景调节固定机构，所述的俯仰对景调节固定机构包括设置在支架两侧的第一和第二 锁紧螺栓；所述的支架两侧顶部设有连接孔，所述的机壳两侧对应支架两侧设置的连接孔 的部位各设有一螺栓孔，所述的第一和第二锁紧螺栓分别穿过支架各自一侧的连接孔与所 述各自一侧的机壳的螺栓孔螺合，调节俯仰对景角度并固定。
5.根据权利要求1所述的高速非接触式冲击位移线阵传感器，其特征在于，还包括一 左右对景调节固定机构，由一第三锁紧螺栓构成，所述的支架底部设有固定孔，所述的第三 锁紧螺栓穿过所述支架底部的固定孔，将所述支架与固定物连接，调节左右对景角度并固 定。
6.根据权利要求1所述的高速非接触式冲击位移线阵传感器，其特征在于，所述的线 阵传感元件与取景器的一侧紧贴；或与取景器的一侧设有间隙；所述线阵传感元件与取景 器的组合均与所述镜头相对。
7.根据权利要求1或6所述的高速非接触式冲击位移线阵传感器，其特征在于，所述的 取景器为光学取景器，包括对景毛玻璃。
专利摘要本实用新型公开了一种高速非接触式冲击位移线阵传感器，其特点是，包括一机壳，该机壳前端设有镜头安置孔，后端设有取景孔；一支架，与机壳活动连接；一光学镜头，嵌设在机壳前端的镜头安置孔内；一取景器，设置在机壳内，与镜头相对；该取景器的后端与机壳后端的取景孔相对，或嵌设在机壳后端的取景孔内；一线阵传感元件，与对景毛玻璃一侧相邻，并与镜头相对；一USB联机电缆，与线阵传感元件的输出端电连接。采用本实用新型测量被测物件的抗冲元件冲击变形，由于是非接触的测量，因此测点布置方便易行，测量信息丰富，可方便添加冲击变形测点；即使在冲击加速度很大的情况下，测量信号也没有明显漂移。具有精度较高、可靠性好、适应性强、安装方便等特点。
文档编号G01B11/16GK201885689SQ201020631870
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者张彬, 王志刚, 韩彦民 申请人:中国船舶重工集团公司第七一一研究所