专利名称：可连续使用的高分辨率竖向位移测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种量测技术领域的设备，特别是一种可连续使用的高分辨 率竖向位移测量装置。
背景技术：
对物体或部件的竖向位移进行连续的、高分辨率的测量是科学研究和工程应用 中经常遇到的需求。为此人们开发出了很多种的测量装置，除了常用的百分表(分辨 率0. Olmm)，水准仪(分辨率0. Imm)，GPS(分辨率1cm)等之外，专利“一种通用型精密 位移测量辅助装置以及测量方法”(200610098323.4)分辨率可达1微米，专利“微位移 测量装置以及位移过程转换成电信号的方法”(01818853. 2)中所述的方法分辨率可达1 埃米(I(Tltlm)，但对于有些特殊应用来说，分辨率还是有待提高。专利申请“位移测量方 法”(201010022818. 5)提出了一种很高分辨率的位移测量方法，通过将对位移的测量转换 为对质量的测量，使得位移的测量分辨率得到很大提升。该装置在分辨率方面可以说达到 了要求，但不方便对竖向位移进行连续的测量。考虑到实际应用中经常需要测量一组连续 加载工况下的多个位移数据，所以还有必要开发一种可连续使用的高分辨率位移测量装 置。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种可连续使用的高分辨率竖 向位移测量装置，可以获得结构在连续加载工况下的多次位移数据，同时也满足分辨率高 的要求。本实用新型是通过以下技术方案实现的，本装置包括导杆、U形管体、直管体、液 体、活塞1、活塞2、容器1、容器2、称重装置；液体通过两个活塞限位而分别置于两个管体 内，两个活塞之间由导杆连接，两个容器分别贴近两个管体放置，称重装置独立放置。所述的导杆，为L形，上部连接待测点，下部分两个端头，分别连接两个活塞；所述的U形管体和直管体，其截面形状是圆形或多边形任一种。所述的U形管体和直管体，在内部液体的自由边界处开有孔洞，接一向下倾斜的 滑片。所述的滑片，为表面光滑的金属片，形状为矩形。所述的活塞1，其截面形式和大小与U形管体内截面完全一致。所述的活塞2，其截面形式和大小与直管体内截面完全一致。所述的容器1，与其他部件没有物理上的直接连接，但应在U形管体孔洞处的滑片 下方放置，以承接管内溢出的液体。所述的容器2，与其他部件没有物理上的直接连接，但应在直管体孔洞处的滑片下 方放置，以承接管内溢出的液体。所述的称重装置，可根据测量精度的需要选自电子天平、分析天平、原子秤等任一种，观测者使用它来获取容器内液体的重量值。它与其他部件没有物理上的连接。本实用新型的基本工作过程和原理基本原理是通过管内液体在测点位移作用下的位置变动，将对位移的测量转换为 对溢出液体质量的测量。由于目前对质量的测量可以达到非常高的分辨率(电子天平为 Img,分析天平可达0. Img,原子秤可以达到十万亿分之一克)，所以这种转换使得位移的测 量分辨率能得到很大提升。当外加荷载使测点首次发生向下的竖向位移时，与之接触的导杆及活塞1会随之 移动，推动U形管体内的液体发生移动并经孔洞而溢出，容器1将承接这部分液体，通过对 容器1的称重并进行质量和体积的转换，可得到液体移动的距离数据，也就是待测的第一 次位移数据。当后续的加载工况导致位移连续增大时，容器1内液体将继续增多，到第二次测
位移时，取走容器1测出重量增量即可。然后放回原位，继续准备后续测量......如此可
得到各待测测量值之间的差值，进而换算出各个位移值，实现对位移的连续测量。注意每次测量时，加载要保持平稳一段，让位移保持不变一点时间，以移走容器 1进行测量并再移回。当待测的位移值由增大变为减小时，以上测量方式要进行调整。此时首先观察容 器2附近的管体2内的液面是否与开口处平齐，如果之前进行了连续的竖向位移增量测量， 则液面应该是不平齐的，需要先加入液体进行补齐。然后当位移值减小时，导杆将上升，通 过活塞2推动管体2内的液体上升，部分液体将溢出并流入容器2内，移走容器2测量重量 增量即可得到这部分位移变化量。当位移继续减小时，可继续进行同样的步骤，得到各待测 测量值之间的差值，进而换算出各个位移值。如果是先测向上的位移，则先关注容器2的变化再关注容器1的变化即可，具体的 步骤与上类似。在实际加载之前要判断出待测的多次位移数值的变化趋势，可借助模型模拟计算 (如有限元模拟)的结果即可。建立结构的计算模型，加上预设的荷载工况，则可计算出需 测的各个位移值的相对大小规律。本实用新型的有益效果本实用新型结构简单、布置简便、可连续使用、分辨率高、适用面广泛。
图1为本装置的剖面示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。本装置的示意图如附图1所示。导杆(1)上端连接待测点，下端分两头，分别连接 活塞1(2)和活塞2 (3)，活塞1(2)、活塞2 (3)分别和U形管体(4)、直管体(5)紧密接触。 两个管体内灌注液体，各有一端开口，在靠近开口端处开有孔洞，接一向下倾斜的滑片。另外在两个滑片下各配一个独立的容器1 (6)、容器2(7)，用以盛接溢出的液体。以先测量连续增大的多次向下位移，然后测量连续减少的位移为例来进行说明当测点发生向下的位移Δ时，将通过导杆(1)推动活塞1(2)向下运动，U形管 体(4)内的液体将向右侧移动并从开口处溢出，溢出的液体通过滑片流到下面的容器1(6) 内，然后通过称重装置8测量容器1(6)的质量变化可以算得Δ 设活塞1(2)的截面面积为Α，液体的密度为P，容器1(6)的质量增量为m，则可以 列出如下方程A Δ ρ = m得到
m^=—-
aP由于质量m的测量精度很高，所以通过上式得到的位移也能达到很高的分辨 率。例如假设A = 0. 5m2，采用的液体为水，在测试温度25 °C下的密度为997. 043kg/ m3，采用分析天平测得容器内的新增液体质量为2. 2mg，则根据上式可得位移Δ = 4. 413049387X 10-9mo可见分辨率很高。如果需要更高分辨率的话，可采用原子秤来进行称 重，则几乎可认为分辨率无限高。要测量下次加载工况下的位移值，需将容器1(6)放回原位，然后加下一级荷载， 随着位移的增大，容器1(6)内液体将继续增多，到第二次测位移时，取走容器1(6)测出重
量增量即可。然后放回原位，继续准备后续测量......如此可得到各测量值之间的差值，
进而换算出各个位移值，实现对位移的连续测量。注意在容器移走到移回的这小段时间内，加载应保持平稳，以让位移值保持不 变，不影响下次测量。当待测的位移值由增大变为减小时，以上测量方式要进行调整。此时首先观察直 管体(5)内的液面是否与开口处平齐，加入部分液体以补齐。然后当位移值减小时，导杆 (1)将上升，推动直管体(5)内的液体上升，然后部分将溢出流入容器2(7)内，移走容器 2(7)测量重量增量即可得到这部分位移变化量。当位移继续减小时，可继续进行同样的步 骤，得到各待测测量值之间的差值，进而换算出各个位移值。
权利要求一种可连续使用的高分辨率竖向位移测量装置，其特征在于，包括导杆、U形管体、直管体、液体、活塞1、活塞2、容器1、容器2、称重装置，液体通过两个活塞限位而分别置于两个管体内，两个活塞之间由导杆连接，两个容器分别贴近两个管体放置，称重装置独立放置。
2.如权利要求1所述的可连续使用的高分辨率竖向位移测量装置，其特征是，所述的 导杆，为L形，上部连接待测点，下部分两个端头，分别连接两个活塞。
3.如权利要求1所述的可连续使用的高分辨率竖向位移测量装置，其特征是，所述的U 形管体和直管体，其截面形状是圆形或多边形任一种。
4.如权利要求1或3所述的可连续使用的高分辨率竖向位移测量装置，其特征是，所述 的U形管体和直管体，在内部液体的自由边界处开有孔洞，接一向下倾斜的滑片，滑片为表 面光滑的金属片，形状为矩形。
5.如权利要求1所述的可连续使用的高分辨率竖向位移测量装置，其特征是，所述的 活塞1，其截面形式和大小与U形管体内截面完全一致。
6.如权利要求1所述的可连续使用的高分辨率竖向位移测量装置，其特征是，所述的 活塞2，其截面形式和大小与直管体内截面完全一致。
7.如权利要求1所述的可连续使用的高分辨率竖向位移测量装置，其特征是，所述的 容器1，与其他部件没有物理上的直接连接，但应在U形管体孔洞处的滑片下方放置。
8.如权利要求1所述的可连续使用的高分辨率竖向位移测量装置，其特征是，所述的 容器2，与其他部件没有物理上的直接连接，但应在直管体孔洞处的滑片下方放置。
专利摘要一种可连续使用的高分辨率竖向位移测量装置，属于量测技术领域。本实用新型包括导杆、U形管体、直管体、液体、活塞1、活塞2、容器1、容器2、称重装置。本装置测量位移的基本原理是将对位移的测量转换为对溢出液体质量的测量，从而达到了很高的分辨率。进而又通过两套活塞、管体、容器的配合以实现对多种加载工况下的位移连续测量。本实用新型的测量分辨率高、实施简便、制造成本低廉，适用性很广泛。
文档编号G01B13/02GK201724660SQ20102018862
公开日2011年1月26日 申请日期2010年5月11日 优先权日2010年5月11日
发明者刘西拉, 方从启, 王艺霖 申请人:王艺霖;刘西拉;方从启