專利名稱：渦流感應(yīng)式垂線坐標(biāo)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測大壩位移量的垂線坐標(biāo)儀，尤其適用于惡劣環(huán)境下的長期
監(jiān)測大壩的位移量變化，屬于水工建筑物或市政工程位移(或撓度)測量儀器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外用于大壩位移量監(jiān)測的垂線坐標(biāo)儀有步進電機式、CCD光電式和 電容式等類型，其測量精度和測量范圍基本能夠滿足使用要求。但在比較潮濕、滴水、 多塵等惡劣環(huán)境的大壩工程中下長期使用其可靠性均存在一定程度的環(huán)境適應(yīng)性問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有垂線坐標(biāo)儀在比較潮濕、滴水、多塵 等惡劣環(huán)境應(yīng)用中存在的可靠性不高的缺陷，提供一種新型大壩位移量監(jiān)測(或撓度)的 垂線坐標(biāo)儀。
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的渦流感應(yīng)式垂線坐標(biāo)儀，其特征在于包括 固定在垂線體上的感應(yīng)體，所述感應(yīng)體為金屬管，垂線體置于感應(yīng)體內(nèi)并且垂線體的中 心線與感應(yīng)體的中心線重合，所述感應(yīng)體的X向兩側(cè)、Y向兩側(cè)各對稱的設(shè)置有一對線 圈，感應(yīng)體X向兩側(cè)的線圈與X向信號轉(zhuǎn)換器連接，感應(yīng)體Y向兩側(cè)的線圈與Y向信號 轉(zhuǎn)換器連接。 本發(fā)明采用磁感應(yīng)原理和差動測量結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)壩體或建筑物位移變化量的非接 觸測量，提高垂線坐標(biāo)儀環(huán)境適應(yīng)能力。具體原理是，感應(yīng)體X向、Y向兩側(cè)的兩組線 圈及信號轉(zhuǎn)換器，公用一個金屬感應(yīng)體形成差動結(jié)構(gòu)。當(dāng)測點相對于垂線發(fā)生相對位移 時，感應(yīng)體隨垂線在兩組線圈間移動。測量時信號轉(zhuǎn)換器通電輸出高頻信號激勵線圈， 產(chǎn)生的高頻磁場使感應(yīng)體產(chǎn)生渦流損耗，使線圈參數(shù)發(fā)生改變。當(dāng)感應(yīng)體位移變化靠近 線圈，損耗增加，線圈電感減少，使信號轉(zhuǎn)換器輸出頻率值增大；當(dāng)感應(yīng)體X向與Y向 遠(yuǎn)離線圈，損耗降低，線圈電感增加，使信號轉(zhuǎn)換器輸出頻率減少。則通過監(jiān)測感應(yīng)體 兩邊的線圈的頻率差值即可測出垂線的位置。 另外，為了提高測量的靈敏度和精度，本發(fā)明還對線圈的形狀提出了最優(yōu)方 案，即線圈為單層密繞的橢圓形線圈，線圈長軸與短軸的最佳比值范圍為[5 : 1，
io : i]。經(jīng)試驗證明，線圈長軸與短軸的比值在該范圍時，測量靈敏度和精度顯著提高
(X、 Y向干擾誤差由圓形線圈的0.74% FS減小到0.075% FS)。 顯然，本發(fā)明渦流感應(yīng)式垂線坐標(biāo)儀構(gòu)思奇巧，其X/Y向相互影響小、測量精 度高，具有較強的環(huán)境抗干擾能力，適合于各種惡劣環(huán)境，特別能在潮濕、滴水、多塵 等環(huán)境下長期可靠地進行大壩位移量監(jiān)測工作。預(yù)計推出之后，將受到人們的普遍歡 迎，具有良好的市場前景。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
圖1為本發(fā)明渦流感應(yīng)式垂線坐標(biāo)儀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明渦流式垂線坐標(biāo)儀線圈架主視透視圖。 圖3為本發(fā)明渦流式垂線坐標(biāo)儀線圈架側(cè)視圖。 圖4為本發(fā)明渦流式垂線坐標(biāo)儀線信號轉(zhuǎn)換器的電原理圖。
具體實施例方式
本實施例的渦流感應(yīng)式垂線坐標(biāo)儀如圖l、圖2所示，其包括固定在垂線體IO 上的感應(yīng)體l，所述感應(yīng)體l為金屬管(表面光滑的圓形銅管或鋁管)，垂線體io置于感 應(yīng)體1內(nèi)并且垂線體10的中心線與感應(yīng)體1的中心線重合，感應(yīng)體1的X向兩側(cè)、Y向 兩側(cè)各對稱的設(shè)置有一對線圈(圖1中5為Y向線圈架，2為X向的一個線圈架，另一個 X向線圈架未畫出)，感應(yīng)體X向兩側(cè)的線圈與X向信號轉(zhuǎn)換器3連接，感應(yīng)體Y向兩側(cè) 的線圈與Y向信號轉(zhuǎn)換器(圖中未畫出)連接。 如圖1所示，感應(yīng)體X向線圈通過X向線圈架2固定在位于被測點的X向固定 底板4上，感應(yīng)體Y向線圈通過Y向線圈架5固定在位于被測點的Y向固定底板6上。 圖中，7為隔柱，支撐于X向固定底板4與Y向固定底板6之間；9為安裝架，Y向固定 底板6架在該安裝架上；8為保護外罩。 當(dāng)測點相對于垂線發(fā)生相對位移時，感應(yīng)體隨垂線在兩組線圈間移動。測量 時信號轉(zhuǎn)換器通電輸出高頻信號激勵線圈，感應(yīng)體位移變化改變線圈的電感，使信號轉(zhuǎn) 換器輸出的頻率發(fā)生變化。通過監(jiān)測感應(yīng)體兩邊的線圈的頻率差值即可測出垂線的位 置。本裝置將位移量轉(zhuǎn)換為電測量頻率信號，既提高了抗干擾能力，又延長了信號傳輸 距離。 發(fā)明中，X向線圈、Y向線圈的端面各自互相平行，如圖2、圖3所示，11為 線圈，2為線圈架，線圈為單層密繞的橢圓形線圈，其長軸A與短軸B的最佳比值范圍為 [5 : 1， 10 : l]，線圈最佳匝數(shù)范圍為14 16匝，本例中線圈長軸A與短軸B的比值 約為8.5。為了實現(xiàn)橢圓形線圈及單層密繞，線圈架的繞線轂轆截面為橢圓形，其開口寬 度C略大于線圈的線徑。 本垂線坐標(biāo)儀的信號轉(zhuǎn)換器的原理如圖4示，由線圈(電感)L1(或線圈L2)、電 容Cl和電容C2構(gòu)成LC三點式振蕩器諧振電路，并通過電容C0和三極管Tl構(gòu)成正反 饋；諧振波經(jīng)過運算放大器A1放大輸出，增長信號傳輸距離。本信號轉(zhuǎn)換器借用繼電 器開關(guān)KA1在兩個線圈Ll和L2之間切換，形成此兩個線圈公用一組振蕩器電子器件的 差動式結(jié)構(gòu)。當(dāng)外界環(huán)境變化引起諧振電路中電子器件性能變化時導(dǎo)致兩組線圈的輸出 頻率均發(fā)生一致性變化，通過輸出的兩組頻率差值可以有效消除外界環(huán)境變化帶來的誤 差。 除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換 形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
權(quán)利要求
渦流感應(yīng)式垂線坐標(biāo)儀，其特征在于包括固定在垂線體上的感應(yīng)體，所述感應(yīng)體為金屬管，垂線體置于感應(yīng)體內(nèi)并且垂線體的中心線與感應(yīng)體的中心線重合，所述感應(yīng)體的X向兩側(cè)、Y向兩側(cè)各對稱的設(shè)置有一對線圈，感應(yīng)體X向兩側(cè)的線圈與X向信號轉(zhuǎn)換器連接，感應(yīng)體Y向兩側(cè)的線圈與Y向信號轉(zhuǎn)換器連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述渦流感應(yīng)式垂線坐標(biāo)儀，其特征在于所述線圈為單層密繞的橢圓形線圈，兩對線圈的端面各自互相平行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述渦流感應(yīng)式垂線坐標(biāo)儀，其特征在于所述線圈長軸與短軸的最佳比值范圍為[5 : 1， 10 : l]。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述渦流感應(yīng)式垂線坐標(biāo)儀，其特征在于所述線圈長軸與短軸的比值約為8.5。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述渦流感應(yīng)式垂線坐標(biāo)儀，其特征在于所述線圈的最佳匝數(shù)范圍為14 16匪。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至5任意一項所述渦流感應(yīng)式垂線坐標(biāo)儀，其特征在于所述線圈繞在線圈架上，線圈架的繞線轂轆截面為橢圓形，其開口寬度略大于線圈的線徑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述渦流感應(yīng)式垂線坐標(biāo)儀，其特征在于所述感應(yīng)體為表面光滑的圓形銅管或鋁管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述渦流感應(yīng)式垂線坐標(biāo)儀，其特征在于所述的線圈通過線圈架固定在位于被測點的固定底板上。
全文摘要
渦流感應(yīng)式垂線坐標(biāo)儀，其包括固定在垂線體上的感應(yīng)體，所述感應(yīng)體為金屬管，垂線體置于感應(yīng)體內(nèi)并且垂線體的中心線與感應(yīng)體的中心線重合，所述感應(yīng)體的X向兩側(cè)、Y向兩側(cè)各對稱的設(shè)置有一對線圈，感應(yīng)體X向兩側(cè)的線圈與X向信號轉(zhuǎn)換器連接，感應(yīng)體Y向兩側(cè)的線圈與Y向信號轉(zhuǎn)換器連接。本發(fā)明渦流感應(yīng)式垂線坐標(biāo)儀構(gòu)思奇巧，其X/Y向相互影響小、測量精度高，具有較強的環(huán)境抗干擾能力，適合于各種惡劣環(huán)境，特別能在潮濕、滴水、多塵等環(huán)境下長期可靠地進行大壩位移量監(jiān)測工作。預(yù)計推出之后，將受到人們的普遍歡迎，具有良好的市場前景。
文檔編號G01B7/008GK101691986SQ20091020721
公開日2010年4月7日 申請日期2009年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月12日
發(fā)明者李載達, 羅孝兵, 鄭水華 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院;南京南瑞集團公司