本發明屬于工程安全監測領域，特別涉及到一種用于位移傳感器的現場檢驗的立式智能檢驗儀及其檢測方法。

背景技術：

監測儀器大多在隱蔽的工作環境下長期運行。儀器一旦埋設安裝之后，通常就無法進行檢修和更換。因此，對所有將要埋設的儀器，必須對其出廠參數的可靠性、儀器自身工作的穩定性和外觀等進行全面的檢驗，確保使用的儀器各項性能滿足要求。

位移傳感器為變形監測項目中使用最為頻繁的一類傳感器之一，目前現場檢驗主要采用以下方式進行：

(1)準備檢驗設備和工具

大、小校正架各一臺(含專用夾具各1套)，大、小量程百分表和千分表各2只，讀數儀一臺，游標卡尺一付，工具(含扳手、改錐)一套，現場檢驗記錄表格若干。

(2)讀取初始讀數

將儀器型號、量程、廠家編號填寫于記錄表格后，用讀數儀讀取傳感器的初始讀數。

(3)預拉

將傳感器通過專用夾具裝在大校正儀上用螺栓上緊，搖校正儀手柄對儀器進行預拉。

(4)分級拉、退檢驗

按量程等分不少于6級進行拉、退并將測值記入表中，三個循環后結束。

(5)計算

傳感器所產生的位移(或變形)與輸出頻率模數f成線性關系，轉換公式一般為：

si＝k(f0-fi)

式中：si—i時刻傳感器反映的位移；

k—傳感器系數

f0—零點壓力輸出模數

fi—對應si的輸出模數

校準曲線按上式處理，計算有關指標時，其工作特性曲線可采用最小二乘直線，即：

n＝a+bsi

式中：n—輸出頻率的平方差

a—最小二乘直線的截距

b—最小二乘直線的斜率。

位移為零點輸出模數f0：

額定位移時的輸出頻率：

額定輸出：

f＝f0-fni

分辯率(最小讀數)：

非直線度：

滯后：

不重復度：

綜合誤差：

上列式中：

m—試驗循環的遍(次)數(m＝1、2、……m)；

fnj—第j次加荷和退荷測量時，位移為零點時的輸出頻率值；

fnij—第j次加荷至額定位移值時的輸出頻率值；

δfl—平均校準曲線與工作直線偏差的最大值；

δfh—回程平均校準曲線與進程平均校準曲線，位移相同測試點輸出偏差最大值；

δfr—進程和回程重復校準時，各測試點輸出偏差的最大值；

δfc—進程平均校準曲線和回程平均校準曲線二者與工作直線偏差最大值；

f—額定輸出頻率的平方差；

fs—傳感器滿量程輸出頻率值。

(6)檢驗結果的評判標準

評定儀器是否合格，除現場檢驗的儀器分辨率與廠家提供的分辨率的相對誤差小于1％外，還需滿足以下條件：

不重復度應不大于0.5％f.s；

滯后應不大于1％f.s；

非直線度應不大于2％f.s；

綜合誤差應不大于2.5％f.s。

對于位移傳感器，現有的現場檢驗方法雖然較為成熟，但在實際操作過程中仍然存在以下明顯缺陷：

(1)校正架的適應性差，現場往往需要根據傳感器的實際尺寸自行加工與之相匹配的專用夾具，往往需要加工多種尺寸的夾具，且夾具的可重復利用度低。

(2)傳感器的預拉為人工操作，如果對校正架的操作方法不熟練，有可能將傳感器拉壞。

(3)在拉壓過程中要確保傳感器始終處于軸心受力狀態，即要求傳感器固定在校正架上后，其軸線與夾具中心、傳力桿軸線均處于一條直線上。但是，由于傳感器是通過夾具水平固定在校正架上，在固定過程中受重力影響，難以保證其處于絕對的水平狀態，從而影響檢驗成果的精度。

(4)整個檢驗過程均為人工操作，對人員的專業素質要求高，而且不可避免的會存在偶然誤差，影響檢驗成果精度。

(5)傳感器的拉、退需要按其量程等分不少于6級進行，循環3次，操作過程繁瑣，需要花費大量的時間，而且對過程的控制和歷次讀數的要求均非常嚴格，否則達不到預期效果。

(6)對采集到的數據需要進行多項指標的計算，計算方法較為繁瑣且評判指標多，極易出現錯誤。

技術實現要素：

本發明的目的是：針對上述現有技術手段存在的問題，開發一套位移傳感器立式智能檢驗儀，實現對位移傳感器檢驗的全過程自動化控制，可實現對傳感器的快速固定，并使其始終處于軸心受力狀態，確保檢驗成果精度。同時，具有自動存儲、計算和輸出檢驗成果的功能，在確保檢驗成果質量滿足要求的前提下，可大大提高工作效率，并對于本專業一般人員也易于操作和掌握。

本發明的技術方案如下：

一種位移傳感器立式智能檢驗儀，包括豎直方向同軸的固定夾具和活動夾具；

所述活動夾具的移動方向與軸線一致，且活動夾具依次與可多角度調節球頭、傳動螺紋桿、伺服電機相連，可多角度調節球頭上設置有球體鎖緊旋鈕；

所述伺服電機與上位機連接。

所述固定夾具固定連接在外殼體底部。

所述外殼體上設置有水平水準泡。

所述外殼體底部設置有可調柱腳。

所述外殼體上設置有顯示器。

所述外殼體上設置有數據采集模塊接口，振弦式儀器接口，差阻式儀器接口和電位器式儀器接口。

一種采用權利要求所述的位移傳感器立式智能檢驗儀的檢測方法，包括以下步驟：

第一步：確定傳感器的類型和型號；

第二步：調平，確保活動夾具和固定夾具的軸線垂直于水平面；

第三步：固定傳感器，將固定旋鈕松開，使得活動夾具處于自由狀態，然后將傳感器一端固定在活動夾具上，旋緊固定旋鈕，啟動伺服電機，驅動傳動螺紋桿帶動活動夾具往固定夾具一側移動，直至傳感器的另一端進入固定夾具內；

第四步：設置程序，對檢驗參數、檢驗過程、輸入輸出進行設置，將傳感器電纜接入相應接口，將數據采集模塊與數據采集模塊接口連接；

第五步：檢驗，啟動檢驗儀，通過預設程序或導入編碼控制伺服電機運動，通過自動化采集模塊將檢驗數據采集、存儲和輸出。

固定夾具和活動夾具結構相同，包括底座、蓋體和帶有從動錐齒輪的螺紋桿；底座上有一連接孔；蓋體外端面為鎖緊塊，蓋體與底座之間為旋轉環，蓋體內有一連接柱，連接柱上開有第一定位孔，蓋體的內側壁上開有第二定位孔，蓋體端面上開有滑移槽；鎖緊塊下端與螺紋桿相連，旋轉環上有一驅動錐齒輪，驅動錐齒輪的端面上開有帶螺紋的通孔。

夾具通過旋轉驅動錐齒輪從而帶動從動錐齒輪旋轉，進而驅動與從動錐齒輪同軸的螺紋桿旋轉，由于螺紋桿的兩端分別固定在蓋體連接柱上的第一定位孔和蓋體側壁上的第二定位孔內，因此螺紋桿只能沿其自身的軸線轉動，另一方面，鎖緊塊下端與螺紋桿連接，當螺紋桿旋轉時，由于蓋體外端面的阻擋作用無法旋轉，只能沿著螺紋桿長度方向來回移動，多個鎖緊塊同時移動，從而實現了夾緊和松開的功能。

與現有技術相比，本發明體現在以下方面：

本發明對于不同尺寸的傳感器均可簡單快速夾緊，適用性強。同時，通過采用立式的方式，使得傳感器固定前，在重力作用下可處于垂直狀態，由此確保其在檢驗過程中始終為軸心受力，有效保證了檢驗成果精度。

本發明對位移傳感器檢驗的全過程實現了自動化控制，具有自動存儲、計算和輸出檢驗成果的功能，正真意義上實現了智能化的操作，可有效避免人為誤差，保證檢驗質量滿足要求。

本發明對于本專業一般人員而言，也易于操作和掌握，不僅大大降低了人工勞動強度，提高工作效率，而且可有效降低人員成本。

附圖說明

圖1為本發明的整體結構示意圖；

圖2為本發明的工作流程示意圖；

圖3～圖8為本發明的夾具結構示意圖。

具體實施方式

本下面結合附圖進一步描述本發明。本發明中，伺服電機2為常規設備，例如采用西門子v90系列。傳感器接口直接與數據采集模塊(譬如基康smartdata2000模塊)連接，可直接采集、存儲數據等，然后與上位機連接。數據采集方法為現有自動化采集方法，但是數據的處理是可采用自行編制的程序，實現數據分類、篩選、計算和結果輸出等功能。可多角度調節球頭6即采用球頭連接結構，該結構自帶球頭鎖緊結構，例如fotoprofph云臺系列中的球頭結構和球體鎖緊旋鈕7。顯示器10作為上位機的輸入控制參數裝置，可以配備鍵盤或者直接采用觸摸屏。

如圖1所示，本發明包括一長方體外殼體1，長方體外殼體1根據功能分區可分為兩個區域，其中左半區域為觀測區，右半區域為檢驗區。

檢驗區的頂部安裝一伺服電機2，伺服電機2上連接有一傳動螺紋桿3，伺服電機2可帶動傳動螺紋桿3轉動。傳動螺紋桿3上有活動夾具4和固定夾具5，活動夾具4上連接有球頭6，球頭6上有球體鎖緊旋鈕7。活動夾具4和固定夾具5之間連接一位移傳感器8。

觀測區靠近頂部邊沿有一水平水準泡9，水平水準泡9用以判斷本發明整體是否處于水平狀態。觀測區靠左側邊沿還有一垂直水準泡11(當外殼體1橫置時使用)。觀測區的底部四個角均有一可調柱腳13，可調柱腳13上均有一有調節旋鈕105，調節旋鈕105控制可調柱腳13的升降來調整本發明的水平和垂直。

觀測區有一顯示器10，顯示器10可對設置檢驗參數、檢驗過程、輸入輸出成果等進行設置，并將檢驗過程和成果顯示在顯示屏上。觀測區的上部為四個并排分布的接口101、接口102、接口103、接口104，接口101可接入振弦式儀器，接口102可接入差阻式儀器，接口103可接入電位器式儀器，接口104可接入自動化數據采集模塊。

本發明電源插頭12接入外部電源，為本發明提供穩定電源。

如圖2所示，為本發明的工作流程：

第一步：室內準備。通過廠家資料，確定傳感器8的類型和型號。初步檢查本發明通電、顯示屏等是否正常。

第二步：調平。首先，觀察水平水準泡9是否均居中。如果不居中，則通過調節旋鈕105控制可調柱腳13的升降來調整，確保本發明整體處于水平。

第三步：固定傳感器。將球體鎖緊旋鈕7松開，使得活動夾具4處于自由狀態(垂直狀態)。然后將傳感器8一端固定在活動夾具4上，旋緊球體鎖緊旋鈕7。然后啟動伺服電機2，驅使傳動螺紋桿旋轉來帶動活動夾具4往固定夾具5一側活動，至傳感器8的另一端將要接近固定夾具5時，關閉伺服電機2，然后手動微調，使得傳感器8進入固定夾具5內，最后檢查傳感器8是否與兩端的夾具穩固連接即可。

第四步：設置程序。在顯示器10處對檢驗參數、檢驗過程、輸入輸出成果等進行設置，然后將根據傳感器8的類型，將其電纜接入與其對應的接口101、102、103的其中一個內，將自動化數據采集模塊與接口104連接。

第五步：檢驗。啟動本發明，其通過內部程序或導入編碼來控制伺服電機2的運動，從而控制檢驗的進程、回程，并最終通過自動化數據采集模塊將檢驗數據采集、存儲和輸出。

如圖3～8所示，為本發明采用的夾具，包括底座21、蓋體23和帶有從動錐齒輪25的螺紋桿26；底座21為圓盤形，其上端面有一同軸圓柱體，圓柱體上端面有一連接孔211，連接孔211內壁加工有螺紋；蓋體23外端面有6個沿端面圓周等間距分布的鎖緊塊24，鎖緊塊24下端與螺紋桿26相連，蓋體23與底座21之間為旋轉環22，蓋體23內有一連接柱231，連接柱231上開有第一定位孔233，蓋體23的內側壁上開有第二定位孔232，蓋體23端面上開有滑移槽234；旋轉環22上有一驅動錐齒輪221，驅動錐齒輪221的端面上開有帶螺紋的通孔222。蓋體23和連接柱231為圓柱體，且連接柱231與蓋體23的端面圓同軸，第一定位孔233沿連接柱231的端面圓周方向等間距分布，第二定位孔232沿蓋體23端面圓周方向等間距分布，第一定位孔233和第二定位孔232等高。

鎖緊塊24的橫截面呈扇形，鎖緊塊24的內表面與橡膠墊片241相連，鎖緊塊24下方與滑動塊243相連，滑動塊243上開有螺紋孔242。

進一步，第一定位孔233和第二定位孔232內設置有軸承。

實際使用時，將鎖緊塊24下端的滑動塊43穿過蓋體23上的滑動槽234，然后將螺紋桿26旋入鎖緊塊24下端的螺紋孔242中，并把螺紋桿26的兩端分別插入第一定位孔233和第二定位孔232內，接著將連接柱231插入旋轉環22上驅動錐齒輪221端面的通孔222內，連接柱231末端再與底座21上的螺紋孔211緊固連接，完成組裝。需要調整鎖緊塊24的夾持內徑時，首先旋轉旋轉圓環22，使得六個鎖緊塊24沿蓋體23的外端面的圓徑向活動至適當位置，確保傳感器8可自由放入。然后，反方向旋轉旋轉環22，當六個鎖緊塊24沿圓徑向活動至與傳感器8貼合后，繼續旋緊旋緊環22兩到三圈，即可停止，此時傳感器8可靠固定。