專利名稱：三軸向位移測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種位移測(cè)量裝置，特別是涉及通過使用關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的連接部、可精確測(cè)量設(shè)備的位移的角度傳感器、利用所述角度傳感器測(cè)量出的角度值計(jì)算被測(cè)量設(shè)備的三軸向位移值的三軸向位移測(cè)量部，以正確測(cè)量三軸向位移的三軸向位移測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
目前在發(fā)電廠、化工廠、天然氣儲(chǔ)存罐等裝置工業(yè)中，鍋爐、導(dǎo)管等高溫設(shè)備都是至關(guān)重要的組成部分，但是這些設(shè)備的安全管理方法中，只是通過CCTV測(cè)量?jī)?nèi)、外部影像資料或者設(shè)備的內(nèi)壓及溫度，從而判斷設(shè)備的故障與否，而無法對(duì)高溫設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的位移進(jìn)行精確的測(cè)量，因此無法預(yù)防當(dāng)運(yùn)行中的位移超過設(shè)計(jì)值時(shí)所發(fā)生的應(yīng)力集中給設(shè)備帶來的損壞。
特別是在工業(yè)用設(shè)備中經(jīng)常使用的導(dǎo)管，是將工業(yè)用鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽傳達(dá)到蒸汽輪機(jī)等動(dòng)力源所需的必要設(shè)備，而且因?yàn)閷?dǎo)管的長(zhǎng)度和安裝形式各不相同，在運(yùn)行過程中，各個(gè)位置的導(dǎo)管會(huì)出現(xiàn)不同的三維位移。
這種導(dǎo)管利用吊架(HANGER)等支撐裝置，在離線狀態(tài)下，測(cè)量停止及運(yùn)行時(shí)的垂直方向的總單位位移，從而判斷設(shè)備的異常與否。
但是，上述導(dǎo)管中的各個(gè)導(dǎo)管的吊架數(shù)量過多，如果一個(gè)位置被限制，則相鄰吊架可實(shí)現(xiàn)正常的垂直方向位移，但水平方向上的位移超過設(shè)計(jì)值會(huì)導(dǎo)致各種損失，因此急需可正確測(cè)量在設(shè)備的運(yùn)行過程中發(fā)生的三軸向位移的測(cè)量裝置。
并且，需要長(zhǎng)期測(cè)量的導(dǎo)管等設(shè)備如果置于較危險(xiǎn)的位置時(shí)，工作人員每次測(cè)量都要考慮到危險(xiǎn)性問題，因此，測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性低，而且必須進(jìn)行導(dǎo)管等設(shè)備的壽命管理和安全性分析等工作。但，主要的問題是導(dǎo)管等設(shè)備的三軸向位移很難長(zhǎng)期測(cè)量，而且所需使用的裝置都是高價(jià)設(shè)備。
現(xiàn)有的位移測(cè)量設(shè)備主要是測(cè)量一維位移的裝置，雖然開發(fā)出了高價(jià)的線性可調(diào)差動(dòng)變壓器(Linear Variable Differential TransformerLVDT)或利用激光的裝置，但是要進(jìn)行三軸向位移測(cè)量必須在一個(gè)位置設(shè)置三個(gè)裝置，因此出現(xiàn)在多個(gè)位置安裝多個(gè)設(shè)備和需耗費(fèi)巨額費(fèi)用的問題。
特別是在工業(yè)用設(shè)備中大量使用的導(dǎo)管，其安裝形態(tài)及位置復(fù)雜、空間狹小，在測(cè)量三軸向位移時(shí)很難安裝直線形狀的測(cè)量裝置，而現(xiàn)有的線性可調(diào)差動(dòng)變壓器(LVDT)或激光方式在連接測(cè)量裝置和高溫設(shè)備時(shí)的表面溫度較高，難以直接連接，因此還需要專門設(shè)置散熱裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供一種三軸向位移測(cè)量裝置，為了減少對(duì)安裝位置的限制而提高其安裝上的方便性，采用了關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的連接部，不使用現(xiàn)有的高價(jià)測(cè)量裝置，而是使用可低成本制作的角度傳感器，可精確測(cè)量所要測(cè)量的設(shè)備的位移，并且還使用截面面積擴(kuò)大、具有鋁合金材料制作的硬化鍍金外殼的三軸向位移測(cè)量部，提高了散熱效果，從而可保持傳感器的穩(wěn)定性，無需附加的散熱裝置，實(shí)現(xiàn)了三軸向位移測(cè)量裝置的堅(jiān)固性及輕量化。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種三軸向位移測(cè)量裝置，其特點(diǎn)在于，具有固設(shè)于支撐被測(cè)設(shè)備的吊架的一面上的固定件；連接于所述固定件，可實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)的萬向接頭；連接于所述萬向接頭，包括至少一個(gè)角度傳感器的連接部；連接于所述連接部，測(cè)量角度的角度傳感器；利用所述角度傳感器測(cè)量的角度值，計(jì)算出被測(cè)設(shè)備的三軸向位移值的三軸向位移測(cè)量部。
如上所述，本發(fā)明實(shí)施例中的三軸向位移測(cè)量裝置應(yīng)用關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的連接部，以根據(jù)安裝位置自由變更角度，從而減少了安裝位置的限制，提高了安裝上的方便性，并通過利用角度傳感器，精密測(cè)量被測(cè)設(shè)備的位移，避免了使用高價(jià)測(cè)量裝置，因此實(shí)現(xiàn)了低成本制作，還使用了截面面積擴(kuò)大、具有鋁合金制作的硬質(zhì)鍍金外殼的三軸向位移測(cè)量部，以提高散熱效果，無需設(shè)置附加的散熱裝置，并且得到了堅(jiān)固性及輕量化效果。
以下，為了使所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員易于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案，更具體地進(jìn)行說明，結(jié)合具體實(shí)施例和附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的目的、作用、功效等及其他目的、特征，還有運(yùn)行上的不同點(diǎn)將通過具體實(shí)施例更加清楚地得到說明。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的三軸向位移測(cè)量裝置的安裝狀態(tài)示意圖；圖2A、2B為本發(fā)明一實(shí)施例的三軸向位移測(cè)量裝置的位移測(cè)量概念曲線圖；圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的三軸向位移測(cè)量部的外殼的剖面圖。
其中，附圖標(biāo)記100三軸向位移測(cè)量裝置 110第一角度傳感器120第二角度傳感器 130第三角度傳感器140第一連接部 150第二連接部160萬向接頭 170固定件(grip)190導(dǎo)管200三軸向位移測(cè)量部 210吊架300外殼具體實(shí)施方式
在這里公開的實(shí)施例僅僅是為了幫助技術(shù)人員易于理解而選用的最佳實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可進(jìn)行各種變化、附加及變更，并且也可以提出其他均等的實(shí)施例。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的三軸向位移測(cè)量裝置的安裝狀態(tài)圖。
圖2A、2B為本發(fā)明實(shí)施例的三軸向位移測(cè)量裝置的位移測(cè)量概念曲線圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的三軸向位移測(cè)量部的外殼剖面圖。
本發(fā)明實(shí)施例中的三軸向位移測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)如圖1至圖3，包括固設(shè)于支撐被測(cè)量設(shè)備的吊架(hanger)210的一側(cè)的固定件(grip)170；與該固定件170連接可360°旋轉(zhuǎn)的萬向接頭(Universal joint)160；與該萬向接頭160連接，包括至少一個(gè)角度傳感器的連接部140、150；與該連接部140、150連接而測(cè)量角度的角度傳感器110、120、130；利用該角度傳感器110、120、130測(cè)量的角度值，計(jì)算被測(cè)設(shè)備的3軸向位移值三軸向位移測(cè)量部200。
上述同定件170由具有耐熱性、堅(jiān)固性及耐腐蝕性的材料制成，其形狀為“ㄈ”狀。
上述萬向接頭160由鋁合金材料制成，使得固定件170連接于上述吊架210，并且與所述固定件170連接而具有自由力矩。
上述連接部140、150由鋁合金材料構(gòu)成，具有關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的第一連接部(140，l1)和第二連接部(150，l2)。
上述角度傳感器110、120、130由鋁合金材料制造，具有第二角度傳感器(110，θ1)、第二角度傳感器(120，θ2)和第三角度傳感器(130，θ3)。
上述第一角度傳感器(110，θ1)以固定件170為固定面，以測(cè)量上述第一連接(140，l1)和固定平面之間的角度。
上述第二角度傳感器(120，θ2)連接第一連接部(140，l1)和上述第二連接部(150，l2)，以測(cè)量上述兩個(gè)連接角度。
上述第三角度傳感器(130，θ3)在固定平面上測(cè)量平面旋轉(zhuǎn)角度。
為了維持傳感器的安全性、提高輕量化及散熱效果，上述三軸向位移測(cè)量部200具有使用截面較大、鋁合金材料制作的硬化鍍金外殼300。
根據(jù)上述結(jié)果，有關(guān)本發(fā)明的三軸向位移測(cè)量裝置作用的說明如下。
三軸向測(cè)量裝置100并沒有直接設(shè)置在被測(cè)量的導(dǎo)管190上，通過固定件170將一側(cè)固定在支撐所述導(dǎo)管190的吊架210的一面上。
可旋轉(zhuǎn)360°的萬向街頭160與上述固定件170連接，使得上述固定件170連接于吊架210，并且與上述固定件170連接具有自由力矩。
連接部140、150的第二連接部(150，l2)的一端與上述萬向街頭160連接，另一端與角度傳感器110、120、130的第2角度傳感器(120，θ2)連接，與連接部140、150的第一連接部(140，l1)一起形成關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。
上述連接部140、150的第1連接部(140，l1)的一端與角度傳感器110、120、130的第2角度傳感器(120，θ2)連接，另一端與角度傳感器110、120、130的第1角度傳感器(110，θ1)連接。
上述角度傳感器110、120、130的第1角度傳感器(110，θ1)以上述固定件170為固定面，測(cè)量上述連接部140、150的第1連接部(140，l1)和固定平面之間的角度，角度傳感器110、120、130的第2角度傳感器(120，θ2)連接所述連接部140、150中的第一連接部(140，l1)和第二連接部(150，l2)，并測(cè)量所述兩個(gè)連接的角度。
角度傳感器110、120、130的第三角度傳感器(130，θ3)連接于第一角度傳感器(110，θ1)的一側(cè)，在固定平面上測(cè)量平面旋轉(zhuǎn)角度。
三軸向位移測(cè)量部200固定于固定平面上，利用角度傳感器110、120、130測(cè)量的角度值計(jì)算被測(cè)設(shè)備導(dǎo)管的三軸向位移值。
為了維持傳感器的安全性、提高散熱效果，如圖3所示，上述三軸向位移測(cè)量部200具有截面擴(kuò)大的外殼300。
如上所述，3軸向位移測(cè)量裝置100通過固定件170和3軸向位移測(cè)量部200得到穩(wěn)定的固定。
如上，為了確認(rèn)被測(cè)導(dǎo)管190的狀態(tài)，穩(wěn)定固設(shè)的三軸向位移測(cè)量裝置100將隨著上述導(dǎo)管190流動(dòng)的蒸汽方向，即將導(dǎo)管190的軸向設(shè)為Z軸；將設(shè)置于導(dǎo)管190上的吊架210的方向，即產(chǎn)生下垂的導(dǎo)管190的垂直方向定義為Y軸；按照右手法則定義X軸。
并且，如圖2A、2B所示，為了表示空間中的一個(gè)點(diǎn)而使用三維坐標(biāo)系，此時(shí)所述三維坐標(biāo)系就具有上述X、Y、Z軸。
為了測(cè)量上述導(dǎo)管190的三維位移，組合兩個(gè)連接140、150和3個(gè)角度傳感器110、120、130，以計(jì)算移動(dòng)的三維空間中的一個(gè)點(diǎn)的位置。
在這里，P1的坐標(biāo)為P1x1＝l1cosθ1和P1y1＝l1sinθ1，P2的坐標(biāo)為P2x1＝l2cos(θ1-θ2)+l1cosθ1和P2y1＝l2sin(θ1-θ2)+l1sinθ1，實(shí)際坐標(biāo)值為P2x＝cosθ3P2x1、P2y＝P2y1、P2z＝sinθ3P2x1、P2x＝cosθ3{l2cos(θ1-θ2)+l1cosθ1}、P2y＝l2sin(θ1-θ2)+l1sinθ1和P2z＝sinθ3l2cos(θ1-θ2)+l1cosθ1。
權(quán)利要求
1.一種三軸向位移測(cè)量裝置，其特征在于，具有一固定件，固設(shè)于支撐被測(cè)設(shè)備的吊架一面上；一可實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)的萬向接頭，連接于所述固定件；一包括至少一個(gè)角度傳感器的連接部，連接于所述萬向接頭；一測(cè)量角度的角度傳感器，連接于所述連接部；一三軸向位移測(cè)量部，用于利用所述角度傳感器測(cè)量的角度值，計(jì)算出被測(cè)設(shè)備的三軸向位移值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸向位移測(cè)量裝置，其特征在于，所述固定件是由具有耐熱性、堅(jiān)固性及耐腐蝕性的材料制作，形狀為“ㄈ”的構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸向位移測(cè)量裝置，其特征在于，所述萬向接頭為鋁合金件，使得所述固定件連接于所述吊架，并且與所述固定件連接而具有自由力矩。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸向位移測(cè)量裝置，其特征在于，所述連接部為鋁合金件，具有關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的第一連接部和第二連接部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸向位移測(cè)量裝置，其特征在于，所述角度傳感器為鋁合金件，具有第一角度傳感器、第二角度傳感器及第三角度傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三軸向位移測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一角度傳感器以所述固定件為固定面測(cè)量所述第一連接部和固定平面之間的角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三軸向位移測(cè)量裝置，其特征在于，所述第二角度傳感器連接所述第一連接部和所述第二連接部，并測(cè)量所述兩個(gè)連接部的連接角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三軸向位移測(cè)量裝置，其特征在于，所述第三角度傳感器測(cè)量在固定平面上的平面旋轉(zhuǎn)角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸向位移測(cè)量裝置，其特征在于，所述三軸向位移測(cè)量部具有截面面積較大、使用鋁合金材料的硬質(zhì)鍍金外殼，以維持傳感器的安全性，提高輕量化及散熱效果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三軸向位移測(cè)量裝置，具有固設(shè)于支撐被測(cè)設(shè)備的吊架的一面上的固定件；連接于所述固定件，可實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)的萬向接頭；連接于所述萬向接頭，包括至少一個(gè)角度傳感器的連接部；連接于所述連接部，測(cè)量角度的角度傳感器；利用所述角度傳感器測(cè)量的角度值，計(jì)算出被測(cè)設(shè)備的三軸向位移值的三軸向位移測(cè)量部。本發(fā)明減少了安裝位置上的限制，提高了安裝上的方便性，避免了使用高價(jià)測(cè)量裝置，因此實(shí)現(xiàn)了低成本制作，還使用了截面面積擴(kuò)大、具有鋁合金制作的硬質(zhì)鍍金外殼的三軸向位移測(cè)量部，以提高散熱效果，無需設(shè)置附加的散熱裝置，并且得到了堅(jiān)固性及輕量化效果。
文檔編號(hào)G01B5/02GK1766524SQ20051011748
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2005年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月30日
發(fā)明者宋基旭, 玄仲燮, 金范信, 曹善永 申請(qǐng)人:韓國(guó)電力公社