微位移標(biāo)定儀及其使用方法
【專利摘要】微位移標(biāo)定儀及其使用方法。微位移標(biāo)定儀，包括彈性體和螺桿，彈性體包括上下薄壁，上下薄壁的一端連接處設(shè)有帶水平通孔的矩形塊，矩形塊的左右兩端分別設(shè)有端蓋，螺桿貫穿上下薄壁，螺桿下端與位移傳感器接觸。使用本發(fā)明微位移標(biāo)定儀時，只需要用高精度微位移傳感器測量一次該彈性體的垂直接近量與水平接近量之間的比例系數(shù)I，以后對微位移傳感器的標(biāo)定不再需要使用高精度微位移傳感器，提高了工作效率，降低了標(biāo)定成本。
【專利說明】微位移標(biāo)定儀及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于標(biāo)定設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種微位移標(biāo)定儀；還涉及這種標(biāo)定儀的使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微位移傳感器用于測量各種形式的微小位移量，分為電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、光電式位移傳感器、超聲波式位移傳感器等。微位移傳感器是獲得微小位移的重要感知檢測手段。在微位移傳感器制作完成后，需要更高精度的微位移傳感器對其進(jìn)行標(biāo)定。通常，這種高精度的微位移傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴且使用條件苛刻，導(dǎo)致微位移傳感器的標(biāo)定成本很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種微位移標(biāo)定儀，解決現(xiàn)有微位移傳感器標(biāo)定成本高的問題。
[0004]本發(fā)明的第二個目的是提供該標(biāo)定儀的使用方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是，微位移標(biāo)定儀，包括彈性體和螺桿，彈性體包括上下薄壁，上下薄壁的一端連接處設(shè)有帶水平通孔的矩形塊，矩形塊的左右兩端分別設(shè)有端蓋，螺桿貫穿上下薄壁，螺桿下端與位移傳感器接觸。
[0006]本發(fā)明的特點還在于:
[0007]位移傳感器固定在套筒內(nèi)，套筒與彈性體固定連接。
[0008]螺桿和套筒通過螺紋聯(lián)接，位移傳感器通過螺釘固定在套筒內(nèi)。
[0009]彈性體上下兩個薄壁中間位置垂直設(shè)有兩個同軸的孔，螺桿穿過這兩個同軸的孔。
[0010]進(jìn)一步，彈性體上下兩個薄壁中間部位為凸臺，兩個同軸的孔設(shè)置在凸臺的中間位置。
[0011]進(jìn)一步，彈性體下薄壁的凸臺下端面設(shè)有凹槽，套筒外圓的上端部為圓臺狀，有兩個平行的平面，兩個平行的平面與該凹槽配合。
[0012]本發(fā)明的第二個技術(shù)方案是，上述微位移標(biāo)定儀的使用方法，先測定彈性體的垂直接近量與水平接近量的比例系數(shù)I，再對待標(biāo)定位移傳感器進(jìn)行標(biāo)定。
[0013]具體包括以下步驟:
[0014]第一步，先將高精度微位移傳感器固定在矩形塊的水平通孔中，并通過兩個端蓋固定；然后轉(zhuǎn)動螺桿，拉近彈性體的上下兩個薄壁，彈性體內(nèi)部出現(xiàn)彈性應(yīng)力和變形，彈性體的兩個薄壁之間的垂直接近量通過螺桿下端的伸出量由位移傳感器測得；矩形塊的左右兩個端面的水平接近量通過兩個端蓋由高精度微位移傳感器測得；螺桿轉(zhuǎn)動到不同的位置，擬合出垂直接近量和水平接近量之間的比例系數(shù)I;
[0015]第二步，將高精度微位移傳感器從矩形塊的水平通孔中取出，將待標(biāo)定的微位移傳感器置于矩形塊的水平通孔中，并通過兩個端蓋固定；轉(zhuǎn)動螺桿，位移傳感器測出螺桿的伸出量，即彈性體兩個薄壁之間的垂直接近量，矩形塊的左右兩個端面的水平接近量由待標(biāo)定微位移傳感器以電壓變化的形式輸出，這個水平接近量與輸出電壓的變化值的比值，就是待標(biāo)定的微位移傳感器的靈敏度。
[0016]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0017]1、本發(fā)明微位移標(biāo)定儀的幾何尺寸和材料確定后，彈性體I的垂直接近量和水平接近量之間的比例系數(shù)I是固定的，故可以通過這個已知的比例系數(shù)I和測量彈性體的垂直方向接近量來求得水平方向的微小接近量，從而實現(xiàn)了用普通的位移傳感器來標(biāo)定微位移傳感器。
[0018]2、本發(fā)明微位移標(biāo)定儀不僅結(jié)構(gòu)簡單，成本低，而且性能穩(wěn)定，使用方便。
[0019]3、本發(fā)明微位移標(biāo)定儀的使用方法，只需要用高精度微位移傳感器測量一次該彈性體的垂直接近量與水平接近量之間的比例系數(shù)I，以后對微位移傳感器的標(biāo)定中不再需要使用高精度微位移傳感器，提高了工作效率，降低了標(biāo)定成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1本發(fā)明微位移標(biāo)定儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為圖1的局部A放大圖；
[0022]圖3為圖2的三維視圖；
[0023]圖4本發(fā)明微位移標(biāo)定儀施加載荷如后的變形不意圖。
[0024]圖中，1.彈性體，2.螺桿，3.套筒，4.位移傳感器，5.微位移傳感器，6.端蓋，7.螺釘,8.水平通孔，9.左端面，10.右端面。
【具體實施方式】
[0025]下面將結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的作進(jìn)一步說明。
[0026]微位移標(biāo)定儀，參見圖1，包括彈性體I和螺桿2，彈性體I包括上下薄壁，上下薄壁的一端連接處設(shè)有帶水平通孔8的矩形塊，參見圖2，螺桿2貫穿上下薄壁，螺桿2下端與位移傳感器4接觸。位移傳感器4通過螺釘7固定在套筒3內(nèi)，套筒3與彈性體I固定連接。參見圖3，矩形塊的左右兩端分別設(shè)有端蓋6。
[0027]實施例，微位移標(biāo)定儀，如圖1所示，包括彈性體1，彈性體I上下兩個薄壁中間部位分別為凸臺，兩個凸臺的中間位置垂直設(shè)有兩個同軸的孔，螺桿2穿過兩個同軸的孔，螺桿2和套筒3通過螺紋聯(lián)接，彈性體I下薄壁的凸臺下端面設(shè)有凹槽，套筒3外圓的上部為圓臺狀，有兩個平行的平面，兩個平行的平面與該凹槽配合。當(dāng)螺桿2轉(zhuǎn)動時，套筒3受凹槽平面的限制不能轉(zhuǎn)動，上下兩個薄壁之間的距離被拉近，拉近的位移量通過固定在套筒3中的位移傳感器4測得。
[0028]微位移標(biāo)定儀上的矩形塊結(jié)構(gòu)如圖2所示，當(dāng)轉(zhuǎn)動螺桿2時，由于彈性體I發(fā)生變形，圖3中所示的左端面9和右端面10會相互靠近，靠近的位移量通過兩個端蓋6傳遞給放置在水平通孔中的微位移傳感器5，并以電壓的形式輸出。
[0029]如果已知彈性體I中上、下兩個薄壁垂直方向靠近的距離與圖3中左右端面靠近距離的比值，在標(biāo)定靈敏度未知的微位移傳感器5時，只需通過位移傳感器4測出彈性體I上下薄壁的接近量，即可求得圖3中左右端面的水平接近量，這個水平接近量與微位移傳感器的輸出電壓的變化值的比值，就是待標(biāo)定的微位移傳感器的靈敏度。確定微位移傳感器靈敏度的過程，就是微位移傳感器的標(biāo)定過程。這個標(biāo)定過程與傳統(tǒng)的采用高精度的位移傳感器標(biāo)定低精度的位移傳感器不同，本發(fā)明標(biāo)定過程不再需要高精度的位移傳感器。只需要在標(biāo)定前采用高精度位移傳感器確定彈性體I中上、下兩個薄壁垂直的接近量與圖3中左右端面的水平接近量的比值。這個比值的確定過程與上述標(biāo)定過程類似，不同之處在于圖2中的矩形塊的水平通孔中放置的是靈敏度已知的高精度位移傳感器，轉(zhuǎn)動螺桿2后，通過位移傳感器4可以測出上、下薄壁的垂直方向接近量，靈敏度已知的高精度位移傳感器測出圖3中左、右端面的接近量，進(jìn)而求得兩個接近量的比值。
[0030]由于彈性體I兩個薄壁沿垂直方向的接近量遠(yuǎn)大于圖3中兩個端面的接近量，薄壁垂直方向接近量的測量并不需要微位移傳感器，因此微位移傳感器的標(biāo)定過程中并不需要像傳統(tǒng)標(biāo)定過程那樣使用高精度微位移傳感器，標(biāo)定過程成本降低，效率提高。
[0031]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明微位移標(biāo)定儀的使用方法予以說明:
[0032]第一步，先將高精度微位移傳感器固定在矩形塊的水平通孔中，并通過兩個端蓋6固定；擰動螺桿2，彈性體I的上、下兩個薄壁受到力的作用相互靠近。通過位移傳感器4測得上下薄壁間距的最大接近量為45.51 μ m。彈性體I左端受到薄壁變形的影響，如圖3所示的左、右端面間距會產(chǎn)生一微小的變化，最大接近量為14.3nm。可以求得垂直接近量和水平接近量之間的比例系數(shù)1=3182.515。為了提高I的測量精度，可以將螺桿2轉(zhuǎn)動到不同的位置，得到多個不同位置時的垂直接近量和水平接近量，最后通過擬合求得一個平均的I值作為彈性體最終的I值。
[0033]彈性體I的幾何尺寸以及材料確定后，比值I保持不變。如果需要改變這個比值，或者上、下薄壁的最大變化量，以及左、右端面的間距變化最大值，只需在設(shè)計階段調(diào)整彈性體的幾何尺寸即可。
[0034]第二步，將高精度微位移傳感器從矩形塊的水平通孔中取出，將待標(biāo)定的微位移傳感器5置于矩形塊的水平通孔中，并通過兩個端蓋固定，如圖2所示；轉(zhuǎn)動螺桿2，用位移傳感器4測得上下薄壁間距的垂直接近量，同時記錄待標(biāo)定微位移傳感器5輸出的電壓變化。根據(jù)上下薄壁間距的垂直接近量和比值I，求得與待標(biāo)定微位移傳感器5的電壓輸出對應(yīng)的兩端面水平接近量。這個水平接近量與待標(biāo)定微位移傳感器輸出的電壓變化量的比值，就是待標(biāo)定微位移傳感器5的靈敏度。為了提高標(biāo)定精度，降低系統(tǒng)誤差，需要在待標(biāo)定傳感器量程范圍內(nèi)取不同接近量計算靈敏度，然后取平均值作為最終的靈敏度。
[0035]微位移標(biāo)定儀施加載荷前后的變形參見圖4。圖4中實線為彈性體變形前的狀態(tài)，虛線為施加載荷后彈性體的變形。
[0036]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本微位移標(biāo)定儀具有以下優(yōu)點:
[0037]通過螺桿2給彈性體I兩個薄壁沿垂直方向施加一個位移接近量，可以在彈性體I左側(cè)的左、右端面產(chǎn)生一個小的水平接近量。由于兩端蓋6緊貼矩形塊左、右端面，微位移傳感器5內(nèi)嵌于兩個端蓋6之間，微位移傳感器5的測量值就是左右兩個端面的水平接近量。彈性體I的幾何尺寸和材料確定后，垂直方向與水平方向接近量的比值I是固定的。故在測得I值以后，可以通過測量彈性體I的垂直接近量來求得左、右端面間的水平接近量。再根據(jù)待標(biāo)定傳感器的電壓變化，求得待標(biāo)定傳感器的靈敏度。標(biāo)定過程中不再需要高精度的位移傳感器，從而實現(xiàn)用普通的位移傳感器來標(biāo)定微位移傳感器。由于彈性體I結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，采用本發(fā)明標(biāo)定儀，只需要用高精度的微位移傳感器測量一次左、右端面的水平變形以確定比值I，以后不需要使用高精度測量裝置或是專用標(biāo)定裝置來標(biāo)定微位移傳感器，降低了微位移傳感器的標(biāo)定成本，提高了標(biāo)定工作效率。
【權(quán)利要求】
1.微位移標(biāo)定儀，其特征在于，包括彈性體(1)和螺桿(2)，所述彈性體(1)包括上下薄壁，上下薄壁的一端連接處設(shè)有帶水平通孔的矩形塊，所述矩形塊的左右兩端分別設(shè)有端蓋(6)，所述螺桿(2)貫穿上下薄壁，螺桿(2)下端與位移傳感器(4)接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的微位移標(biāo)定儀，其特征在于，所述位移傳感器(4)固定在套筒(3)內(nèi)，所述套筒(3)與彈性體(1)固定連接。
3.如權(quán)利要求2所述的微位移標(biāo)定儀，其特征在于，所述螺桿(2)和套筒(3)通過螺紋聯(lián)接，所述位移傳感器(4)通過螺釘(7)固定在套筒(3)內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的微位移標(biāo)定儀，其特征在于，所述彈性體(1)上下兩個薄壁中間位置垂直設(shè)有兩個同軸的孔，所述螺桿(2)穿過這兩個同軸的孔。
5.如權(quán)利要求4所述的微位移標(biāo)定儀，其特征在于所述:彈性體(1)上下兩個薄壁中間部位為凸臺，所述兩個同軸的孔設(shè)置在凸臺的中間位置。
6.如權(quán)利要求5所述的微位移標(biāo)定儀，其特征在于，所述彈性體(1)下薄壁的凸臺下端面設(shè)有凹槽，所述套筒(3)外圓的上端部為圓臺狀，有兩個平行的平面，所述兩個平行的平面與該凹槽配合。
7.如權(quán)利要求1-6所述的微位移標(biāo)定儀的使用方法，其特征在于，先測定所述彈性體(O的垂直接近量與水平接近量的比例系數(shù)I，再對待標(biāo)定位移傳感器進(jìn)行標(biāo)定。
8.如權(quán)利要求7所述的微位移標(biāo)定儀的使用方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，先將高精度微位移傳感器固定在矩形塊的水平通孔(8)中，并通過兩個端蓋(6)固定；然后轉(zhuǎn)動螺桿(2)，拉近彈性體(1)的上下兩個薄壁，彈性體(1)內(nèi)部出現(xiàn)彈性應(yīng)力和變形，彈性體(1)的兩個薄壁之間的垂直接近量通過螺桿(2)下端的伸出量由位移傳感器(4)測得；矩形塊的左右兩個端面的水平接近量通過兩個端蓋(6)由高精度微位移傳感器測得；螺桿(2)轉(zhuǎn)動到不同的位置，擬合出垂直接近量和水平接近量之間的比例系數(shù)I; 第二步，將高精度微位移傳感器從矩形塊的水平通孔(8)中取出，將待標(biāo)定的微位移傳感器(5)置于矩形塊的水平通孔(8)中，并通過兩個端蓋(6)固定；轉(zhuǎn)動螺桿(2)，位移傳感器(4)測出螺桿(2)的伸出量，即彈性體(1)兩個薄壁之間的垂直接近量，矩形塊的左右兩個端面的水平接近量由待標(biāo)定微位移傳感器(5)以電壓變化的形式輸出，這個水平接近量與輸出電壓的變化值的比值，就是待標(biāo)定的微位移傳感器(5)的靈敏度。
【文檔編號】G01B21/02GK103900512SQ201410093482
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】王世軍, 楊超 申請人:西安理工大學(xué)