[發(fā)明專利]外引電容式測量地面微量水平振動的裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210556993.1
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103017890A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 練繼建;于通順;張龑
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學
• 主分類號: G01H11/06
• 分類號: G01H11/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 張宏祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水平振動的測量裝置，特別涉及一種外引電容式位移傳感器及振動測試，適用于地面微量振動的測量。

背景技術(shù)

高壩泄流結(jié)構(gòu)在長期泄流荷載作用下極易發(fā)生疲勞或振動破壞，嚴重影響工程的正常運行和效益的發(fā)揮。因此必須尋找有效的檢測手段，以快速、準確地發(fā)現(xiàn)水工結(jié)構(gòu)中存在的隱患及病害，有效預(yù)報其安全狀況，對其運行的可靠性進行評估。因此，如何精確、便捷地獲取結(jié)構(gòu)的振動信息是水工結(jié)構(gòu)運行狀態(tài)監(jiān)測的重要前提?，F(xiàn)有的振動測試手段均是對振動結(jié)構(gòu)安裝位移或加速度傳感器，以獲取結(jié)構(gòu)的振動參數(shù)。有些大體積混凝土微量振動時，水平向振動不能用位移或加速度傳感器進行測量。

在結(jié)構(gòu)的微量位移測試中存在一種非接觸式電容型位移傳感器，這種傳感器一般結(jié)構(gòu)包括測量電極、屏蔽保護電極兩部分組成。其進行位移測量的原理方法和儀器也很多。如：電容運算法、電容諧振法等等，通過變換將被測位移轉(zhuǎn)換為電量輸出。以電容運算法測量儀為例：該儀器的測量原理是以電容運算法的電壓輸出其中，V_b為儀器電路的標準信號電壓；C_b為儀器電路中的標準電容。由公式可以看出其電壓輸出與被測位移成正比。非接觸式電容型位移傳感器具有很多優(yōu)良的特性，應(yīng)用十分廣泛，但不適用于大體積物體振動的測試。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，是針對大壩安全監(jiān)測中存在的大體積混凝土微量水平振動難以精確測試的的不足，提供一種制作簡便，能夠便捷、精確地測量水工結(jié)構(gòu)的微量振動的外引電容式測量地面水平振動的裝置。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。

一種外引電容式測量地面微量水平振動的裝置，由標準信號發(fā)生器11、外引電容式傳感器12、負反饋運算放大器13和低通濾波器及顯示系統(tǒng)14組成；所述外引電容式傳感器12包括測量電極和屏蔽電極，其特征在于，在振動地面上設(shè)置有外引銅柱5，在外引銅柱5頂端兩個相互垂直的豎直面分別設(shè)置有電容片4，各自作為電容的一個電極；在銅柱5的外圍、方圓2m²的位置設(shè)置有隔振溝8，隔振溝8為封閉的長方形結(jié)構(gòu)，其深度為1m，寬度為0.2m；所述隔振溝8的外側(cè)的對稱位置設(shè)置有鋼柱A6和鋼柱B10，兩鋼柱的頂端設(shè)置有鋼梁7，在鋼梁7的下面設(shè)置有測量電極1、屏蔽電極2和屏蔽電極殼3；屏蔽電極2呈90°對折形狀，屏蔽電極殼3的兩端垂直位置設(shè)置有一對測量電極1，所述一對測量電極1與兩個電容片4相對應(yīng)；在隔振溝8的封閉范圍內(nèi)具有激勵源9；所述外引電容式傳感器12的前端與標準信號發(fā)生器11相連接，外引電容式傳感器12的后端依次連接負反饋運算放大器13和低通濾波器及顯示系統(tǒng)14。

所述隔振溝8也可以是封閉的任意形狀。

所述銅柱5的為高度5cm、直徑0.5cm的圓柱體。

所述鋼柱A6和鋼柱B10為高度10cm、直徑1cm的圓柱體。

本發(fā)明的有益效果是，不僅具備現(xiàn)有的電容型非接觸式位移測量方法所具有的無接觸測量誤差、摩擦熱噪聲和熱損耗；還具備測量速度快、頻率響應(yīng)好、信噪比高和輸入能量低的特點。此外本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，改進了普通電容型位移傳感器只能測試一個方向位移的缺點，可以同時測試水平面上兩個相互垂直方向的振動，因此可專門用于現(xiàn)有傳感器無法精確測試的地面微量的水平振動。

附圖說明

圖1為本發(fā)明外引電容式傳感器的正視圖；

圖2為圖1的外引電容式傳感器的俯視圖；

圖3為一種外引電容式測量地面微量水平振動的裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

本發(fā)明的附圖標記如下：

1———測量電極????????????????2———屏蔽電極

3———屏蔽電極殼??????????????4———電容片

5———外引銅柱????????????????6———鋼柱A

7———鋼梁????????????????????8———隔振溝

9———激勵源??????????????????10———鋼柱B

11———標準信號發(fā)生器?????????12———外引電容式傳感器

13———負反饋運算放大器???????14———低通濾波器及顯示系統(tǒng)

具體實施方式

本發(fā)明充分利用了結(jié)構(gòu)振動的特點，對于豎直固定在地面上的小質(zhì)量柱體，當?shù)孛娴恼駝宇l率遠小于柱體的自振頻率時，柱體的振動情況與地面的振動完全一致。此外本發(fā)明的測試裝置采用電容式傳感器，可以同時測試水平面上兩個垂直方向的振動。