涡流感应式垂线坐标仪 【技术领域】
本发明涉及一种监测大坝位移量的垂线坐标仪，尤其适用于恶劣环境下的长期监测大坝地位移量变化，属于水工建筑物或市政工程位移(或挠度)测量仪器领域。
背景技术
目前，国内外用于大坝位移量监测的垂线坐标仪有步进电机式、CCD光电式和电容式等类型，其测量精度和测量范围基本能够满足使用要求。但在比较潮湿、滴水、多尘等恶劣环境的大坝工程中下长期使用其可靠性均存在一定程度的环境适应性问题。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：克服现有垂线坐标仪在比较潮湿、滴水、多尘等恶劣环境应用中存在的可靠性不高的缺陷，提供一种新型大坝位移量监测(或挠度)的垂线坐标仪。
为了解决以上技术问题，本发明的涡流感应式垂线坐标仪，其特征在于包括：固定在垂线体上的感应体，所述感应体为金属管，垂线体置于感应体内并且垂线体的中心线与感应体的中心线重合，所述感应体的X向两侧、Y向两侧各对称的设置有一对线圈，感应体X向两侧的线圈与X向信号转换器连接，感应体Y向两侧的线圈与Y向信号转换器连接。
本发明采用磁感应原理和差动测量结构，实现坝体或建筑物位移变化量的非接触测量，提高垂线坐标仪环境适应能力。具体原理是，感应体X向、Y向两侧的两组线圈及信号转换器，公用一个金属感应体形成差动结构。当测点相对于垂线发生相对位移时，感应体随垂线在两组线圈间移动。测量时信号转换器通电输出高频信号激励线圈，产生的高频磁场使感应体产生涡流损耗，使线圈参数发生改变。当感应体位移变化靠近线圈，损耗增加，线圈电感减少，使信号转换器输出频率值增大；当感应体X向与Y向远离线圈，损耗降低，线圈电感增加，使信号转换器输出频率减少。则通过监测感应体两边的线圈的频率差值即可测出垂线的位置。
另外，为了提高测量的灵敏度和精度，本发明还对线圈的形状提出了最优方案，即线圈为单层密绕的椭圆形线圈，线圈长轴与短轴的最佳比值范围为[5∶1，10∶1]。经试验证明，线圈长轴与短轴的比值在该范围时，测量灵敏度和精度显著提高(X、Y向干扰误差由圆形线圈的0.74％FS减小到0.075％FS)。
显然，本发明涡流感应式垂线坐标仪构思奇巧，其X/Y向相互影响小、测量精度高，具有较强的环境抗干扰能力，适合于各种恶劣环境，特别能在潮湿、滴水、多尘等环境下长期可靠地进行大坝位移量监测工作。预计推出之后，将受到人们的普遍欢迎，具有良好的市场前景。
【附图说明】
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明涡流感应式垂线坐标仪结构示意图。
图2为本发明涡流式垂线坐标仪线圈架主视透视图。
图3为本发明涡流式垂线坐标仪线圈架侧视图。
图4为本发明涡流式垂线坐标仪线信号转换器的电原理图。
【具体实施方式】
本实施例的涡流感应式垂线坐标仪如图1、图2所示，其包括：固定在垂线体10上的感应体1，所述感应体1为金属管(表面光滑的圆形铜管或铝管)，垂线体10置于感应体1内并且垂线体10的中心线与感应体1的中心线重合，感应体1的X向两侧、Y向两侧各对称的设置有一对线圈(图1中5为Y向线圈架，2为X向的一个线圈架，另一个X向线圈架未画出)，感应体X向两侧的线圈与X向信号转换器3连接，感应体Y向两侧的线圈与Y向信号转换器(图中未画出)连接。
如图1所示，感应体X向线圈通过X向线圈架2固定在位于被测点的X向固定底板4上，感应体Y向线圈通过Y向线圈架5固定在位于被测点的Y向固定底板6上。图中，7为隔柱，支撑于X向固定底板4与Y向固定底板6之间；9为安装架，Y向固定底板6架在该安装架上；8为保护外罩。
当测点相对于垂线发生相对位移时，感应体随垂线在两组线圈间移动。测量时信号转换器通电输出高频信号激励线圈，感应体位移变化改变线圈的电感，使信号转换器输出的频率发生变化。通过监测感应体两边的线圈的频率差值即可测出垂线的位置。本装置将位移量转换为电测量频率信号，既提高了抗干扰能力，又延长了信号传输距离。
发明中，X向线圈、Y向线圈的端面各自互相平行，如图2、图3所示，11为线圈，2为线圈架，线圈为单层密绕的椭圆形线圈，其长轴A与短轴B的最佳比值范围为[5∶1，10∶1]，线圈最佳匝数范围为14～16匝，本例中线圈长轴A与短轴B的比值约为8.5。为了实现椭圆形线圈及单层密绕，线圈架的绕线毂辘截面为椭圆形，其开口宽度C略大于线圈的线径。
本垂线坐标仪的信号转换器的原理如图4示，由线圈(电感)L1(或线圈L2)、电容C1和电容C2构成LC三点式振荡器谐振电路，并通过电容C0和三极管T1构成正反馈；谐振波经过运算放大器A1放大输出，增长信号传输距离。本信号转换器借用继电器开关KA1在两个线圈L1和L2之间切换，形成此两个线圈公用一组振荡器电子器件的差动式结构。当外界环境变化引起谐振电路中电子器件性能变化时导致两组线圈的输出频率均发生一致性变化，通过输出的两组频率差值可以有效消除外界环境变化带来的误差。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。