本发明专利技术涉及一种无支撑式竖向位移传感器，属于桥梁位移传感器技术领域，包括：传感器结构组件，包括依次连接的操作控制系统、传感器外壳和传感器底板；操作控制系统，分别控制连接垂直稳定系统和位移测量系统，并通信连接外部终端；垂直稳定系统，用于调整位移测量系统的姿态以使位移测量系统沿竖直方向；位移测量系统，包括磁力悬浮组件、悬停装置和激光发射接收装置，悬停装置受磁力悬浮组件的电磁力作用悬停于磁力悬浮组件内；激光发射接收装置，用于检测悬停装置的位置；万向支撑系统，转动连接位移测量系统并固定连接传感器底板。本发明专利技术可应用于传统传感器难以触及或安装的区域，极大地扩展了竖向位移检测的应用范围。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于桥梁位移传感器，具体涉及一种无支撑式竖向位移传感器。
技术介绍
1、在现代桥梁工程、隧道建设和超高层建筑物的施工中，竖向位移检测是确保结构安全稳定的重要环节。通过竖向位移传感器来实现竖向位移检测是一种常用的方法，传统的竖向位移传感器往往依赖于固定的外侧支撑点或位移参照点来获取准确的数据。然而，在大跨径桥梁的跨中位置、大体量隧道的顶部以及超高层建筑的顶端，由于其独特的空间布局和动态的施工环境，导致寻找一个能够保持稳定不动的外侧支撑点或位移参照点变得异常困难，使得传统的竖向位移传感器的应用面临着巨大的挑战。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种无支撑式竖向位移传感器。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、本专利技术提供了一种无支撑式竖向位移传感器，包括：传感器结构组件，包括依次连接的操作控制系统、传感器外壳和传感器底板；操作控制系统，分别控制连接垂直稳定系统和位移测量系统，并通信连接外部终端；垂直稳定系统，设置于传感器外壳内，连接位移测量系统的第一端，用于调整位移测量系统的姿态以使位移测量系统沿竖直方向；位移测量系统，包括磁力悬浮组件、悬停装置和激光发射接收装置，悬停装置受磁力悬浮组件的电磁力作用悬停于磁力悬浮组件内，且悬停装置的中心轴线与位移测量系统的中心轴线同轴；激光发射接收装置沿竖直方向设置于磁力悬浮组件的内侧，用于检测悬停装置的位置；万向支撑系统，转动连接位移测量系统的第二端，并固定连接传感器底板。</p>3、在本专利技术的一个实施例中，操作控制系统，包括操作面板、控制电路板、传感器电源和数据收发装置；操作面板，包括操作按键和显示屏，操作按键和显示屏均电连接控制电路板；控制电路板，分别控制连接垂直稳定系统和位移测量系统，并通过数据收发装置通信连接外部终端；传感器电源，用于为无支撑式竖向位移传感器供电。
4、在本专利技术的一个实施例中，垂直稳定系统，包括水平推动杆、电子水平仪、水平稳定圆盘和水平推动杆固定环；若干个水平推动杆，均匀设置于水平稳定圆盘的外周，水平稳定圆盘位于水平推动杆固定环的内侧，并固定连接磁力悬浮组件；操作控制系统独立调节每个水平推动杆的长度，每个水平推动杆的两端分别转动连接水平稳定圆盘和水平推动杆固定环，水平推动杆固定环同轴固定连接传感器外壳；电子水平仪，设置于水平稳定圆盘中心，用于检测水平稳定圆盘的水平状态，以使水平稳定圆盘沿水平方向且与位移测量系统的中心轴线垂直。
5、在本专利技术的一个实施例中，每个水平推动杆，均包括微型步进电机、第一连接轴组件和第二连接轴组件；微型步进电机的两端分别连接一个第一连接轴组件，微型步进电机分别带动两端的第一连接轴组件沿微型步进电机的轴线方向运动；每个第一连接轴组件对应转动连接一个第二连接轴组件的第一端，其中一个第二连接轴组件的第二端转动连接水平稳定圆盘，另一个第二连接轴组件的第二端转动连接水平推动杆固定环；每个第二连接轴组件的第一端与其第二端的转动轴线方向相互垂直。
6、在本专利技术的一个实施例中，磁力悬浮组件，包括从外至内依次设置的环状永磁体、亥姆霍兹线圈和气体罩；环状永磁体，包括永磁体固定环和矩形永磁体，若干个矩形永磁体沿圆周均匀分布，每个矩形永磁体沿竖直方向的两端分别固定连接一个永磁体固定环；每个永磁体固定环均向内侧延伸设置永磁体环状固定杆件；亥姆霍兹线圈螺旋环绕于气体罩的外侧，亥姆霍兹线圈的中心轴线方向沿竖直方向，用于产生匀强磁场，操作控制系统独立控制亥姆霍兹线圈产生的匀强磁场的强度；激光发射接收装置沿竖直方向设置于气体罩的内侧，气体罩的内侧为真空。
7、在本专利技术的一个实施例中，悬停装置，包括悬停装置外壳、悬停装置端部磁体、悬停装置环形反射镜和悬停装置核心磁体；悬停装置外壳的两端均设置一个悬停装置端部磁体，且悬停装置端部磁体的外侧与环状永磁体的内侧的磁极相同；每个悬停装置端部磁体均包括若干个永磁体单元，若干个永磁体单元沿圆周均匀分布；悬停装置环形反射镜，环绕设置于悬停装置外壳的表面；激光发射接收装置沿竖直方向均匀设置若干个发射端和接收端，发射端和接收端的数量相等，且一一对应设置；发射端发射激光，发射的激光在悬停装置环形反射镜的表面发生反射，接收端接收反射的激光；悬停装置核心磁体，沿竖直方向设置于悬停装置外壳内，且悬停装置核心磁体的中心轴线与悬停装置的中心轴线同轴；悬停装置核心磁体受亥姆霍兹线圈沿竖直方向的电磁力大小与悬停装置所受的重力相等，在无支撑式竖向位移传感器沿竖直方向运动时使悬停装置的位置可保持不变。
8、在本专利技术的一个实施例中，位移测量系统，还包括端部组件；两个端部组件，分别位于位移测量系统的两端，每个端部组件均包括端部连接结构件和端部电磁铁；每个端部连接结构件的上端均设置连接杆，其中一个端部组件的端部连接结构件通过其上的连接杆连接水平稳定圆盘，另一个端部组件的端部连接结构件通过其上的连接杆连接万向支撑系统；每个端部连接结构件的外侧壁均设置外侧环状固定槽和导电线圈连接槽，每个外侧环状固定槽均连接对应的永磁体环状固定杆件；亥姆霍兹线圈的两端分别连接对应的导电线圈连接槽；每个端部连接结构件的底侧设置底侧环状固定槽，气体罩的两端分别密封连接对应的底侧环状固定槽；每个端部连接结构件的内侧设置内侧竖直固定槽，激光发射接收装置的两端分别连接对应的内侧竖直固定槽；每个端部连接结构件的中心均连接一块端部电磁铁，操作控制系统独立控制每一块端部电磁铁的磁力，以调节悬停装置沿竖直方向的位置。
9、在本专利技术的一个实施例中，每个端部组件，还包括端部约束垫板，端部约束垫板包括约束垫板环状固定杆件、约束垫板连接杆和约束垫板；每个端部连接结构件的内侧壁均设置内侧环状固定槽，端部约束垫板呈环状，每个端部约束垫板的外侧均设置约束垫板环状固定杆件，每个约束垫板环状固定杆件分别连接对应的内侧环状固定槽；约束垫板连接杆沿竖直方向延伸，其两端分别连接约束垫板环状固定杆件和约束垫板，约束垫板为柔性或弹性材质，用于为悬停装置提供缓冲。
10、在本专利技术的一个实施例中，万向支撑系统，包括第一支撑部件、第二支撑部件、第三支撑部件和底座固定环；第一支撑部件，上端设置连接槽，连接槽连接连接杆；第一支撑部件的下端设置约束管；第二支撑部件，呈环状，中心沿周向设置第一转轴柱；第一转轴柱转动连接约束管；第二支撑部件的外侧的同轴设置两个第二转轴柱，第一转轴柱与两个第二转轴柱的转动轴线共面且相互垂直；每个第二转轴柱分别转动连接一个第三支撑部件的第一连接部，每个第三支撑部件的第二连接部均固定连接底座固定环；底座固定环固定连接传感器底板。
11、本专利技术还提供了一种竖向位移检测方法，包括：确定检测目标和检测位置，将无支撑式竖向位移传感器固定于检测位置；通过垂直稳定系统，调整位移测量系统的姿态以使位移测量系统沿竖直方向；分别调整每一块端部电磁铁的磁力，使悬停装置沿竖直方向运动至位移测量系统内部的设定位置，检测设定位置得到第一检测值；逐步减小端部电磁铁的磁力，并逐步增大亥本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种无支撑式竖向位移传感器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的无支撑式竖向位移传感器，其特征在于，所述操作控制系统(1)，包括操作面板(11)、控制电路板(13)、传感器电源(14)和数据收发装置(15)；
3.根据权利要求1所述的无支撑式竖向位移传感器，其特征在于，所述垂直稳定系统(2)，包括水平推动杆(21)、电子水平仪(22)、水平稳定圆盘(23)和水平推动杆固定环(24)；
4.根据权利要求3所述的无支撑式竖向位移传感器，其特征在于，每个所述水平推动杆(21)，均包括微型步进电机(211)、第一连接轴组件(212)和第二连接轴组件(213)；
5.根据权利要求3所述的无支撑式竖向位移传感器，其特征在于，所述磁力悬浮组件，包括从外至内依次设置的环状永磁体(31)、亥姆霍兹线圈(32)和气体罩(33)；
6.根据权利要求5所述的无支撑式竖向位移传感器，其特征在于，所述悬停装置(34)，包括悬停装置外壳(341)、悬停装置端部磁体(342)、悬停装置环形反射镜(343)和悬停装置核心磁体(344)；>
7.根据权利要求5所述的无支撑式竖向位移传感器，其特征在于，所述位移测量系统(3)，还包括端部组件(35)；两个所述端部组件(35)，分别位于所述位移测量系统(3)的两端，每个所述端部组件(35)均包括端部连接结构件(351)和端部电磁铁(352)；
8.根据权利要求7所述的无支撑式竖向位移传感器，其特征在于，每个所述端部组件(35)，还包括端部约束垫板(353)，所述端部约束垫板(353)包括约束垫板环状固定杆件(3531)、约束垫板连接杆(3532)和约束垫板(3532)；
9.根据权利要求7所述的无支撑式竖向位移传感器，其特征在于，所述万向支撑系统(5)，包括第一支撑部件(51)、第二支撑部件(52)、第三支撑部件(53)和底座固定环(54)；
10.一种竖向位移检测方法，其特征在于，使用如权利要求1至9任一项所述的无支撑式竖向位移传感器，包括：
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【技术特征摘要】
1.一种无支撑式竖向位移传感器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的无支撑式竖向位移传感器，其特征在于，所述操作控制系统(1)，包括操作面板(11)、控制电路板(13)、传感器电源(14)和数据收发装置(15)；
3.根据权利要求1所述的无支撑式竖向位移传感器，其特征在于，所述垂直稳定系统(2)，包括水平推动杆(21)、电子水平仪(22)、水平稳定圆盘(23)和水平推动杆固定环(24)；
4.根据权利要求3所述的无支撑式竖向位移传感器，其特征在于，每个所述水平推动杆(21)，均包括微型步进电机(211)、第一连接轴组件(212)和第二连接轴组件(213)；
5.根据权利要求3所述的无支撑式竖向位移传感器，其特征在于，所述磁力悬浮组件，包括从外至内依次设置的环状永磁体(31)、亥姆霍兹线圈(32)和气体罩(33)；
6.根据权利要求5所述的无支撑式竖向位移传感器，其特征在于，所述悬停装置(34)，包括悬停装置外壳(341)...
【专利技术属性】
技术研发人员：何岚清，武芳文，李滋润，陈澳，庄陆洲，李强，沈旭阳，王亚梅，王浩，闫嘉辉，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：
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