柔性测斜传感器旋合夹具的制作方法

1.本发明涉及柔性测斜传感器技术领域，更具体地说，本发明涉及一种柔性测斜传感器旋合夹具。


背景技术：

2.柔性测斜传感器是一款基于mems(微机电系统)三轴加速度芯片和空间姿态解算算法的智能监测传感器，用于结构和土壤变形的监测；比如大坝、隧道、边坡、土木工程等；它通过多节传感器级联构成一个连续的2d/3d测量阵列；
3.该传感器主体部分是级联的mems传感器，mems传感器封装在不锈钢管(传感单元)内，多节不锈钢管级联(外加附件)形成一个完整的产品；各节之间是通过液压胶管总成(也叫做“关节”)连接的，因为液压胶管总成相对柔软灵活，在受到外界压迫时，能够自由变形，带动各节钢管空间姿态发生变化，钢管内置的mems传感器能够感知这种空间姿态变化。图1中浅色部分即是不锈钢管段(传感单元)，内置mems传感器，深色部分即是液压胶管总成，图2是柔性测斜传感器典型设计的架构图；
4.如上所述空间姿态解算算法依赖于两个因素：第一是传感单元内置的mems芯片能够解算到各传感单元自身空间角度的变化(这个是mems加速度计基本应用，通过感知重力加速度在mems芯片各轴分量的变化而感知空间角度的变化)；第二是需要各传感单元之间的间距，这个很容易理解，因为通过三角函数计算空间姿态或空间位置变化，肯定同时需要角度变化和基本的长度数据，这就需要这个长度数据，也就是传感单元之间的间距是准确的；
5.如上所描述该传感器最大的应用场景就是边坡、大坝等深部位移测量，通俗描述就是在边坡或大坝上打孔，然后把最长超过百米的柔性测斜传感器放入；比如在边坡场景，打这么深的孔，很大概率就会遇到地下水层，那么该传感器就是需要严格防水的，为了防水，传感单元的不锈钢管和关节(液压胶管总成)就设计成了密封管螺纹(比如美标npt管螺纹)连接(加管螺纹密封胶或生料带)；
6.众所周知，管螺纹旋合尺寸是非常难以控制的，实际操作中，管螺纹加工精度、管螺纹密封胶或生料带用量多少、旋合螺纹时施加的力矩大小都会影响旋合长度，这种旋合长度差异甚至可以达数毫米级别，通常使用管螺纹的场合(比如自来水管)对此并不在乎，但是对于位移测量精度要求达到0.01mm级别的柔性测斜传感器就不可接受了。
7.现有技术通常是通过装配人员测量等方式手动控制旋合长度，该方式效率低、一致性差。因此，有必要提出一种柔性测斜传感器旋合夹具，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

8.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的
关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
9.为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种柔性测斜传感器旋合夹具，包括：夹具主体，所述夹具主体的一端可拆卸的连接有滑动定位销，所述滑动定位销远离所述夹具主体的一端延伸设有与所述夹具主体的端面平行的定位板，所述夹具主体靠近所述滑动定位销一侧的端面与所述定位板之间的距离等于传感单元与胶管总成的旋合长度，所述传感单元与胶管总成通过密封管螺纹连接，并通过旋合夹具控制旋合长度。
10.优选的是，所述胶管总成与所述传感单元连接的端部外侧设有锥形的外螺纹，所述外螺纹远离所述胶管总成的端面一侧设有六方体，通过所述滑动定位销的定位板与胶管总成的端面进行贴合，使所述夹具主体定位设置在所述胶管总成的六方体上。
11.优选的是，所述夹具主体定位安装在胶管总成上之后，将所述滑动定位销从所述夹具主体上拆下，在所述胶管总成的外螺纹处设置密封层，将所述传感单元与所述胶管总成的外螺纹进行旋合，直至所述传感单元的端面旋合至与所述夹具主体的端面贴合。
12.优选的是，所述夹具主体的一端设有安装槽，所述安装槽贯穿所述夹具主体的端面和与所述端面相邻的一侧面，所述滑动定位销的一端限位设置在所述安装槽内。
13.优选的是，所述安装槽远离所述夹具主体端面的一侧设有弧形定位槽，所述弧形定位槽的轴线平行于所述夹具主体的端面设置，所述弧形定位槽的直径大于所述安装槽的厚度。
14.优选的是，所述滑动定位销的一端设有与所述弧形定位槽对应的第一定位块，所述第一定位块由所述夹具主体的一侧面滑入或滑出所述安装槽。
15.优选的是，还包括定位组件，在所述传感单元与所述胶管总成旋合后，将所述定位组件的一端限位连接在所述安装槽内，所述传感单元与所述胶管总成连接的端部外侧设有限位槽，所述定位组件的另一端限位连接在所述限位槽内，通过所述定位组件使所述夹具主体与所述传感单元之间形成预紧力。
16.优选的是，所述定位组件包括：与所述弧形定位槽对应的第二定位块，所述第二定位块内设有第一滑动腔，连接块的一端滑动连接在所述第一滑动腔内，所述连接块的另一端内部设有第二滑动腔，所述第二滑动腔内滑动连接有l形限位板，所述l形限位板的另一端伸出所述第二滑动腔设置，且卡接至所述限位槽内；
17.所述l形限位板在所述第二滑动腔的一端设有挡板，所述挡板和所述第二滑动腔远离所述第二定位块的侧面之间连接有弹簧；
18.所述连接块的中部活动设有限位插杆，所述限位插杆的轴线与所述弧形定位槽的轴线平行设置，所述安装槽的侧壁上设有与所述限位插杆对应的限位插孔。
19.优选的是，所述限位插孔的内侧壁上设有卡扣，所述限位插杆靠近所述限位插孔的一端表面设有与所述卡扣对应的卡槽。
20.优选的是，所述卡扣包括：固定块，所述固定块的一侧固定连接在所述限位插孔的侧壁上，所述固定块上相对的另一侧设有限位罩，所述限位罩靠近所述限位插杆的一侧为开口，所述固定块上设有固定柱，所述固定柱上设有弹性卡件，所述弹性卡件为u型，所述弹性卡件的两个活动端伸出所述限位罩的开口设置，所述活动端上向靠近所述限位罩的一侧延伸设有限位柱；
21.所述卡槽上对称设有与所述弹性卡件对应的限位块，两个所述限位块相对的一侧
依次设有第一斜面、第二斜面、卡孔和第三斜面，所述第一斜面靠近所述限位插孔的一侧设置，两个所述限位块相背的一侧设有与所述第三斜面连接的第四斜面；
22.两个所述限位块之间的距离从所述第一斜面靠近所述限位插孔的一端向所述第二斜面远离所述限位插孔的一端的方向减小，再从所述第二斜面远离所述限位插孔的一端向所述第三斜面远离所述限位插孔的一端的方向增大。
23.相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：
24.本发明所述的柔性测斜传感器旋合夹具使用密封管螺纹的密封性较好，使得传感单元和胶管总成的连接具有较好的密封防水性，密封管螺纹为锥形的螺纹，旋合长度难以控制，因此设置的夹具主体和滑动定位销，使得夹具主体能够对传感单元与胶管总成的旋合长度进行精准控制，操作简单、准确性强，具有较好的一致性。
25.本发明所述的柔性测斜传感器旋合夹具，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
26.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
27.图1为现有技术中柔性测斜传感器的结构示意图；
28.图2为现有技术中柔性测斜传感器的整体结构示意图；
29.图3为本发明所述的柔性测斜传感器旋合夹具的使用结构示意图；
30.图4为本发明所述的柔性测斜传感器旋合夹具在胶管总成上定位的结构示意图；
31.图5为本发明所述的柔性测斜传感器旋合夹具中胶管总成的端部结构示意图；
32.图6为本发明所述的柔性测斜传感器旋合夹具的结构示意图；
33.图7为本发明所述的柔性测斜传感器旋合夹具中定位组件的使用剖面结构示意图；
34.图8为本发明所述的柔性测斜传感器旋合夹具中定位组件的剖面结构示意图；
35.图9为本发明所述的柔性测斜传感器旋合夹具中连接块的剖面结构示意图；
36.图10为本发明所述的柔性测斜传感器旋合夹具中卡扣和卡槽的结构示意图；
37.图11为本发明所述的柔性测斜传感器旋合夹具中限位插孔的结构示意图；
38.图12为本发明所述的柔性测斜传感器旋合夹具中卡扣的结构示意图；
39.图13为本发明所述的柔性测斜传感器旋合夹具中弹性卡件的结构示意图；
40.图14本发明所述的柔性测斜传感器旋合夹具中限位插杆的端部结构示意图；
41.图15为本发明所述的柔性测斜传感器旋合夹具中限位块的结构示意图。
具体实施方式
42.下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
43.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
44.如图1-图15所示，本发明提供了一种柔性测斜传感器旋合夹具，包括：夹具主体1，所述夹具主体1的一端可拆卸的连接有滑动定位销2，所述滑动定位销2远离所述夹具主体1的一端延伸设有与所述夹具主体1的端面平行的定位板210，所述夹具主体1靠近所述滑动定位销2一侧的端面与所述定位板210之间的距离等于传感单元3与胶管总成4的旋合长度，所述传感单元3与胶管总成4通过密封管螺纹连接，并通过旋合夹具控制旋合长度。
45.上述技术方案的工作原理：旋合夹具的安装过程为将夹具主体1和滑动定位销2贴合在胶管总成4的端部表面，胶管总成4的端部表面应至少设有一处平面，将夹具主体1贴合和在此平面处，由于滑动定位销2和定位板210为一体成型的l形，夹具主体1贴合的要求是滑动定位销2的定位板210正好贴合在胶管总成4的端面上，使得胶管总成4的端面与夹具主体1的端面距离为旋合长度，夹具主体1定位安装完成后，将胶管总成4和旋合夹具一并夹持在台钳上，然后将滑动定位销2拆卸下来，夹具主体1的端面裸露，然后使用扳手将胶管总成4的端部与传感单元3通过螺纹连接旋合在一起，直至传感单元3的端面与夹具主体1的端面贴合。
46.上述技术方案的有益效果：密封管螺纹的密封性较好，使得传感单元3和胶管总成4的连接具有较好的密封防水性，密封管螺纹为锥形的螺纹，旋合长度难以控制，因此通过设置的夹具主体1和滑动定位销2，使得夹具主体1能够对传感单元3与胶管总成4的旋合长度进行精准控制，操作简单、准确性强，具有较好的一致性。
47.在一个实施例中，所述胶管总成4与所述传感单元3连接的端部外侧设有锥形的外螺纹410，所述外螺纹410远离所述胶管总成4的端面一侧设有六方体420，通过所述滑动定位销2的定位板210与胶管总成4的端面进行贴合，使所述夹具主体1定位设置在所述胶管总成4的六方体420上。
48.上述技术方案的工作原理和有益效果：由于胶管总成4与传感单元3连接的外螺纹410为npt外螺纹，npt螺纹是一种美国标准60度锥管螺纹，分为一般密封圆柱管螺纹和一般密封圆锥管螺纹，配合方式由“锥/锥”配合“柱/锥”配合，因此，需要将夹具主体1与外螺纹410一侧的六方体420表面的某一平面进行贴合，使得夹具主体1的端面与胶管总成4的外螺纹的端面平行，保证对旋合长度的精准控制。
49.在一个实施例中，所述夹具主体1定位安装在胶管总成4上之后，将所述滑动定位销2从所述夹具主体1上拆下，在所述胶管总成4的外螺纹410处设置密封层，将所述传感单元3与所述胶管总成4的外螺纹410进行旋合，直至所述传感单元3的端面旋合至与所述夹具主体1的端面贴合。
50.上述技术方案的工作原理和有益效果：为了保证传感单元3与胶管总成4连接的密封性，在两者旋合之前，需要在胶管总成4的外螺纹410处设置密封层，密封层可以为生料带或者密封胶，生料带和密封胶的用量需要严格控制，保证密封性的同时，能够使得传感单元3能够顺利旋合至夹具主体1的端面处。
51.在一个实施例中，所述夹具主体1的一端设有安装槽110，所述安装槽110贯穿所述夹具主体1的端面和与所述端面相邻的一侧面，所述滑动定位销2的一端限位设置在所述安装槽110内；
52.所述安装槽110远离所述夹具主体1端面的一侧设有弧形定位槽111，所述弧形定位槽111的轴线平行于所述夹具主体1的端面设置，所述弧形定位槽111的直径大于所述安
装槽110的厚度；
53.所述滑动定位销2的一端设有与所述弧形定位槽111对应的第一定位块220，所述第一定位块220由所述夹具主体1的一侧面滑入或滑出所述安装槽110。
54.上述技术方案的工作原理：在对夹具主体1的位置进行定位时，将夹具主体1贴合在六方体420的某一平面处，然后将滑动定位销2的第一定位块220滑入至弧形定位槽111内，通过滑动定位销2的定位板210与胶管总成4的端面贴合来调整夹具主体1在胶管总成4轴线方向上的位置，位置确定好后，再将传感单元3旋合在胶管总成4的外螺纹410上。
55.上述技术方案的有益效果：通过上述结构的设计，弧形定位槽111和第一定位块220能够限制滑动定位销2不会沿着胶管总成4的轴线方向与夹具主体1产生相对位移，能够对夹具主体1的位置进行准确定位，并且安装槽110贯穿夹具主体1的一侧面设置，使得滑动定位销2仅能从夹具主体1的侧面滑出，也就是从胶管总成4的径向方向进行拆卸，不会影响夹具主体1的定位效果。
56.在一个实施例中，还包括定位组件5，在所述传感单元3与所述胶管总成4旋合后，将所述定位组件5的一端限位连接在所述安装槽110内，所述传感单元3与所述胶管总成4连接的端部外侧设有限位槽310，所述定位组件5的另一端限位连接在所述限位槽310内，通过所述定位组件5使所述夹具主体1与所述传感单元3之间形成预紧力。
57.上述技术方案的工作原理和有益效果：在传感单元3和胶管总成4旋合后，为保证两者之间连接的稳固性以及旋合长度不会由于旋合松动产生变化，而设置定位组件5；例如在胶管总成4的外螺纹410处涂抹密封胶之后，将传感单元3旋合在外螺纹410处，若是旋合之后即撤去旋合的作用力，可能会发生旋合松动而使得旋合长度变短的情况，因此，在旋合作用力撤去后也就是通过扳手将两者旋合到位后，随即将限位组件安装在夹具主体1上，并使得限位组件的另一端插入至限位槽310内，使得传感单元3与夹具主体1之间不会产生轴向移动，使得传感单元3与胶管总成4之间形成预紧力，等密封胶风干后，再随即撤去限位组件，保证传感单元3与胶管总成4之间的连接更加稳定，进一步保证传感单元3和胶管总成4之间的旋合长度的精准控制。
58.在一个实施例中，所述定位组件5包括：与所述弧形定位槽111对应的第二定位块510，所述第二定位块510内设有第一滑动腔511，连接块520的一端滑动连接在所述第一滑动腔511内，所述连接块520的另一端内部设有第二滑动腔521，所述第二滑动腔521内滑动连接有l形限位板530，所述l形限位板530的另一端伸出所述第二滑动腔521设置，且卡接至所述限位槽310内；
59.所述l形限位板530在所述第二滑动腔521的一端设有挡板，所述挡板和所述第二滑动腔521远离所述第二定位块510的侧面之间连接有弹簧540；
60.所述连接块520的中部活动设有限位插杆550，所述限位插杆550的轴线与所述弧形定位槽111的轴线平行设置，所述安装槽110的侧壁上设有与所述限位插杆550对应的限位插孔112。
61.上述技术方案的工作原理和有益效果：在安装定位组件5时，首先依据弧形定位槽111与限位槽310之间的长度，通过连接块520的移动调整l形限位板530伸出第二滑动腔521的长度，将整个定位组件5插入至安装槽110内，同时，l形限位板530的端部位于限位槽310内，此时，夹具主体1和传感单元3之间未形成预紧力，随即用外力将连接块520向第二定位
块510的一侧推动，使得第二滑动腔521内的弹簧540被压缩，弹簧540压缩后产生的弹力作用于l形限位板530和连接块520，使得夹具主体1和传感单元3之间形成预紧力，当连接块520带动限位插杆550移动至与限位插孔112对应时，将限位插杆550插入至限位插孔112内，随即对连接块520的位置进行限位，同时弹簧540始终处于压缩状态，使得传感单元3与胶管总成4之间不会发生相对的轴向移动，保证在密封胶风干的过程中，传感单元3的端面始终与夹具主体1的端面保持贴合，进一步保证两者之间的旋合长度不会轻易发生变化，保证旋合长度的准确性。
62.在一个实施例中，所述限位插孔112的内侧壁上设有卡扣6，所述限位插杆550靠近所述限位插孔112的一端表面设有与所述卡扣6对应的卡槽551；
63.所述卡扣6包括：固定块610，所述固定块610的一侧固定连接在所述限位插孔112的侧壁上，所述固定块610上相对的另一侧设有限位罩620，所述限位罩620靠近所述限位插杆550的一侧为开口，所述固定块610上设有固定柱630，所述固定柱630上设有弹性卡件640，所述弹性卡件640为u型，所述弹性卡件640的两个活动端伸出所述限位罩620的开口设置，所述活动端上向靠近所述限位罩620的一侧延伸设有限位柱641；
64.所述卡槽551上对称设有与所述弹性卡件640对应的限位块7，两个所述限位块7相对的一侧依次设有第一斜面710、第二斜面720、卡孔730和第三斜面740，所述第一斜面710靠近所述限位插孔112的一侧设置，两个所述限位块7相背的一侧设有与所述第三斜面740连接的第四斜面750；
65.两个所述限位块7之间的距离从所述第一斜面710靠近所述限位插孔112的一端向所述第二斜面720远离所述限位插孔112的一端的方向减小，再从所述第二斜面720远离所述限位插孔112的一端向所述第三斜面740远离所述限位插孔112的一端的方向增大。
66.上述技术方案的工作原理和有益效果：为保证连接块520的位置不发生变化，限位插杆550不会轻易从限位插孔112中脱出，将限位插杆550和限位插孔112设置为卡扣6和卡槽551的配合方式，使得两者能够轻松的拆卸和安装，并且在限位插杆550远离卡槽551的一端与连接块520设置为弹性连接，在连接块520沿胶管总成4的轴向移动时，限位插杆550始终位于连接块520的内部，当连接块520移动到位时，用外力推动限位插杆550，限位插杆550上的卡槽551便与卡扣6进行卡接；具体的卡接方式为，随着限位插杆550插入至限位插孔112内，弹性卡件640的两个限位柱641在卡槽551上的两个限位块7之间进行移动，由于弹性卡件640具有一定的弹性，两个限位柱641沿着第一斜面710和第二斜面720移动过程中，两个限位柱641之间的距离变小，使得u型弹性卡件640被压缩，当限位柱641移动至卡孔730处时，在弹性卡件640的弹性作用下随即释放弹力，使得限位柱641卡接至卡孔730内，实现限位插杆550和限位插孔112之间卡接，进而使得连接块520的位置被限制，保证夹具主体1和传感单元3之间的预紧力；当传感单元3和胶管总成4的外螺纹410连接稳固后，可将定位组件5从夹具主体1上拆卸下来，此时，只需要再次推动限位插杆550，使得限位柱641沿着卡孔730的侧壁滑入至第三斜面740处，并在弹性卡件640的弹力作用下，两个限位柱641沿着第三斜面740张开，两者之间的距离增大，并滑出第三斜面740，分别从两个限位块7相背的一侧的第四斜面750滑出，使得限位插杆550与限位插孔112脱离卡接，在限位插杆550与连接块520之间的弹性作用下，限位插杆550弹出限位插孔112，随即连接块520在弹簧540的作用下进行移动，使得l形限位板530与连接块520之间失去弹性作用力，此时可将定位组件5整
体轻松的从夹具主体1上取下，完成其对传感单元3和胶管总成4之间连接的定位，保证两者之间连接的稳固性。
67.在一个实施例中，所述定位板210靠近所述夹具主体1的一侧设有至少两个薄膜式压力传感器，所述压力传感器与压力反馈端通讯连接，在对所述夹具主体1进行定位时，所述滑动定位销2的定位板210与胶管总成4的端面进行贴合，所述压力传感器用于检测两者之间的压力值，通过压力反馈端接收压力值并计算两者之间的贴合度τ：
[0068][0069]
其中，fi为第i个压力传感器检测的压力值，n为压力传感器的数量，为n个压力传感器检测的压力值的平均值；
[0070]
所述压力反馈端将贴合度τ与预设值进行比较，若贴合度1≤τ≤1.2，则表示夹具主体1的定位准确，若贴合度不在上述范围内，则需要对夹具主体1的位置再次进行调整。
[0071]
上述技术方案的工作原理和有益效果：夹具主体1和滑动定位销2相对于胶管总成4来讲是活动的，在对夹具主体1进行定位过程中，需要使得滑动定位销2的定位板210与胶管总成4的端面进行贴合，由于在贴合时，需要对滑动定位销2的位置和夹具主体1的位置随时调整，以便保证夹具主体1的端面与胶管总成4的端面保持平行，因此，采用在定位板210上设置压力传感器，通过其传输至压力反馈端的数值以及对贴合度的计算，来对夹具主体1的位置精确调整，保证其端面与胶管总成4的端面保持平行，进而使得在传感单元3进行旋合的长度更加精准，降低旋合误差。
[0072]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0073]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0074]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。