一种用于回弹仪距离检测的高精度电容测距装置

本发明涉及微观测距领域，特别涉及一种用于回弹仪距离检测的高精度电容测距装置。

背景技术：

随着测试测量领域的发展，对于微观距离检测的精度要求越来越高，目前用于微位移检测的位移传感器主要包括电容式位移传感器、电感式位移传感器、电涡流式位移传感器、激光干涉仪和光栅尺等，其中电容式位移传感器具有结构简单、输出阻抗较低、动态性能好、灵敏度高、以及能够实现非接触式测量等优势，在高温、辐射和强震等恶劣条件下，电容式位移传感器在精密测量领域得到广泛的应用。

作为工程混凝土强度质量检测的回弹仪，用来测量重锤的回弹距离，以回弹距离与弹簧初始长度之比作为检测工程混凝土强度相关的指标。传统的回弹仪大多采用指针式或电阻式传感器进行重锤回弹距离的检测，但这种方法由于机械摩擦易造成传感器使用寿命较短，而且测量精度不高。鉴于重锤回弹距离需高精度检测的要求，以及工地施工环境和强震动等恶劣条件，设计制作一种用于回弹仪距离检测的高精度测距装置显得尤为必要。

技术实现要素：

发明目的：针对以上问题，本发明目的是提供一种用于回弹仪距离检测的高精度电容测距装置，通过检测滑杆与金属环构成的差分电容变化，实现重锤回弹距离的高精度检测。

技术方案：本发明所述的一种用于回弹仪距离检测的高精度电容测距装置包括底座、金属环、滑杆、导轨、电桥放大电路和微控制器，所述金属环和导轨固定在底座上，所述滑杆设置在导轨内部且与底座平行，所述滑杆端部置于金属环内部且与金属环非机械接触，所述电桥放大电路用于检测滑杆与金属环发生相对位移时产生的电容值变化，电桥放大电路检测到电容值的变化并转化成电压信号，所述微控制器与电桥放大电路连接，采集和处理电桥放大电路输出的电压信号。

进一步，所述滑杆两端各设置一个金属环，构成差动电容，减小寄生电容和分布电容造成的测量误差。

进一步，所述电桥放大电路为差动电桥放大电路。

进一步，所述导轨为直线轴承，所述滑杆为不锈钢圆棒，减小滑杆回弹过程中的摩擦阻力。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：

1、本发明利用两个金属环和滑杆之间构成的差分电容进行回弹仪重锤回弹距离的检测，结构简单紧凑，避免了传统的指针式和电阻式测距装置的机械摩擦和测量精度问题；

2、采用直线轴承固定圆柱形不锈钢滑杆，零部件加工简单，最大限度的减小了滑杆回弹过程中出现的摩擦阻力，提高了位移测量精度；

3、利用差动式电桥放大电路检测电容变化，测量电路简单，大大减小了单臂桥电容测量放大电路中存在的寄生电容和分布电容问题。

附图说明

图1为本发明电容测距装置的结构示意图；

图2为本发明差动式电桥放大电路图。

具体实施方式

如图1，本实施例所述的用于回弹仪距离检测的高精度电容测距装置包括底座1、金属环2、滑杆3、导轨4、差动电桥放大电路5和微控制器6，金属环2和导轨4固定在底座1上，滑杆3设置在导轨4内部且与底座1平行，滑杆3两端分别设置第一金属环和第二金属环，滑杆3端部置于金属环2内部且与金属环2非机械接触，差动电桥放大电路5检测滑杆3与金属环2发生相对位移时产生的电容值变化，微控制器6与电桥放大电路5连接。导轨4为直线轴承，滑杆3为不锈钢圆棒，减小滑杆回弹过程中的摩擦阻力。

如图2差动式电桥放大电路图所示，其中u1为初级线圈电压，u2为次级线圈电压，c1为第一参考电容，c2为第二参考电容，cx1为滑杆与第一金属环构成的电容，cx2为滑杆与第二金属环构成的电容，为差动电桥输出电压。

将本实施例所述的电容测距装置运用到混凝土回弹仪上，当回弹仪进行混凝土强度测试时，回弹仪的重锤回弹并弹击滑杆3，使其沿着导轨4产生滑动，由于滑杆3与两端的金属环2产生相对位移，导致滑杆3和金属环2构成的差动电容值发生改变，差动式电桥放大电路将检测到的差动电容变化值转化成电压信号输送到微控制器6对数据进行采集和处理，进而达到测量重锤回弹距离的目的。

技术特征：

1.一种用于回弹仪距离检测的高精度电容测距装置，其特征在于，包括底座(1)、金属环(2)、滑杆(3)、导轨(4)、电桥放大电路(5)和微控制器(6)，所述金属环(2)和导轨(4)固定在底座(1)上，所述滑杆(3)设置在导轨(4)内部且与底座(1)平行，所述滑杆(3)端部置于金属环(2)内部且与金属环(2)非机械接触，所述电桥放大电路(5)用于检测滑杆(3)与金属环(2)发生相对位移时产生的电容值变化，所述微控制器(6)与电桥放大电路(5)连接。

2.根据权利要求1所述的用于回弹仪距离检测的高精度电容测距装置，其特征在于，所述滑杆(3)两端各设置一个金属环(2)，构成差动电容。

3.根据权利要求2所述的用于回弹仪距离检测的高精度电容测距装置，其特征在于，所述电桥放大电路(5)为差动电桥放大电路。

4.根据权利要求1所述的用于回弹仪距离检测的高精度电容测距装置，其特征在于，所述导轨(4)为直线轴承。

5.根据权利要求1所述的用于回弹仪距离检测的高精度电容测距装置，其特征在于，所述滑杆(3)为不锈钢圆棒。

技术总结
本发明公开了一种用于回弹仪距离检测的高精度电容测距装置，包括底座、金属环、滑杆、导轨、电桥放大电路和微控制器，所述金属环和导轨固定在底座上，所述滑杆设置在导轨内部且与底座平行，所述滑杆端部置于金属环内部且与金属环非机械接触，所述电桥放大电路检测滑杆与金属环发生相对位移时产生的电容值变化，所述微控制器与电桥放大电路连接，采集和处理电桥放大电路输出的电压信号。本发明结构简单紧凑，避免了传统的指针式和电阻式测距装置的测量精度和机械磨损问题；采用直线轴承固定圆柱形不锈钢滑杆，零部件加工简单，最大限度的减小了滑杆回弹过程中出现的摩擦阻力，提高了位移检测精度。

技术研发人员：许建明;白莉萍;谢洪平;范舟;庞宗强
受保护的技术使用者：国网江苏省电力工程咨询有限公司;南京邮电大学
技术研发日：2021.01.20
技术公布日：2021.06.01