激光測(cè)距在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)位移測(cè)量的應(yīng)用

劉飛 黃元媛 況嚴(yán) 黃桂榮

【摘要】激光位移傳感器測(cè)距儀廣泛用于工業(yè)、軍事、建筑等領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著計(jì)量技術(shù)的不斷發(fā)展，激光測(cè)距在計(jì)量檢測(cè)中成為主要的測(cè)距方法。本文對(duì)激光位移傳感器測(cè)距儀進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，闡述了激光位移傳感器測(cè)距儀在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)位移測(cè)量方面的應(yīng)用，以提高萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的檢測(cè)精度和效率，促進(jìn)計(jì)量行業(yè)的不斷進(jìn)步和發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】激光測(cè)距；萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；位移測(cè)量；不確定度

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.02.073

Application of Laser Ranging in Displacement Measurement of Universal Testing Machine

LIU Fei， HUANG Yuanyuan， KUANG Yan， HUANG Guirong*

（Chongqing Institute of Metrology and Quality Inspection， Chongqing 408000， China）

Abstract： Laser displacement sensors are widely used in industrial， military， construction， and other fields. In recent years， with the continuous development of metrology technology， laser ranging has become the main method for distance measurement in metrology and testing. This article provides a brief analysis of laser displacement sensors and discusses their application in displacement measurement in electronic universal testing machines to improve the testing accuracy and efficiency， and promote the continuous improvement and development of the metrology industry.

Keywords： laser ranging； universal testing machines； displacement measurement； uncertainty

0引言

在測(cè)量萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的位移時(shí)，考慮到其機(jī)構(gòu)的特殊性，檢定人員通常根據(jù)國(guó)家檢定規(guī)程的規(guī)定采用鋼直尺來(lái)進(jìn)行位移校準(zhǔn)。這種方法適用于傳統(tǒng)的機(jī)械度盤(pán)式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。但是，隨著檢定規(guī)程的不斷更新，以及數(shù)字化、電子化和自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)已經(jīng)逐漸普及。

目前，萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)中的位移傳感器已經(jīng)能將分度值精確到0.001 mm，而傳統(tǒng)的鋼直尺的分度值依然是1 mm，因此在檢測(cè)位移參數(shù)時(shí)很容易出現(xiàn)隨機(jī)誤差。本文結(jié)合激光位移傳感器測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行分析，探討使用激光位移傳感器測(cè)距替代傳統(tǒng)測(cè)距方式的可行性，盡可能抵消測(cè)量數(shù)據(jù)中的設(shè)備以及人為估讀帶來(lái)的影響，以提高萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)或者其他相關(guān)檢測(cè)設(shè)備在位移檢測(cè)中的檢測(cè)準(zhǔn)確度。

1激光測(cè)距儀的原理和優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的測(cè)距工具（如鋼卷尺等）主要用于工業(yè)和建筑業(yè)中的距離測(cè)量。但這些工具存在一定的局限性，如測(cè)量精度易受到人為因素影響，使用不便等。近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，激光測(cè)距儀漸漸成為一種被廣泛使用的測(cè)距工具。激光測(cè)距儀是通過(guò)調(diào)制激光的某個(gè)參數(shù)對(duì)目標(biāo)的距離進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定的儀器。測(cè)距原理基本可以歸結(jié)為測(cè)量光往返目標(biāo)所需要時(shí)間，然后通過(guò)光速和大氣折射系數(shù)計(jì)算出距離。激光測(cè)距儀具有快速、準(zhǔn)確、無(wú)接觸等特點(diǎn)，因此在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。激光測(cè)距儀與傳統(tǒng)刻度量具的對(duì)比情況如表1所示。

2激光位移傳感器測(cè)距儀在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)位移測(cè)量上的應(yīng)用

2.1激光位移傳感器測(cè)距儀測(cè)量的可行性分析

使用激光位移傳感器測(cè)距儀能對(duì)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)位移進(jìn)行測(cè)量，對(duì)激光位移傳感器測(cè)距儀測(cè)量的不確定度進(jìn)行分析，判斷其是否滿足萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)移動(dòng)位移的檢測(cè)要求。萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的位移測(cè)量要求一般在0～1000 mm之間，因而對(duì)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)位移測(cè)量不確定分析主要在這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行。

已知影響測(cè)量結(jié)果的不確定來(lái)源主要由測(cè)量重復(fù)性、激光位移傳感器測(cè)距儀的分度值和誤差引入。將激光位移傳感器測(cè)距儀固定在磁力座夾具上，再將夾具吸附在檢測(cè)橫梁位移的橫梁上，調(diào)整水平，然后進(jìn)行位移測(cè)量。具體安裝方式如圖1所示。

2.2小量程不確定度評(píng)定

2.2.1測(cè)量重復(fù)性引入的測(cè)量不確定度

在相同條件下，在較短時(shí)間里使用激光位移傳感器測(cè)距儀對(duì)橫梁位移重復(fù)測(cè)量10次，得到結(jié)果為（單位mm）：30.02、30.02、30.01、30.01、30.02、30.01、30.01、30.01、30.02、30.01。10次測(cè)量平均值為30.014 mm。

2.3大量程不確定度評(píng)定

2.3.1測(cè)量重復(fù)性引入的測(cè)量不確定度

在相同條件下，在較短時(shí)間里使用激光位移傳感器測(cè)距儀對(duì)橫梁位移重復(fù)測(cè)量10次，得到結(jié)果（單位mm）：400.0、400.1、400.1、400.0、400.2、400.2、400.2、400.0、400.1、400.1。10次測(cè)量平均值為400.10 mm。

單次測(cè)量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差為：

激光位移傳感器測(cè)距儀在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)位移測(cè)量的優(yōu)勢(shì)

通過(guò)激光位移傳感器測(cè)距儀在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上位移測(cè)量的可行性分析可知，激光位移傳感器測(cè)距儀能夠滿足萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上的位移測(cè)量。激光位移傳感器測(cè)距儀對(duì)比傳統(tǒng)鋼直尺有著可讀性強(qiáng)、檢測(cè)速度快的優(yōu)勢(shì)，可在檢測(cè)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的位移測(cè)量讀取示值過(guò)程中提高效率。提前將激光位移傳感器測(cè)距儀放置在橫梁上，這樣在對(duì)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)其他參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，便能同時(shí)讀取萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的位移數(shù)據(jù)。相較于以往使用鋼直尺等檢測(cè)設(shè)備需要單獨(dú)對(duì)其檢測(cè)，本方法能夠節(jié)省檢測(cè)步驟和過(guò)程，提高檢測(cè)效率，同時(shí)通過(guò)對(duì)位移的測(cè)量，也能同時(shí)對(duì)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)移動(dòng)速度做出快速檢測(cè)。

4結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)激光位移傳感器測(cè)距儀檢測(cè)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)位移測(cè)量的不確定度進(jìn)行分析，驗(yàn)證了測(cè)量方法的可行性；對(duì)比傳統(tǒng)檢測(cè)方法，激光位移傳感器測(cè)距儀利用其檢測(cè)特性，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化，這將為激光位移傳感器測(cè)距儀在工業(yè)、計(jì)量等領(lǐng)域的應(yīng)用提供新的解決方案。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳媛媛.手持式激光測(cè)距儀示值誤差的測(cè)量不確定度評(píng)定[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2022，49（11）：118-121.

[2]林燮佳.手持式激光測(cè)距儀校準(zhǔn)裝置及方法的研究[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2022，49（7）：101-105.

[3]卞偉，郝彥彬，謝平，等.一種新型手持式激光測(cè)距儀示值誤差的檢定方法[J].上海計(jì)量測(cè)試，2020，47（3）：5-7.

[4]徐向奎，王俊，顧楷.手持式激光測(cè)距儀室內(nèi)自動(dòng)檢定裝置的研究[J].工業(yè)計(jì)量，2020，30（3）：42-44.

[5]常振業(yè).便攜式激光測(cè)距儀的測(cè)繪系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].湖北：湖北師范大學(xué)，2020.

[6]孫增生，鄂振乾，劉金良，等.激光測(cè)距儀在石油管具長(zhǎng)度測(cè)量中的應(yīng)用[J].石油管材與儀器，2019，5（6）：98-100.

[7]李萍.手持式激光測(cè)距儀自動(dòng)校準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].天津：天津大學(xué)，2019.

【作者簡(jiǎn)介】

劉飛，男，1988年出生，工程師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)計(jì)量師，研究方向?yàn)橛?jì)量檢測(cè)。

黃元媛，女，1991年出生，工程師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)計(jì)量師，研究方向?yàn)橛?jì)量檢測(cè)。

況嚴(yán)，男，1991年出生，工程師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)計(jì)量師，研究方向?yàn)橛?jì)量檢測(cè)。

通信作者：黃桂榮，男，1987年出生，工程師，研究方向?yàn)橛?jì)量檢測(cè)。電子郵箱：497343700@qq.com。

（編輯：李加鵬）