专利名称：系泊船舶撞击能量传感器及其测量撞击能量的方法
系泊船舶撞击能量传感器及其测量撞击能量的方法主要应用在海洋工程系泊船舶模型试验中，属于海洋工程模型试验领域。
海洋工程系泊船舶模型试验在我国最先起于1974年。1973年我国开始建造第一座10万吨原油出口码头，本工程设计由大连理工大学承担，有关该工程的模型试验也由大连理工大学承担。该种模型试验在国内也是首次进行，在模型试验中需进行系泊船舶撞击能量的测试。由于没有现成可用的传感器，自制了测力测变位装置传感器。
现有的测力测变位装置传感器由橡胶体、反力计和变位计三部分组成。船撞击橡胶体，橡胶体将力传到反力计上同时自身发生压缩变形，变形时带动变位计，根据反力计和变位计的同步测量结果可计算撞击能量。由于变位计为一悬臂磷铜片，它的存在影响护舷本身的变形，造成护舷弹性的增大，致使试验结果产生偏差；变位计的悬臂磷铜片，下端支于护舷顶板上，在船舶的外力作用下，有时会弹出，造成试验失败；测力计、变位计均为悬臂梁结构，贴的电阻丝片均裸露在外，很容易被损坏；测力计、变位计为分体结构，每次试验前，必须进行组装，并分别标定，花费较多时间。
实际试验中，护舷的个数可能多个，撞击的次数15～120，分析工作量大，只能评经验挑取，进行示波图的分析，误差较大。
本发明的目的是提供一种一体准确快速测量、设备安全工作的系泊船舶撞击能量传感器及其测量撞击能量的方法。
本发明的工作原理是变参数传感器，传感器测力片用悬臂梁结构、电阻参数变化，测变位用电容参数变化、其结构为滑动式悬板，测变位时不影响护舷的变形，将测力、测变位组合成一体，便于安装，测量所用电器元件集中放置在一个合金铝制方盒中不裸露在外，不宜损坏。
试验船舶在外力作用下，船舶撞击到，使测变形板(3)滑动，使盒体(10)中金属圈(5)、金属圈(12)和金属圈(15)构成的电容发生变化，撞击块(2)移动的同时，使模型护舷(1)被压缩，其反力作用到测力板(4)，导致盒体(10)中的感应片(7)、感应片(8)、感应片(13)和感应片(14)的电阻发生变化，这样就将模型护舷(1)在外力作用下的变形和力，分别转化为两个电的信号，根据事先的标定，可同步计算出变形和力的大小，从而计算出撞击能量。数据测量处理装置(16)记录两个信号，一个是撞击力，一个是护舷的变形，并要求同步记录，变形达到最大时，所对应的力，被测出，然后根据力与变形的关系，计算出能量，即能量E＝1/2h*f。试验时，可有n个护舷，每组试验有m个波浪作用。这样一组试验将有n×m个能量E。单个能量计算出来后，还要进行组合，现以两个护舷为例。护舷A和护舷B。在一列波浪作用下，首先以护舷A为准，如撞击6次得出6个能量值，为A1～A6。同时护舷B相应撞击6次得出6个能量值，由于各护舷撞击的不同，然后再以护舷B为准，如撞击5次得出5个能量值，为B1～B5。同时护舷A相应撞击5次得出5个能量值，进行组合，得出能量E1～E11。
本发明的技术解决方案是，系泊船舶撞击能量传感器包括模型护舷(1)、撞击块(2)、测变形板(3)、测力板(4)、固定板(6)、感应片(7)、感应片(8)、感应片(13)、感应片(14)和数据测量处理装置(16)，模型护舷(1)一端与测力板(4)连接，另一端与测变形板(3)连接，撞击块(2)固定在测变形板(3)上，感应片(7)和感应片(14)与测力板(4)的下面连接，感应片(8)和感应片(13)与测力板(4)的上面连接，感应片(7)、感应片(8)、感应片(13)和感应片(14)连接成惠斯登电桥与数据测量处理装置(16)连接，它特殊在，还包括金属圈(5)、固定板(9)、盒体(10)、棒(11)、金属圈(12)和金属圈(15)，将穿过固定在测变形板(3)上的金属圈(5)、金属圈(12)的套有金属圈(15)的棒(11)固定在固定板(9)上，将固定板(9)与盒体(10)固定连接，金属圈(5)、金属圈(12)和金属圈(15)构成的电容与数据测量处理装置(16)连接，测力板(4)的另一与端盒体(10)连接。
金属圈(5)和金属圈(12)从上、下穿过测变形板(3)的孔连接在一起，并固定在测变形板(3)上。
金属圈(15)嵌在棒(11)上。
撞击撞击块(2)，使测变形板(3)向下移动，通过模型护舷(1)对测力板(4)施加力，它特殊在，测变形板(3)向下移动时，金属圈(5)、金属圈(12)和金属圈(15)构成的电容发生变化，将测变形板(3)位置变化和模型护舷(1)变形的信号转变为电信号，输出到数据测量处理装置(16)，测出模型护舷(1)的变形；测力板(4)受力后，感应片(7)、感应片(8)、感应片(13)和感应片(14)的电阻发生变化，将测力板(4)的受力信号转变为电信号，输出到数据测量处理装置，测出撞击在模型护舷(1)上的力，数据测量处理装置(16)根据力与变形的关系，得到撞击在模型护舷(1)上的能量。
本发明的优点是测变位板是采用可位移的型式，避免了在测试过程中对护舷弹性的影响；电器元件集中装在一个封闭的方盒内，起到了保护作用，延长了仪器的使用寿命；整体结构设计合理，适用于各类橡胶护舷，便于更换。由于本传感器为一整体，安装简便。使用本测量方法后，可大大提高工作效率，同时保证了试验精度下面结合附图和是实力对本发明作进一步的说明，
图1是本发明的结构示意图，图2是本发明的A-A剖视图，将模型护舷(1)一端与测力板(4)固定连接，另一端与测变形板(3)固定连接，撞击块(2)固定在测变形板(3)上，测力板(4)的另一与端盒体(10)连接，感应片(7)和感应片(14)与测力板(4)的下面连接，感应片(8)和感应片(13)与测力板(4)的上面连接，感应片(7)、感应片(8)、感应片(13)和感应片(14)连接成惠斯登电桥与数据测量处理装置(16)连接，金属圈(5)和金属圈(12)边沿凸起，从上、下穿过测变形板(3)的孔通过丝扣连接在一起，并固定在测变形板(3)上，将穿过固定在测变形板(3)上的金属圈(5)、金属圈(12)的嵌有金属圈(15)的棒(11)固定在固定板(9)上，将固定板(9)与盒体(10)固定连接；金属圈(5)、金属圈(12)和金属圈(15)构成的电容与数据测量处理装置(16)连接。
撞击撞击块(2)，使测变形板(3)向下移动，通过模型护舷(1)对测力板(4)施加力，它特殊在，测变形板(3)向下移动时，金属圈(5)、金属圈(12)和金属圈(15)构成的电容发生变化，将测变形板(3)位置变化和模型护舷(1)变形的信号转变为电信号，输出到数据测量处理装置(16)，测出模型护舷(1)的变形；测力板(4)受力后，感应片(7)、感应片(8)、感应片(13)和感应片(14)的电阻发生变化，将测力板(4)的受力信号转变为电信号，输出到数据测量处理装置，测出撞击在模型护舷(1)上的力，数据测量处理装置(16)根据力与变形的关系，得到撞击在模型护舷(1)上的能量。
权利要求
1.系泊船舶撞击能量传感器包括模型护舷(1)、撞击块(2)、测变形板(3)、测力板(4)、固定板(6)、感应片(7)、感应片(8)、感应片(13)、感应片(14)和数据测量处理装置(16)，模型护舷(1)一端与测力板(4)连接，另一端与测变形板(3)连接，撞击块(2)固定在测变形板(3)上，感应片(7)和感应片(14)与测力板(4)的下面连接，感应片(8)和感应片(13)与测力板(4)的上面连接，感应片(7)、感应片(8)、感应片(13)和感应片(14)连接成惠斯登电桥与数据测量处理装置(16)连接，其特征在于，还包括金属圈(5)、固定板(9)、盒体(10)、棒(11)、金属圈(12)和金属圈(15)，将穿过固定在测变形板(3)上的金属圈(5)、金属圈(12)的套有金属圈(15)的棒(11)固定在固定板(9)上，将固定板(9)与盒体(10)固定连接，金属圈(5)、金属圈(12)和金属圈(15)构成的电容与数据测量处理装置(16)连接，测力板(4)的另一与端盒体(10)连接。
2.根据权利要求1所述的系泊船舶撞击能量传感器，其特征在于，金属圈(5)和金属圈(12)从上、下穿过测变形板(3)的孔连接在一起，并固定在测变形板(3)上。
3.根据权利要求1所述的系泊船舶撞击能量传感器，其特征在于，金属圈(15)嵌在棒(11)上。
4.用权利要求1所述的系泊船舶撞击能量传感器测量撞击能量的方法是，撞击撞击块(2)，使测变形板(3)向下移动，通过模型护舷(1)对测力板(4)施加力，其特征在于，测变形板(3)向下移动时，金属圈(5)、金属圈(12)和金属圈(15)构成的电容发生变化，将测变形板(3)位置变化和模型护舷(1)变形的信号转变为电信号，输出到数据测量处理装置(16)，测出模型护舷(1)的变形；测力板(4)受力后，感应片(7)、感应片(8)、感应片(13)和感应片(14)的电阻发生变化，将测力板(4)的受力信号转变为电信号，输出到数据测量处理装置，测出撞击在模型护舷(1)上的力，数据测量处理装置(16)根据力与变形的关系，得到撞击在模型护舷(1)上的能量。
全文摘要
系泊船舶撞击能量传感器及其测量撞击能量的方法属于海洋工程试验模型领域。由测量模型护舷(1)的变形和受力两部分组成,通过测量测变形板(3)上的电容变化和测力板(4)上惠斯登电桥中的电阻变化,得到模型护舷(1)的变形和受力值,从而得到模型护舷受撞击的能量。其性能稳定,大大提高试验速度,安装简便,试验数据的精度较高。
文档编号G01L5/00GK1363831SQ0110150
公开日2002年8月14日 申请日期2001年1月2日 优先权日2001年1月2日
发明者王凤龙, 孙杨, 刘长山 申请人:大连理工大学