一种裂缝宽度自动监测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种裂缝宽度自动监测装置。该装置包括：机架、弹性体、活动刀口座、水平杠杆和固定组件；其中，机架的直梁的底部设置有支撑点固定刀口；弹性体的矩形梁的上表面和下表面均粘接有两个传感元件；弹性体的一端与水平杠杆连接，另一端与活动刀口座连接；活动刀口座的顶部与机架底部连接；活动刀口座的一端的底部设置有刀口槽，另一端与弹性体连接；水平杠杆一端与弹性体连接，另一端的的顶部设置有抵接部，底部设置有支撑点活动刀口；固定组件，用于将机架的支撑点固定刀口和水平杠杆的支撑点活动刀口固定在待测裂缝的两侧。通过使用上述装置，可以在各种天气、环境状况下对混凝土结构中的裂缝宽度进行精密、自动、长期地监测。
【专利说明】一种裂缝宽度自动监测装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及土木工程技术，特别涉及一种裂缝宽度自动监测装置。
【背景技术】
[0002] 在现有的核电站安全壳等土木工程混凝土结构表面的裂缝宽度监测工作中，一般 使用振弦式应变传感器和容栅式位移计对裂缝宽度进行监测。但是，振弦式应变传感器和 容栅式位移计均非专用的裂缝监测装置，其中，振弦式应变传感器的价格相对昂贵，数据采 集仪表配套单一，而且标距较长，一般为200mm，其裂缝宽度测量结果必然会受到混凝土表 面温度变形量的影响，因此并不适合于裂缝宽度的精密测量。而容栅式位移计的工作原理 类似于千分表，需要有一根带弹簧的直杆暴露在室外环境下，因此在雨水等环境因素的影 响下，会产生不同程度的锈蚀，影响该直杆的自由伸缩，因此其测量精度和长期稳定性也无 法得到保证。
[0003] 由此可知，提出一种可以在各种天气、环境状况下对混凝土结构中的裂缝宽度进 行精密、自动、长期地监测的裂缝宽度自动监测装置，已经是本领域中亟待解决的一个技术 问题。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提供一种裂缝宽度自动监测装置，从而可以在各种天气、环境状 况下对混凝土结构中的裂缝宽度进行精密、自动、长期地监测。
[0005] 本发明的技术方案具体是这样实现的：
[0006] 一种裂缝宽度自动监测装置，该装置包括：机架、弹性体、活动刀口座、水平杠杆和 固定组件；
[0007] 其中，所述机架包括：直梁和设置于直梁上部的横梁；所述直梁的底部设置有支 撑点固定刀口；
[0008] 所述弹性体包括：矩形梁和设置在矩形梁两端的第一夹持部和第二夹持部；所述 矩形梁的上表面和下表面均粘接有两个传感元件；所述第一夹持部与所述水平杠杆连接； 所述第二夹持部与所述活动刀口座连接；
[0009] 所述活动刀口座的顶部与所述机架的横梁的底部连接；所述活动刀口座的一端设 置有垂直延伸部，所述垂直延伸部的中部设置有供所述弹性体的水平部通过的通槽，所述 垂直延伸部的底部设置有刀口槽；所述活动刀口座的另一端与所述弹性体的第二夹持部连 接；
[0010] 所述水平杠杆包括：水平杆和设置在水平杆两端的连接端和刀口端；所述水平杆 上设置有多个接线端子；所述连接端的顶部与所述弹性体的第一夹持部的底部连接；所述 刀口端的顶部设置有抵接部，所述抵接部与所述活动刀口座上的刀口槽抵接；所述刀口端 的底部设置有支撑点活动刀口；
[0011] 所述固定组件，用于将所述机架的支撑点固定刀口和所述水平杠杆的支撑点活动 刀口固定在待测裂缝的两侧。
[0012] 较佳的，所述固定组件包括：固定螺母、固定架、垫片和两个固定挂钩；
[0013] 所述固定挂钩，用于固定在待测物体的表面；所述固定挂钩上设置有钩状突起；
[0014] 所述固定架的顶部设置有通孔；所述固定架的两端的下部分别设置有钩状弯折 部，所述钩状弯折部与所述固定挂钩上的钩状突起连接；
[0015] 所述固定螺母的一端从所述通孔中穿过并与所述垫片连接；
[0016] 所述垫片的底部与所述机架的顶部抵接。
[0017] 较佳的，所述裂缝宽度自动监测装置还包括：加长梁；
[0018] 所述加长梁的一端与所述机架固定连接，所述加长梁的另一端设置有支撑点可调 固定刀口。
[0019] 较佳的，所述加长梁的支撑点可调固定刀口处设置有两个调节固定螺栓，用于固 定所述支撑点可调固定刀口，并对所述支撑点可调固定刀口的位置进行微调。
[0020] 较佳的，所述弹性体由合金结构钢材料制成。
[0021] 较佳的，所述传感元件为电阻应变片。
[0022] 较佳的，所述裂缝宽度自动监测装置还包括：金属外壳；
[0023] 所述金属外壳设置于所述机架、弹性体、活动刀口座和水平杠杆的外侧。
[0024] 较佳的，所述金属外壳通过防水螺丝与所述机架固定连接；
[0025] 所述金属外壳与所述机架的接触处均设置有防水垫圈。
[0026] 较佳的，所述金属外壳上还设置有多功能防水插座，用于将所述水平杠杆上的接 线端子与外界的测读仪连接。
[0027] 较佳的，所述金属外壳上设置有数据采集储存装置和无线传输装置；
[0028] 所述数据采集储存装置与所述多功能防水插座连接，用于采集所述水平杠杆上的 接线端子上的数据，并将所采集的数据传输给所述无线传输装置；
[0029] 所述无线传输装置将所接收到的数据无线传输给测读仪。
[0030] 如上可见，由于在本发明中的裂缝宽度自动监测装置中，设置了弹性体并在弹性 体上设置了多个传感元件，所以，在将上述裂缝宽度自动监测装置安装在待测裂缝的两侧 之后，如果待测裂缝的宽度发生变化，则所述水平杠杆将发生倾斜，从而使得所述弹性体的 两端发生相对转动，所述弹性体的矩形梁的上表面和下表面均产生弯曲变化，使得设置在 所述矩形梁上的传感元件输出的应变输出值发生变化，该应变输出值通过接线端子输出至 测读仪，最后由测读仪读出相应的应变值，并对上述数据进行分析，从而可以实现对裂缝宽 度的实时、在线监控，因而可以在各种天气状况下对核电站安全壳等大型土木工程混凝土 结构表面的裂缝的宽度进行精密、自动、长期地监测，保证了监测数据的真实性和可靠性； 而且，更进一步的，本发明中的裂缝宽度自动监测装置的自重轻、标距小（20mm)且可调（有 两种标距可选）、结构简单、易于安装并具有防水防尘的功能，还可具有无线传输功能，可以 在保证测量稳定性和精度的前提下实现无线数据采集和监测，因此可以方便灵活地安装和 测读，节省人力物力，提高工作效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1为本发明实施例中的裂缝宽度自动监测装置的结构示意图。
[0032] 图2为本发明实施例中的弹性体的俯视图。
[0033] 图3为本发明实施例中的弹性体的侧视图。
[0034] 图4为本发明实施例中的弹性体的立体图。
[0035] 图5为本发明实施例中的弹性体上的传感元件的设置示意图。
[0036] 图6为本发明实施例中的四个传感元件的电路等效示意图。
[0037] 图7为本发明实施例中的活动刀口座的后视图。
[0038] 图8为本发明实施例中的活动刀口座的侧视图。
[0039] 图9为本发明实施例中的活动刀口座的立体图。
[0040] 图10为本发明实施例中的弹性体与活动刀口座、水平杠杆的连接示意图。
[0041] 图11为本发明实施例中的弹性体与活动刀口座、水平杠杆的俯视连接示意图。
[0042] 图12为本发明实施例中的图10的剖面A-A示意图。
[0043] 图13为本发明实施例中的裂缝宽度自动监测装置（第一标距）的安装示意图。 [0044]图14为本发明实施例中的裂缝宽度自动监测装置（第二标距）的安装示意图。
[0045] 图15为本发明实施例中的裂缝宽度自动监测装置（第二标距）的侧视图。
[0046] 图16为本发明实施例中的裂缝宽度自动监测装置（第二标距）的俯视图。
[0047] 图17为本发明实施例中的裂缝宽度自动监测装置（第二标距）的立体图。
【具体实施方式】
[0048] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对 本发明进一步详细说明。
[0049] 本实施例提供了一种裂缝宽度自动监测装置。
[0050] 图1为本发明实施例中的裂缝宽度自动监测装置的结构示意图。如图1?图12 所示，本发明实施例中的裂缝宽度自动监测装置主要包括：机架1、弹性体2、活动刀口座3、 水平杠杆4和固定组件5 ;
[0051] 其中，所述机架1包括：直梁11和设置于直梁11上部的横梁12 ;所述直梁11的 底部设置有支撑点固定刀口 13 ;
[0052] 所述弹性体2包括：矩形梁20和设置在矩形梁两端的第一夹持部21和第二夹持 部22 ;所述矩形梁20的上表面和下表面均粘接有两个传感元件；所述第一夹持部21与所 述水平杠杆4连接；所述第二夹持部22与所述活动刀口座3连接；
[0053] 所述活动刀口座3的顶部与所述机架1的横梁12的底部连接；所述活动刀口座3 的一端设置有垂直延伸部31，所述垂直延伸部31的中部设置有供所述弹性体的水平部通 过的通槽33,所述垂直延伸部的底部设置有刀口槽32 ;所述活动刀口座3的另一端与所述 弹性体2的第二夹持部22连接；
[0054] 所述水平杠杆4包括：水平杆41和设置在水平杆两端的连接端42和刀口端43 ; 所述水平杆41上设置有多个接线端子44 ;所述连接端42的顶部与所述弹性体2的第一夹 持部21的底部连接；所述刀口端43的顶部设置有抵接部431，所述抵接部431与所述活动 刀口座3上的刀口槽32抵接；所述刀口端43的底部设置有支撑点活动刀口 432 ;
[0055] 所述固定组件5,用于将所述机架1的支撑点固定刀口 13和所述水平杠杆4的支 撑点活动刀口 432固定在待测裂缝100的两侧。
[0056] 较佳的，在本发明的具体实施例中，所述弹性体可由合金结构钢材料制成，所述合 金结构钢材料可以为40Cr合金结构钢材。由40Cr合金结构钢材制成的弹性体具有弹性 高、滞后小、耐腐蚀的特点，有较高的疲劳极限，弹性模量温度系数小而稳定，经过热处理后 性能均匀稳定，机械加工及热处理性能良好，因此非常适用于传递裂缝的微小变化量。在使 用上述弹性体时，还可以将所述弹性体进行中温回火（350?500°C)热处理，然后在室温环 境中放置15?20天，通过上述的这种时效处理可以有效地消除钢材内应力，提高弹性体的 性能。
[0057] 图5为本发明实施例中的弹性体上的传感元件的设置示意图，其中，图5(a)为侧 视图，图5(b)为俯视图。如图5所示，在本发明的具体实施例中，还将在所述弹性体的矩形 梁的上表面和下表面上分别设置两个传感元件，一共四个传感元件。
[0058] 较佳的，在本发明的具体实施例中，所述传感元件可以是：电阻应变片。
[0059] 较佳的，在本发明的具体实施例中，所述电阻应变片通过粘合剂粘贴于所述弹性 体的矩形梁的上表面或下表面上，待粘合剂在室温下固化后，再进入恒温箱固化，以增强粘 贴的牢固性。
[0060] 其中，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述粘合剂可以是环氧粘合剂或其它的 粘合剂。进一步的，在将电阻应变片粘贴于所述弹性体上之前，还可利用酚醛环氧胶或缩酚 胶对电阻应变片的粘贴面以及弹性体的矩形梁的上表面和下表面进行底层处理，以进一步 增强粘贴的牢固性。
[0061] 另外，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述四片电阻应变片中的每一片电阻应 变片都通过一根电阻应变片引出线分别与所述水平杠杆上的接线端子连接，因此，上述四 片电阻应变片可组成一个惠更斯电桥。通过上述四片电阻应变片，即可测得混凝土结构体 中的实际应变测量值。
[0062] 如图5所示，可用Zl、Z2、Z3和Z4分别表示上述的四片电阻应变片，其中，Zl和 Z3为设置于所述弹性体的矩形梁的上表面上的电阻应变片，Z2和Z4为设置于所述弹性体 的矩形梁的下表面上的电阻应变片。
[0063] 图6为本发明实施例中的四个传感元件的电路等效示意图。如图6所示，可设Zl 的电阻值为R1,Z2的电阻值为R2,Z3的电阻值为R3,Z4的电阻值为R4,则上述的四片电阻 应变片可组成一个如图6所示的全桥电路。其中，AC端的输入电压可设为Vi,DB端的输出 电压可设为Vtl。根据基尔霍夫定律，输出电压Vtl和输入电压Vi具有如下所述的关系：
[0064]
【权利要求】
1. 一种裂缝宽度自动监测装置，其特征在于，该装置包括：机架、弹性体、活动刀口座、 水平杠杆和固定组件； 其中，所述机架包括：直梁和设置于直梁上部的横梁；所述直梁的底部设置有支撑点 固定刀口； 所述弹性体包括：矩形梁和设置在矩形梁两端的第一夹持部和第二夹持部；所述矩形 梁的上表面和下表面均粘接有两个传感元件；所述第一夹持部与所述水平杠杆连接；所述 第二夹持部与所述活动刀口座连接； 所述活动刀口座的顶部与所述机架的横梁的底部连接；所述活动刀口座的一端设置有 垂直延伸部，所述垂直延伸部的中部设置有供所述弹性体的水平部通过的通槽，所述垂直 延伸部的底部设置有刀口槽；所述活动刀口座的另一端与所述弹性体的第二夹持部连接； 所述水平杠杆包括：水平杆和设置在水平杆两端的连接端和刀口端；所述水平杆上设 置有多个接线端子；所述连接端的顶部与所述弹性体的第一夹持部的底部连接；所述刀口 端的顶部设置有抵接部，所述抵接部与所述活动刀口座上的刀口槽抵接；所述刀口端的底 部设置有支撑点活动刀口； 所述固定组件，用于将所述机架的支撑点固定刀口和所述水平杠杆的支撑点活动刀口 固定在待测裂缝的两侧。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定组件包括：固定螺母、固定架、垫 片和两个固定挂钩； 所述固定挂钩，用于固定在待测物体的表面；所述固定挂钩上设置有钩状突起； 所述固定架的顶部设置有通孔；所述固定架的两端的下部分别设置有钩状弯折部，所 述钩状弯折部与所述固定挂钩上的钩状突起连接； 所述固定螺母的一端从所述通孔中穿过并与所述垫片连接； 所述垫片的底部与所述机架的顶部抵接。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述裂缝宽度自动监测装置还包括：加长 梁； 所述加长梁的一端与所述机架固定连接，所述加长梁的另一端设置有支撑点可调固定 刀口。
4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于： 所述加长梁的支撑点可调固定刀口处设置有两个调节固定螺栓，用于固定所述支撑点 可调固定刀口，并对所述支撑点可调固定刀口的位置进行微调。
5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于： 所述弹性体由合金结构钢材料制成。
6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于： 所述传感元件为电阻应变片。
7. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述裂缝宽度自动监测装置还包括：金属 外壳； 所述金属外壳设置于所述机架、弹性体、活动刀口座和水平杠杆的外侧。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于： 所述金属外壳通过防水螺丝与所述机架固定连接； 所述金属外壳与所述机架的接触处均设置有防水垫圈。
9. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于： 所述金属外壳上还设置有多功能防水插座，用于将所述水平杠杆上的接线端子与外界 的测读仪连接。
10. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述金属外壳上设置有数据采集储存装 置和无线传输装置； 所述数据采集储存装置与所述多功能防水插座连接，用于采集所述水平杠杆上的接线 端子上的数据，并将所采集的数据传输给所述无线传输装置； 所述无线传输装置将所接收到的数据无线传输给测读仪。
【文档编号】G01B7/16GK104457549SQ201410658764
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】吴利权, 徐海翔, 王海卫, 赵峰, 杨刚, 颜军明, 李如源, 褚英杰, 李吉娃 申请人:中冶建筑研究总院有限公司, 中核核电运行管理有限公司, 福建宁德核电有限公司