可装配式多用途应变测量传感器的制作方法

本发明属于测量相对位移的设备技术领域，具体涉及到可装配式多用途应变测量传感器。

背景技术：

在桥梁和各种建筑结构物工程质量检测、服役寿命评估、病害原因分析、新的结构型式试验研究中，应变通常是需要观测的主要物理量之一。目前测量混凝土建筑物应变所采用的混凝土应变测量计主要有两种。一种是应变片，使用时将应变片直接粘贴在构筑物被检测部位。贴片、焊线、封片等工作常常在几米乃至几十米的高空进行，难度比较大，质量很难保证，效率相当低，而且测量值受环境温度和环境湿度影响很大，经常有些点的测量值漂移很大，测量数据可信度低。另外一种是弓形应变计，该应变计的主要结构是在一片体积比较大而厚的弓形弹性器件片上粘接有应变片，弓形弹性器件片需要特制的金属模具压制制成，加工复杂，生产成本高，弓形弹性器件片的钢度大，对感应构件表面的应变有影响，所标定的数据不精确，稳定性差。特别是这种应变计两端都粘贴在支座上，拆卸时不可能同时取下两端支座，从而导致应变计敏感部位受力很大，应变计容易受损，导致修正系数变化，使得测量结果误差较大。

中国专利《双悬臂混凝土结构应变测量计》，申请号为200320109969.x解决了上述问题，但是该应变计不能测量大应变，既当构件产生塑性变形时或钢筋混凝土构件带裂缝工作时的应变。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的缺点，提供一种既能够测量混凝土构件的小应变，又能够测量混凝土构件的大应变的可装配式多用途应变测量传感器。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种可装配式多用途应变测量传感器，包括壳体，在壳体内的上端设置有上端盖、下端设置有下端盖，在壳体内设置有左弹簧片和右弹簧片，左弹簧片与右弹簧片之间设置有上垫块和下垫块，左弹簧片和右弹簧片的上部设置在上端盖下的固定端夹块内，在左弹簧片和右弹簧片上设置有与输出导线相连接的应变片，穿插入壳体内且套装有限位圈的辅助连杆的一端设置在左弹簧片和右弹簧片上，辅助连杆的另一端设置与右支座联接的左连杆，下端盖上设置有左支座,在左连杆与右支座之间设置有刚柔两用联接机构，左连杆和刚柔两用联接机构构成刚柔两用连杆。

优选地，本发明的刚柔两用联接机构包括套筒，在套筒的一端连接左连杆、另一端设置有右连杆，右连杆的另一端设置在右支座上，套筒与左连杆之间设置有固定胶层，左连杆与右连杆之间设置弹性器件。

优选地，刚柔两用连杆（36）的工作长度0.008m～1m。

优选地，左连杆和右连杆均选用铟钢线材制作而成。

优选地，左连杆和右连杆的长度、直径均相同。

优选地，左连杆直径2.5～6mm，所述右连杆直径2.5～6mm。

优选地，右连杆上设有刻度值。

优选地，弹性器件为弹簧。

优选地，弹簧一端穿过左连杆通过环氧胶固定连接于左连杆，另一端穿过右连杆通过环氧胶固定连接于右连杆。

优选地，弹簧刚度1.22mm/n～0.42mm/n。

本发明采用了通过刚柔两用联接机构使左弹簧片和右弹簧片发生变形，粘接在左弹簧片和右弹簧片的应变片感受左弹簧片和右弹簧片变形大小，经输出导线输出到应变仪，通过标定系数，测出混凝土构件被测部位的应变值，能够使可装配式多用途应变测量传感器既能测量结构的小应变，又能够测量结构的大应变，扩展了该传感器的应用范围，本发明结构简单、易使用、造价低。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图；

图2是本发明标定原理示意图；

图3是表一的位移-应变曲线图；

图4是表二的位移-应变曲线图；

图5是表三的位移-应变曲线图；

1-壳体；2-上端盖；3-左弹簧；4-输出导线；5-上垫块；6-上应变片；7-固定端夹块；8-右弹簧片；9-下应变片；10-辅助连杆；11-限位圈；12-左连杆；13-套筒；14-固定胶层；15-弹簧；16-固定螺钉；17-右连杆；18-右支座；19-下端盖；20-下垫块；21-左支座；22-螺母；31-数据采集仪；32-限动螺钉；34-调节高度垫块；35-百分表检定仪台座；36-刚柔两用连杆；37-连接套管；38-检定仪测头；39-测头移动机构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的，另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明的部分而非全部结构。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例的可装配式多用途应变测量传感器由壳体1、上端盖2、左弹簧片3、输出导线4、上垫块5、上应变片6、固定端夹块7、右弹簧片8、下应变片9、辅助连杆10、限位圈11、左连杆12、套筒13、固定胶层14、弹簧15、固定螺钉16、右连杆17、右支座18、下端盖19、下垫块20、左支座21、螺母22联接构成，其中套筒13、固定胶层14、弹簧15、固定螺钉16、右连杆17联接构成刚柔两用联接机构。

在壳体1内的上端采用有上端盖2、下端采用有下端盖19，下端盖19的外端面上通过螺纹联接采用有左支座21，壳体1内的对称中心线的一侧采用有左弹簧片3、另一侧采用有右弹簧片8，左弹簧片3和右弹簧片8用于感受混凝土构件的相对位移，而产生形变，左弹簧片3与右弹簧片8之间上采用有上垫块5、下采用有下垫块20，左弹簧片3和右弹簧片8的上部插入并固定在固定端夹块7内，固定端夹块7采用在上端盖2下部，左弹簧片3和右弹簧片8的厚度为0.6mm，左弹簧片3和右弹簧片8的长度为60mm，左弹簧片3与右弹簧片8之间的距离为5mm，通过改变左弹簧片3和右弹簧片8的厚度或左弹簧片3和右弹簧片8的长度，很容易地调整本发明的输出灵敏度和应变测量范围，可制造出各种不同分辨率的混凝土应变测量计。在左弹簧片3的外侧面上粘接有上应变片6，在右弹簧片8的外侧面上粘接有上应变片6，在左弹簧片3的外侧面下粘接有下应变片9，在右弹簧片8的外侧面下粘接有下应变片9，也可将上应变片6和下应变片9粘接在左弹簧片3和右弹簧片8的内侧面上，上应变片6和下应变片9与输出导线4相连接，上应变片6和下应变片9将左弹簧片3和右弹簧片8所发生的变形经输出导线4输出。在壳体1内左弹簧片3和右弹簧片8的下部通过螺纹联接采用有辅助连杆10，辅助连杆10的右端加工有内螺纹、左端用螺母22固定在左弹簧片3和右弹簧片8的下部，辅助连杆10的右端伸出壳体1的右侧面外，在辅助连杆10的右侧内套装有限位圈11，限位圈11用于限制左弹簧片3和右弹簧片8在一定范围内向右移动。辅助连杆10的右端通过螺纹固定联接在左连杆12的一端，左连杆12的另一端设置有刚柔两用联接机构，左连杆12和刚柔两用联接机构构成刚柔两用连杆36。

本实施例的刚柔两用联接机构包括套筒13，套筒13的一端套装在左连杆12外，套筒13与左连杆12之间用胶粘接，胶凝固后形成固定胶层14，套筒13的另一端用固定螺钉16固定联接在右连杆17上，右连杆17用螺钉固定在右支座18上（不限于螺钉固定，也可以选用其它固定方式），套筒13将左连杆12和右连杆17联为一体，成为刚性连杆。左连杆12与右连杆17之间采用弹性器件，本实施例的弹性器件为弹簧15，也可采用其它弹性器件，松开套筒13与右连杆17的联接固定螺钉16，弹簧15将左连杆12和右连杆17联为一体，成为柔性连杆，刚柔两用连杆能够使可装配式多用途应变测量传感器既能测量结构的小应变（混凝土结构正常工作情况下），又能够测量混凝土结构的大应变（混凝土结构开裂情况下），扩展了该传感器的应用范围。左支座21和右支座18用于测量建筑物构件的应变时，将左支座21和右支座18用胶粘接在被测混凝土构件上，当混凝土构件表面产生拉伸或压缩变形时，左支座21与右支座18之间发生相对位移，通过刚柔两用连杆使左弹簧片3和右弹簧片8发生变形，粘接在左弹簧片3和右弹簧片8外侧的上应变片6和下应变片9感受左弹簧片3和右弹簧片8变形大小，转换成电信号，经输出导线4输出到应变仪（或数据采集仪），通过标定系数，可测出混凝土构件被测部位的应变值。

壳体1可选不锈钢材料制成，刚柔两用杆36的工作长度依据待测标距需要确定,选用0.008m到1m，可以超过1m，可选0.008m、0.01m、0.02m、0.03m、0.04m、0.05m、0.06m、0.07m、0.08m、0.09m、0.10m、0.15m、0.20m、0.25m、0.30m、0.35m、0.40m、0.45m、0.50m、0.50m、0.55m、0.60m、0.65m、0.70m、0.75m、0.80m、0.85m、0.90m、0.95m、1m可以超过1m，考虑减少温度影响，左连杆12、右连杆17宜选用铟钢线材制作，基于左连杆12和右连杆17的坚固耐用、灵敏度和成本考虑，左连杆12直径从2.5mm到6mm,可选2.5mm、3mm、4mm、5mm、6mm，右连杆17直径从2.5mm到6mm,可选2.5mm、3mm、4mm、5mm、6mm，为方便加工，左连杆12和右连杆17的直径和长度相同，左连杆12、弹簧、套筒13、右连杆17，构成刚柔两用杆，沿着右连杆17移动右支座18，控制左连杆12和限位圈11的连接处（a点）到右连杆17和右支座18连接处（b点）的距离（即为刚柔两用杆36的工作长度）；左连杆12、右连杆17与弹簧15的连接方式为：弹簧15一端穿过左连杆12通过环氧胶固定连接于左连杆12，另一端穿过右连杆17通过环氧胶固定连接于右连杆17，环氧胶固化方便、粘附力强、化学稳定性好、尺寸稳定性好，弹簧15的内径和左连杆12、右连杆17的直径相同；弹簧15刚度主要由所需要测量的最大变形量决定，可从1.22mm/n～0.42mm/n，工程实践中，最小可到0.05mm/n，最大可到1.5mm/n；当弹簧15刚度、弹簧15粗细（直径）、弹簧15的内径确定的情况下，弹簧15的工作长度就确定了，弹簧15的直径可选0.1mm～0.3mm。

本发明的左支座21和右支座18用胶粘接在被测混凝土构件上，被测混凝土构件的被测部位出现裂缝后，其变形将急剧增加，如果在混凝土构件被测部位的传感器采用刚性连杆，则传递到粘接在左弹簧片3和右弹簧片8外侧的上应变片6和下应变片9上的变形将迅速超出其量程范围而使其丧失工作能力，若采用柔性连杆测量结构的大应变，因为通过采用在传感器上的刚性连杆更换为带有弹簧15的柔性连杆，弹簧将抵消一部分变形，并且可通过改变弹簧15的刚度来调整抵消变形的大小，抵消掉的变形保证了在大变形情况下传递到粘接在左弹簧片3和右弹簧片8外侧的上应变片6和下应变片9上的变形不超出其量程范围而能使其持续工作，降低了原弹性结构的刚度，使其变形量程通过改变弹簧15的刚度来调整，扩大了原传感器的应用范围。为了计入弹簧抵消的变形，对装有弹簧的柔性连杆的传感器输出到应变仪的系数重新进行标定，就可得到带有弹簧15的柔性连杆的传感器输出到应变仪的系数，因此，采用刚性连杆与采用不同弹簧15刚度的柔性连杆，其传感器的输出到应变仪的系数各不相同，采用各自新标定的灵敏度系数，就计入弹簧抵消的变形，准确得到混凝土构件的变形量。

标定试验

数据采集仪（又叫应变仪）型号：tds-602生产厂家：日本tml

千分表检定仪型号：sj3000生产厂家：深圳中图

如图2所示：千分表检定仪（不限于深圳中图的sj3000型号的千分表检定仪，也可以采用其它厂家生产的千分表检定仪）包括检定仪台座35、检定仪测头38和测头移动机构39，检定仪测头38和测头移动机构39连接，测头移动机构39驱使检定仪测头38移动，本发明做标定试验时，将本发明的左支座21固定在调节高度垫块34上，调节高度垫块34则固定在检定仪台座35上，本发明的刚柔两用连杆36通过连接套管37以及连接套管37上的两个限动螺钉32与检定仪测头38相连，其中，限动螺钉32和套管37将刚柔两用连杆36和检定仪测头38固定连接，当测头移动机构39驱使检定仪测头38移动产生一确定位移时，与本发明通过输出导线4连接的数据采集仪31（不限于日本tml生产的型号tds-602数据采集仪，也可以采用其它厂家生产的数据采集仪或者应变仪）就显示一确定应变值，采用“增量法”，当检定仪测头38等间隔移动时，就可得到一组位移、应变数据，依此可以得到位移-应变曲线，由此曲线即可得到本发明的输出灵敏度系数值。当刚柔两用连杆36中间的弹簧15选用不同轴向刚度的弹簧时，可以得到不同的位移-应变曲线，从而计算出不同的传感器输出灵敏度系数值。

试验一：本发明的刚柔两用连杆36采用1^#刚性连杆，1^#刚性连杆：轴向刚度无限大(即套筒13将左连杆12和右连杆17联为一体成为刚性连杆）

采用1^#刚性连杆标定结果如表一所示，其位移曲线图如图3所示。

表一采用1^#刚性连杆标定结果

由试验一可知，采用1#刚性连杆，在传感器输出1008.6με时可以测量0-0.1000mm相对位移量。

试验二：本发明的刚柔两用连杆36采用2^#柔性连杆，2^#柔性连杆：左连杆12和右连杆17中间采用弹簧15的轴向刚度0.42mm/n。

采用2^#刚性连杆标定结果如表二所示，其位移曲线图如图4所示。

表二采用2^#柔性连杆标定结果

由试验二可知，采用2^#柔性连杆，在传感器输出996με时可以测量0-1.060mm相对位移量。

实验三：本发明的刚柔两用连杆36采用3^#柔性连杆，3^#柔性连杆：左连杆12和右连杆17中间采用的弹簧15轴向刚度1.22mm/n

采用3^#柔性连杆标定结果如表三所示，其位移曲线图如图5所示。

表三采用3^#柔性连杆标定结果

由试验三可知，采用3^#柔性连杆，在传感器输出995με时可以测量0-3.050mm相对位移量。

通过标定试验数据看到，左连杆12和右连杆17中间采用弹簧15刚度越小，其可测量的相对位移量范围越大，弹簧15长度和刚度可以根据需要改变，本发明采用不同刚度的弹簧15，使用前标定好本发明的灵敏度系数，即可测量混凝土结构的不同范围的应变。

刚柔两用连杆36的采用能够使本发明既能测量混凝土结构的小应变（混凝土结构正常工作情况下），又能够测量混凝土结构的大应变（混凝土结构开裂情况下），扩展了该传感器的应用范围。

另外，被测量混凝土结构有大有小，为适应不同大小的混凝土结构，刚柔两用连杆36的工作长度范围通过移动右支座18可调，进一步地，右连杆上设有刻度值，刚柔两用连杆36工作长度通过移动右支座18调整后可以很直观的读出标距长度，不需要标尺确定刚柔两用连杆36调整后的标距长度，方便了本发明的使用。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。