桥梁施工现场结构形变测量传感器的检定装置及方法与流程

本发明涉及结构健康监测的传感器检定领域，具体涉及一种桥梁施工现场结构形变测量传感器的检定装置及方法。

背景技术：

在桥梁施工领域，伴随着信息、通讯技术的进步，桥梁施工过程中的控制和管理越来越智能化，通过使用大量的应变/位移传感器，又称形变测量传感器，构建智慧型工地建设，比如，在桩基上安装竖向位移传感器实时远程监测桩基下沉情况、在混凝土箱梁和钢箱梁上安装应变传感器监测施工应力是否超标和实现最优控制。

然而，在实际施工中，所使用的传感器的位移/应变传感器的种类繁多，其生产厂家相应地也多，因而，这些传感器或缺少统一规范和标准，尽管在生产传感器的厂家均有出厂检验，但是，对于安全高于一切的桥梁施工工地来说，在装设在施工机械设备、临时结构或桥梁结构上的传感器进行检定或抽样检定是应当且必需的。

常规的检定方法多为采用拉伸试验机(tms)传感器进行加载，根据加载力和传感器的响应数据来对比，从而确定传感器的准确度。在工地上，常缺乏拉伸试验机(tms)等标准的加载仪器和相应检定装置，若采用异地送检其成本也相对较高，因此实际上，智慧型工地建设中所使用的传感器多以厂家提供的参数为准，省去了使用前的检定，这给严控质量关以及施工过程的结构实时精准监测买下了隐患风险。

基于此，我们研发一套适用于施工现场且价格低廉的形变测量传感器鉴定工具及检定方法，是尤为有用的。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种桥梁施工现场结构形变测量传感器的检定装置及方法。

为达到以上目的，第一方面，本发明实施例提供一种桥梁施工现场结构形变测量传感器的检定装置，其用于检定待检形变测量传感器，所述检定装置包括：

形变机构，其包括可发生弹性形变的形变部，所述形变部用于与所述待检形变测量传感器的两端固连；

加载机构，其用于与所述形变机构相连，且向所述形变部加载作用力以改变所述形变部的应变；

数据采集分析机构，其用于与所述待检形变测量传感器电性相连，并获取所述待检形变测量传感器的应变以完成所述待检形变测量传感器的检定。

在上述技术方案的基础上，所述加载机构为多级加载机构，其用于向所述形变部加载不同的作用力以获取所述待检形变测量传感器的多个应变。

在上述技术方案的基础上，所有所述作用力的大小构成等差数列。

在上述技术方案的基础上，所述形变机构还包括设于所述形变部两端的第一连接部、第二连接部，所述第一连接部、所述第二连接部均用于连接一所述加载机构；或者，

所述第二连接部用于在所述第一连接部固定时与所述加载机构相连。

在上述技术方案的基础上，所述第一连接部与所述第二连接部对称设置。

在上述技术方案的基础上，所述形变部、所述第一连接部及所述第二连接部一体成型。

在上述技术方案的基础上，所述形变机构为沿其形变方向的轴对称结构。

在上述技术方案的基础上，所述形变部呈长条状，其长边与所述形变部的形变方向平行。

第二方面，本发明实施例提供一种上述的检定装置的检定方法，所述检定方法包括：

将待检形变测量传感器的两端固设在形变机构中的形变部上，并将所述待检形变测量传感器与数据采集分析机构相连；

连接加载机构与所述形变机构，并初始化所述待检形变测量传感器；

使用所述加载机构向所述形变部加载作用力，并记录所述数据采集分析机构获取的待检形变测量传感器的应变；

根据所述待检形变测量传感器的应变与预设的理论应变，评估所述待测形变测量传感器的性能，完成检定。

在上述技术方案的基础上，当所述加载机构为多级加载机构时，所述检定方法包括：

使用加载机构向所述形变部加载不同的作用力，并记录所述数据采集分析机构获取的待检形变测量传感器的多个应变；

根据所述待检形变测量传感器的多个应变与预设的对应理论应变，评估所述待测形变测量传感器的性能，完成检定。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明提供一种桥梁施工现场结构形变测量传感器的检定装置，专用于形变测量传感器，所述检定装置利用形变机构中形变部的变形带动待检形变测量传感器的变形，使用数据采集分析机构获取待检形变测量传感器的应变，以获取的应变数据作为依据去评估待检形变测量传感器的性能，完成对待检形变测量传感器的检定；所述检定装置结构简单，相较于拉伸试验机(tms)而言，其便于携带，有利于现场施工过程中的形变测量传感器检定；

(2)加载机构多级加载有利于精细化加载，形变机构为对称结构，其对称性好，与加载机构配合使用，使得加载机构无偏心加载，且形变部受力直观，提高检定的准确度；

(3)本发明还提供一种桥梁施工现场结构形变测量传感器的检定方法，其操作简单，具有应用价值，有利于构建经济型的智慧型工地；进一步地，分级加载所获得的多个应变数据有利于消除偶然误差，使得检定结果更准确。

附图说明

图1为本发明实施例中形变机构的结构示意图；

图2为本发明实施例中加载机构的结构示意图；

图中：1、形变机构；11、形变部；12、第一连接部；13、第二连接部；2、加载机构；21、挂钩；22、装载框；23、加载件；3；数据采集分析机构；4、待检形变测量传感器；41、夹具。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明中各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。需要指出的是，所有附图均为示例性的表示。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例

参见图1～2所示，本发明实施例提供一种桥梁施工现场结构形变测量传感器的检定装置，其用于检定待检形变测量传感器4，所述检定装置包括形变机构1、加载机构2和数据采集分析机构3；所述形变机构1包括可发生弹性形变的形变部11，所述形变部11用于与所述待检形变测量传感器4的两端固连；所述加载机构2用于与所述形变机构1相连，且向所述形变部11加载作用力以改变所述形变部11的应变；所述数据采集分析机构3用于与所述待检形变测量传感器4电性相连，并获取所述待检形变测量传感器的应变以完成所述待检形变测量传感器4的检定。

本发明实施例提供的一种桥梁施工现场结构形变测量传感器的检定装置，所述检定装置在使用时，将待检形变测量传感器4的两端固设在形变机构1中的形变部11上，在本实施例中，所述待检形变测量传感器的两端是通过夹具41连在形变部11上的，有的结构表面的应变计是自带有夹具41的，将所述待检形变测量传感器4与数据采集分析机构3相连，此后，加载机构2向所述形变部11加载作用力以改变所述形变部11的应变，由于待检形变测量传感器4的两端是与所述形变部11固连的，因此，当所述形变部11发生形变时，所述待检形变测量传感器4也会跟着发生宏观的形变，其在微观上表现为应变，使用数据采集分析机构3获取所述待检形变测量传感器4的应变，以测量的应变数据作为依据进行数学分析处理，以评估待检形变测量传感器的性能，完成对待检形变测量传感器的检定。

本发明实施例提供一种桥梁施工现场结构形变测量传感器的检定装置，专用于形变测量传感器，即应变传感器或位移传感器，所述检定装置利用形变机构中形变部的变形带动待检形变测量传感器的变形，使用数据采集分析机构获取待检形变测量传感器的应变，以获取的应变数据作为依据去评估待检形变测量传感器的性能，完成对待检形变测量传感器的检定；所述检定装置结构简单，相较于拉伸试验机tms而言，其便于携带，有利于现场施工过程中的形变测量传感器检定。

作为本发明实施例的一种优选方案，所述加载机构2为多级加载机构，其用于向所述形变部11加载不同的作用力以获取所述待检形变测量传感器4的多个应变。分级加载所获得的多个应变数据有利于消除偶然误差，使得检定结果更准确。

进一步地，所有所述作用力的大小构成等差数列。当加载机构2向形变部11加载不同的作用力，且这些作用力的大小成等差数列时，可根据测量的待检形变测量传感器4的多个应变随加载的作用力的波动来判断待测传感器的稳定性和灵敏度，其评估结构更为直观准确。

具体地，所述加载机构2包括挂钩21、装载框22以及若干加载件23，所述挂钩21固设于所述装载框22上用于与所述形变机构1相连；所述装载框22可装载至少一加载件23。所述加载件23为质量相同的重块。

本发明实施例还限定了加载机构的使用方式，即形变机构1的一端固定一端加载或两端均加载的情况，具体来说，所述形变机构1还包括设于所述形变部11两端的第一连接部12、第二连接部13，所述第一连接部12、所述第二连接部13均用于连接一所述加载机构2；或者，所述第二连接部13用于在所述第一连接部12固定时与所述加载机构2相连。

并且，当形变部11的形变方向为竖直方向时，还需要考虑加载机构2未开始对形变部11加载作用力时，加载机构2自身的重量对于待检形变测量传感器4的影响，因此，我们对所述待检形变测量传感器4进行初始化处理。

对于文中所提及到的初始化所述待检形变测量传感器4，是由于在加载机构2向形变部加载作用力之前，当加载机构沿竖直方向向所述形变部11加载作用力且未加载时，数据采集分析机构3就可测量出所述待检形变测量传感器4的一初始应变；当加载机构2沿水平方向向形变部11加载作用力且未开始加载时，则所述待检形变测量传感器4是没有初始应变的，因为这两种情况的差异性，我们初始化所述待检形变测量传感器4，将在加载机构2向形变部加载作用力之前，数据采集分析机构3获取的初始应变统一视作“零”进行处理，有利于多种变量的统一处理。

进一步地，所述第一连接部12与所述第二连接部13对称设置。当所述第一连接部12和第二连接部13结构相同，且对称地分布在所述形变部11的两端时，在加载机构2对形变部11加载作用力时，其受到的干扰量就少一些，那么检定质量也更好些；也可以两个连接部交换使用，减少加载机构和形变机构的连接处的磨损。

进一步地，所述形变部11、所述第一连接部12及所述第二连接部13一体成型。所述形变部11、所述第一连接部12及所述第二连接部13在本发明实施例中是由同一块钢板切割后形成的板式整体，形变机构1的受力传递更为均匀，有利于提高检定准确度。

进一步地，所述形变机构1为沿其形变方向的轴对称结构。其对称性好，与加载机构配合使用，使得加载机构可无偏心加载，提高检定准确。

进一步地，所述形变部11呈长条状，其长边与所述形变部11的形变方向平行。所述形变部11的长边与所述形变部11的形变方向平行，且宽度和厚度形成的几何面积越小，理论应变则越大，因此，形变部受力直观。

进一步地，所述形变机构的材质为钢，在本实施例中具体为45钢；所述形变部11的形变量为拉伸形变量，相同大小的加载作用力，一般而言，在拉力的作用下45钢的拉伸形变量是很明显大于在压力作用下的，因此，一般以发生拉伸形变的待检形变测量传感器4的应变作为计算参数对象，在本实施例中，所述计算参数对象包括且不限于应变。

进一步地，所述形变部11用于与所述待检形变测量传感器4点焊相连；或者，所述形变部11用于与所述待检形变测量传感器4胶接。待检形变测量传感器点焊或胶接在形变机构上，提高两者的连接稳固性，有利于通过形变机构的变形带动待检形变测量传感器的变形，且两者的变形量相近，提高对待检形变测量传感器的检定准确度。

本发明实施例还提供一种根据上述的检定装置的检定方法，所述检定方法包括：

将待检形变测量传感器4的两端固设在形变机构1中的形变部11上，并将所述待检形变测量传感器4与数据采集分析机构3相连；

连接加载机构2与所述形变机构1，并初始化所述待检形变测量传感器4；

使用所述加载机构2向所述形变部11加载作用力，并记录所述数据采集分析机构3获取的待检形变测量传感器4的应变；

根据所述待检形变测量传感器4的应变与预设的理论应变，评估所述待测形变测量传感器4的性能，完成检定。

本发明提供一种形变测量传感器的检定方法，其操作简单，具有应用价值，有利于构建经济型的智慧型工地。

作为本发明实施例的一种优选方案，当所述加载机构2为多级加载机构时，所述检定方法包括：

使用加载机构2向所述形变部11加载不同的作用力，并记录所述数据采集分析机构3获取的待检形变测量传感器4的多个应变；

根据所述待检形变测量传感器4的多个应变与预设的对应理论应变，评估所述待测形变测量传感器4的性能，完成检定。分级加载所获得的多个应变数据有利于消除偶然误差，使得检定结果更准确。

将所有不同的作用力的大小构成等差数列的实现方式多种多样，在本实施例中，具体来说，通过在装载框22内依次增加相同质量的若干个加载块23，依次记录第i次加载后的所述待检形变测量传感器4的测量应变ai；第i次加载后所述待检形变测量传感器4的理论应变bi，在本实施例中，i的最大值为n，根据n组的测量应变ai和理论应变bi，构建以加载块23的质量或重量为横向坐标、待检形变测量传感器4对应的测量应变和理论应变为纵向坐标的直角坐标系，通过观察待检形变测量传感器的测量应变、理论应变分别随加载块23的曲线a和曲线b，当曲线a和曲线b的拟合斜率较为接近时，且曲线a在曲线b的附近拨动时可判定其稳定性和灵敏度都好。

根据测量应变和理论应变，其评估方式包括但不限于上述的方式，还可以为根据第i次加载的测量值ai和理论值bi，计算第i次加载的相对误差ξi和绝对误差δi；根据所述相对误差ξi的平均值和所述绝对误差δi的平均值，以平均值的大小来评估待检形变测量传感器的灵敏度，平均值越小，其灵敏度越高；所述相对误差ξi的最大值和所述绝对误差δi的最大值反应了待检形变测量传感器的测量与理论应变的波动情况，以最大值来评估待检形变测量传感器的稳定性，当最大值与平均值的差值越小，其待检形变测量传感器的稳定性越好，利用相对误差和绝对误差，评估计算待检形变测量传感器的性能，双重保险，有利于计算结果对于检定的可参考性，以此综合评估所述待测形变测量传感器4的测量精度。

上述的相对误差ξi和绝对误差δi的计算公式分别为ξi＝|ai-bi|和由于所述待检形变测量传感器4的两端和所述形变部11固连，因此所述理论应变bi与所述形变部11的应变相同，因此，理论应变t为每次加载增加的加载块23的重量，w为形变部11的宽度，t为形变部11的厚度，e为形变部11的弹性模量。

下面结合具体的实施例对本发明进一步地解释说明。

本实施例提供的一种桥梁施工现场结构形变测量传感器的检定方法，将待检形变测量传感器4的两端固设在形变机构1中的形变部11上，并将所述待检形变测量传感器4与数据采集分析机构3相连；

挂载第一连接部12，将加载机构2中的挂钩21挂载第二连接部13中，记录所述数据采集分析机构3的初始示数a0；

使用所述加载机构2向所述形变部11加载不同的作用力，即通过在装载框22内依次增加相同质量的加载块23，依次记录第i次加载后的所述数据采集分析装置3的示数ai；

根据第i次加载的测量应变ai和理论应变bi，计算第i次加载的相对误差ξi和绝对误差δi；根据所述相对误差ξi的平均值、最大值、最小值和所述绝对误差δi的平均值、最大值、最小值，综合评估所述待测形变测量传感器4的测量精度；以平均值的大小来评估待检形变测量传感器的灵敏度，平均值越小，其灵敏度越高；最大值反应了待检形变测量传感器的测量与理论应变的波动情况，以最大值来评估待检形变测量传感器的稳定性，当最大值与平均值的差值越小，其待检形变测量传感器的稳定性越好；最小值反应了测量应变和理论应变更接近；利用相对误差和绝对误差，评估计算待检形变测量传感器的性能，双重保险，有利于计算结果对于检定的可参考性，以此综合评估所述待测形变测量传感器4的测量精度；

其中，第i次加载的测量值ai＝ai-a0；理论值t为每次加载增加的重量，w为形变部11的宽度，t为形变部11的厚度，e为形变部11的弹性模量。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。