[發明專利]構件載荷的測量系統、測量裝置和測量傳感器

無效

• 申請號: 00808382.7
• 申請日: 2000-06-02
• 公開（公告）號: CN1353808A
• 公開（公告）日: 2002-06-12
• 發明（設計）人: 里斯托·薩卡利·魯維利
• 申請（專利權）人: R·魯維利有限公司
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;G01M5/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 朱登河,顧紅霞

技術領域

本發明涉及一種測量構件中的載荷、應力和/或材料疲勞的系統。本發明還涉及一種適用于所述系統的測量單元和測量傳感器。本發明尤其適用于測量船體內的應力和載荷。

發明背景

加載于船體的負荷一定要連續地監測，以便發生在構件中的任何變化，比如材料疲勞，在結構破壞前得到檢測。對于其他的構件，例如其他交通工具、橋梁、及建筑物，也進行類似的測量。

常規的方法包括將測量傳感器固定在船體上來測量構件的局部變形。圖1表示了船體主甲板10的俯視圖，以及測量傳感器11、12、13和14在船體主甲板上的典型布置。典型使用的測量傳感器是大約1到2米的鋼條，例如通過焊接，穩固地固定在船體主甲板上，并且鋼條一端固定而另一端可軸向移動。在連接處，例如設置有一個位移傳感器以測量相對位移。測量傳感器的鋼條的長度要至少等于上述的長度，以便使鋼條的相對位移足夠大(典型地最大為+/-5毫米)并且使變形的測量足夠精確。

在常規的方法當中，測量傳感器獲取的弱信號傳到測量系統的中心單元，在此，從傳感器接收的信號被放大并轉換為數字形式，并進行數學信號處理。現有各種不同的標準信號處理模型可以通過測量結果得到臨界變形的最佳的可靠檢測。這類模型包括頻率范圍分析和所謂的Rainflow分類。Rainflow分類在美國材料實驗協會(ASTM)的E1049-85標準(1990年重新通過)中有詳細說明。

上述在先技術的系統存在一些缺陷。首先，該系統已經設計有給定數量的標準測量傳感器，因而如果需要時不能提供另外的測量傳感器。這是由于系統的中心處理單元的計算容量以及接口已經限定于特定數量的測量傳感器的事實。存在這樣的情況，即正常數量的測量傳感器不夠，比如在雙體船上，相比于通常有4個測量傳感器的“常見”船體，雙體船需要更多的測量傳感器，例如60套。

其次，在先技術的系統存在由于測量傳感器和中心處理單元之間很長的測量線而引起的干涉問題。通過保護測量線纜很難避免這種問題，因為從測量傳感器傳輸的信號是低頻模擬信號。

另外，在先技術的測量傳感器還存在校準麻煩的問題。一個原因是大量測量傳感器從船體的繁重的拆卸，而另一個原因是大型測量傳感器比較于校準狀態下當固定在船體時運轉有差異。因此，難于達到精確和可靠的校準。發生故障的測量傳感器的替換也很難處理。

發明概述

本發明的目的在于，利用一種全新的測量解決方案來避免上述在先技術的問題。

一個發明方面是測量傳感器單元，即測量系統的測量單元，包括處理來自傳感器的信號的裝置，從而可以將完整的數學測量結果由測量單元傳輸到中心處理單元。按此方式，中心處理單元不需大計算能力，而且這種容量需求也不直接依賴于所用的測量傳感器的數量。這樣，測量傳感器的數量可以方便地增加。另外，測量單元和中心處理單元之間線纜引起的干涉的負面影響將會減小，這是因為要傳輸的信號是數字信號并且如果需要可以重復傳輸。

第二個發明方面是測量傳感器具有機械特征，使得它方便地連接到被測構件或從被測構件拆卸下來。此例中，被測構件優選地含有一個用于固定測量傳感器的底座。測量傳感器可以在離開被測構件時校準，并且被測構件上的測量傳感器的運轉與在校準條件下的運轉幾乎一致。

再一個發明方面是由傳感器部件以及應變儀組裝成測量傳感器從而變形可傳遞到應變儀，該應變儀固定在傳感器部件的彈性區。彈性區優選地由傳感器部件上的雙H開口部分構成。此外，傳感器優選地包括一個第二應變儀用于溫度校準，該第二應變儀固定在傳感器部件不發生變形的部分。按此方式，提供一種小型但高精度的測量傳感器，該傳感器在校準時便于處理。

本發明所述的用于測量構件載荷的系統包括一個中心處理單元和至少一個測量單元，其特征在于，測量單元包括：

—測量傳感器，用以將構件變形轉換為電信號；

—將所述信號轉換為數字信號的裝置；

—數字信號的數學處理裝置；以及

—將處理結果傳輸到中心處理單元的裝置，

中心處理單元包括用于接收和收集由至少一個測量單元傳輸過來的處理結果的裝置。

本發明的用于測量構件上載荷的測量傳感器特征在于，測量傳感器包括一個傳感器組件和一個第一應變儀，其中，該傳感器部件固定在被測構件上并且含有兩個剛性件用以連接到被測構件上，以及在剛性件之間具有一個彈性件；該第一應變儀固定在所述彈性件上，用于將構件和傳感器部件的變形傳遞給應變儀從而生成與應變儀變形成比例的信號。

本發明的用于測量構件上載荷的測量單元特征在于，測量單元包括：