[發明專利]一種截面內力測量傳感器及標定方法

有效

• 申請號: 201410057795.X
• 申請日: 2014-02-20
• 公開（公告）號: CN103776578A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 陳再現;韓光;陳家輝;方韜;王瑞
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: G01L5/16
• 分類號: G01L5/16;G01L25/00
• 代理公司: 威?？菩菍＠聞账?37202
• 代理人: 王元生

技術領域

本發明屬于土木工程領域，具體的說是一種應變式截面內力測量傳感器及標定方法。

背景技術

結構內力是進行結構分析的基礎，長久以來，對土木工程結構內力的測試通常采用在材料（鋼筋、混凝土等）表面粘貼應變片測試其應變，根據材料的應力應變關系轉化成截面粘貼應變處的應力，然后根據材料力學知識轉化成結構截面上的內力。上述測試方法一方面忽略了應力轉化為內力時常?；诓牧狭W的平截面假定而引入的誤差，另一方面當材料進入非線性后，尤其是混凝土材料，其應變向應力轉化異常困難，從而造成很難準確測試結構截面的內力值。中國專利201110251813.4公開了一種基于壓電陶瓷的混凝土動態應力傳感器及標定方法。包括經過防水絕緣處理的壓電陶瓷片、屏蔽導線、接頭、兩封裝傳力塊，兩封裝傳力塊相對的一側中部分別設有凹槽，所述壓電陶瓷片置于所述凹槽中，兩封裝傳力塊及壓電陶瓷片通過摻有重量百分比為6-14%的水泥干粉的環氧樹脂粘結固定成一體，壓電陶瓷片通過屏蔽導線與接頭連接。其采用在混凝土結構中埋入智能材料測試結構內力的傳感器，解決了結構進入非線性后應變向應力的轉化的問題，但是仍然面臨著應力向內力轉化過程中采用平截面假定帶來的誤差。另一方面，智能材料造價昂貴，不適于廣泛應用。同濟大學馮德成等人發明了一種內力測量傳感器（專利申請號201310178717.0），以安裝臺板的中心為原點，設定x、y、z軸，包括基座、安裝臺板、兩組平面測力結構、至少四根豎向測力桿的豎向測力結構以及若干連接件，安裝臺板設于基座上方，一組平面測力結構位于基座垂直于xoz平面的兩側中的任一側，另一組平面測力結構位于基座垂直于yoz平面的兩側中的任一側，兩組平面測力結構一端固定于基座上，另一端經由位于安裝臺板側壁上的連接件與安裝臺板相連，豎向測力桿設有若干應變片，兩端經由連接件與基座和安裝臺板連接。所示內力測量傳感器的基座與基礎連接，安裝臺板與上部結構連接，柱底截面的內力通過安裝臺板傳遞給傳感器，傳力路徑明確，為結構非線性分析在內力層次上進行對比提供了依據。該發明專利為了達到測力桿件兩端理想鉸接，通過銷軸、耳板實現鉸鏈連接，這就一方面要求測力桿與銷軸、耳板之間連接緊密避免出現較大間隙，另一方面要求其能夠自由轉動，勢必增大加工制作以及安裝難度，相應增大制作成本。而且，其標定方法采用標定各個測力桿件，不是直接標定整個發明傳感器裝置，理想化的假定測力桿兩端連接為理想鉸接，必然造成較大的測試誤差，尤其在內力出現正負反向情況時，將會尤為明顯。同時，由于其水平測力桿件需要在頂板外通過設置的立柱與地板相連，使得該發明傳感器僅能放置在結構構件的底部，很難測試結構構件其它截面內力。另外，該發明裝置由于沒有設置抵擋截面扭轉的測力桿件，不能測試結構的扭轉內力。此外，對內力傳感器的研究，在機器人領域有著廣泛的應用，如日本的坂哲郎發明的六軸力傳感器，能很精密的測試各截面處多個內力分量，但是該類傳感器設計構造復雜、出力小，很難直接應用到土木工程領域。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術的不足，提供一種結構合理，安裝可靠、穩定，成本低，能滿足土木工程結構截面內力測試的傳感器及標定方法。

本發明解決上述技術問題的技術解決方案是：

一種截面內力測量傳感器，其特征在于：其包括底板、頂板，所述底板、頂板面積大小相等，上下彼此相對；所述頂板和底板之間設有四根豎向測力桿和四根斜向測力桿，所述各測力桿的兩端設有內螺紋，分別通過螺栓直接連接在所述頂板和底板之間；所述各測力桿上粘貼有若干單軸應變片；通過記錄所測試截面處各測力桿上的應變片的應變輸出值，根據標定的校核矩陣，即可得到所測試截面上的各內力分量。

本發明所述四根豎向測力桿和四根斜向測力桿均勻對稱的配置在底板與頂板之間，其中，四根豎向測力桿均勻對稱分布在四個角上；四根斜向測力桿分別布置在平行于兩相鄰豎向測力桿的平面內，且兩根平行的斜向測力桿斜向方向一致。

本發明所述各測力桿截面為圓形，中間截面直徑小于兩端截面。外力作用下截面應力分布均勻，有助于提高本傳感器的測試精度。測力桿中間截面直徑略小于兩端截面，可有效提高應變測試的靈敏性。