[發明專利]一種基于壓電效應的動態應變測試方法

在審

• 申請號: 201710573924.4
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107246840A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 王奎華;張鵬;李振亞;高柳;肖偲;郭海超
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 黃歡娣,邱啟旺

技術領域

本發明涉及土木工程測試領域，尤其涉及一種基于壓電效應的動態應變測試方法。

技術背景

基樁高應變法檢測的原理是通過在樁頂用重錘施加軸向沖擊力，同時測量所產生的樁身質點應力和加速度的響應數據，然后借助波動理論分析實測數據，從而判定單樁豎向承載力及樁身完整性的檢測方法。目前的高應變測試裝置主要由動態數據采樣儀、加速度傳感器、應變傳感器和重錘組成。加速度傳感器一般采用基于壓電效應的加速度傳感器，應變傳感器一般采用應變環。在土木工程實踐中，由于工程現場工作條件的限制，對樁身側面表面的處理往往難以達到安裝應變環所要求的平整度和垂直度，因此所測得的應變經常與實際情況差距較大。而且在應變環的安裝過程中，容易造成應變環初始變形過大從而可能超過量程，或者產生永久變形甚至損壞應變環。此外，在某些復雜工程條件下，現場可提供的作業面太小不便進行應變環的安裝。這幾個方面的問題會嚴重影響測試結果的準確性。

發明內容

為克服現有應變測試方法存在因對樁身側面表面的處理難以達到安裝應變環所要求的平整度和垂直度而導致所測得的應變經常與實際情況差距較大的不足，同時消除安裝作業容易造成應變環初始變形過大、產生永久變形甚至損壞應變環和復雜條件下現場工作面太小不便于安裝等問題，本發明提出一種基于壓電效應的動態應變測試方法。該方法通過在沿樁身側面垂直方向一定間距的兩處安裝兩個基于壓電效應的加速度傳感器來測量樁身某處的動態應變。這種加速度傳感器體積較小，安裝方便，因此能克服傳統應變環對安裝表面要求高的不足，也不易變形或者損壞。該方法原理清晰，傳感器頻率響應較高、使用壽命長，安裝工作面要求低，能夠提高實測數據的準確度，同時也減少了檢測儀器的成本和使用損耗。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于壓電效應的動態應變測試方法，該方法包括以下步驟：

(1)在樁身側面安裝兩個相同的電荷輸出型壓電式加速度傳感器，所述兩個傳感器的敏感軸均為豎直方向，且關于檢測截面對稱；

(2)將上述兩個傳感器與動態數據采樣儀相連；一個加速度傳感器的電荷輸出正極和另一個加速度傳感器的電荷輸出負極相連接并接入到動態數據采樣儀的加速度信號輸入正極，一個加速度傳感器的電荷輸出負極和另一個加速度傳感器的電荷輸出正極相連接并接入到動態數據采樣儀的加速度信號輸入負極；

(3)在樁頂施加激振，通過動態數據采樣儀獲得加速度差信號曲線，從而獲得檢測截面處的動態應變曲線。

進一步地，通過以下步驟獲得所述動態應變曲線：

(3.1)根據加速度差信號曲線，對加速度差信號(a₁‐a₂)進行積分，得到速度差信號(v₁‐v₂)；

(3.2)對速度差信號(v₁‐v₂)進行積分可以得到位移差信號(u₁‐u₂)；

(3.3)結合位移差信號(u₁‐u₂)和傳感器上下兩個安裝位置的垂直間距H，得到上下兩個測點間樁段的動態應變曲線

本發明的有益效果是：1.基于壓電效應的動態應變測試方法，其頻響范圍寬，可靠性高，抗干擾性強，對現場安裝條件要求較低；2.壓電式加速度傳感器成本低，安裝簡易方便，使用壽命長，能夠有效降低使用損耗和試驗成本，提高經濟效益。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明的電荷輸出型壓電式加速度傳感器安裝示意圖。

圖3是本發明的電荷輸出型壓電式加速度傳感器連接的電路原理示意圖。

圖中：重錘1，樁2，傳感器基座3a，傳感器基座3b，加速度傳感器4a，加速度傳感器4b，傳感器信號線5a，傳感器信號線5b，傳感器信號線5c，動態數據采樣儀6，檢測截面7，固定螺絲8a，固定螺絲8b，膨脹螺絲9a，膨脹螺絲9b，壓電材料10a，壓電材料10b，電極11a，電極11b，電極11c，電極11d，引線12a，引線12b，引線12c，引線12d，引線12e，引線12f。

具體實施方式

下面結合附圖和實施步驟對本發明進一步說明。