[發明專利]一種基于惠斯通全橋原理的曲率測量方法

有效

• 申請號: 201810497180.7
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN108759652B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 彭偉強;胡大士;張迪;杜海越;崔洪宇;洪明
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;G01B7/293
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

本發明屬于應變測量技術領域，提供一種基于惠斯通全橋原理的曲率測量方法。測量過程中，首先將四個電阻應變傳感器均勻擺放，電阻應變傳感器a、b(c)和d間隔相同距離均勻水平放置，電阻應變傳感器b和c上下平行放置；再將四個電阻應變傳感器采用惠斯通全橋方式與單個應變橋盒連接，利用惠斯通全橋原理平衡溫度引起的應變，同時構造曲率計算對應的比例關系，此時單個應變橋盒輸出電壓即可以直接轉化為測點曲率；最后將應變橋盒與動態信號采集儀和電腦連接，測量和采集結構曲率。本發明僅使用單個應變橋盒即可直接測量得到結構任一點的精確曲率，無須數值計算；簡化實驗流程，計算方便，降低實驗成本，簡化實驗操作。

技術領域

本發明屬于應變測量技術領域，特別是涉及一種基于惠斯通全橋原理的應變曲率測量方法。

背景技術

在土木、橋梁、船舶、航空航天等工程領域，結構彎曲形變的曲率是結構健康監測過程中一種非常重要的參數，它是衡量結構是否發生損傷或失效一種較為有效的方式，因此工程實踐中不可避免的需要測量結構曲率，然而目前多采用數值方法計算結構曲率，尚缺乏一種直接測量曲率的傳感器。工程測試中通常采用多個電阻應變傳感器測量結構某一點的應變，之后對多點測量后的數據進行差分計算得到該點曲率。但這種方法存在以下缺陷：所需應變傳感器數量多，配置多個應變橋盒，占用采集通道多，采集成本高；電阻應變傳感器易損壞，壽命短，需要溫度補償；計算精度不高，無法計算結構首尾點的曲率。

實際工程中一些結構的曲率測量要求精度較高，同時保證低成本、設備連接簡便。現有基于光柵光纖傳感器測量結構曲率雖然精度較高，但是其造價昂貴，成本較高，不適宜開展基礎實驗研究。電阻應變傳感器是一種用途廣泛的高精度力學量傳感元件，以其價格便宜、制作簡單、布放方便等優點，目前廣泛應用于實驗研究和實際工程領域。使用多個電阻應變傳感器雖能計算結構曲率，但必須配置多個應變橋盒和溫度補償片，實驗連接復雜，采集通道較多，采樣成本高。

為解決傳統曲率計算的問題，同時簡化曲率測量操作，降低采集成本，本發明提出的一種基于惠斯通全橋原理的曲率測量方法，實現結構曲率的精確而直接的測量。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種基于惠斯通全橋原理的曲率測量方法，簡化曲率測量實驗操作，降低采集成本。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案為：

一種基于惠斯通全橋原理的曲率測量方法，該方法基于四個電阻值相同的電阻應變傳感器a1、b2、c3、d4，一個應變橋盒5，一個動態信號采集儀6和一臺電腦7實現；將多個電阻應變傳感器按照惠斯通全橋原理連接，首先實現應變的快速準確測量，然后再利用惠斯通全橋原理平衡溫度影響，同時構造結構曲率計算形式，實現曲率的精確測量。

測量過程中，首先，將四個電阻應變傳感器a1、b2、c3、d4按照惠斯通全橋電路連接。電阻應變傳感器b2、c3對齊靠近布置，二者中心縱軸平行、中心橫軸重合且相距較近，保證二者具有相同的拉壓或彎曲應變；電阻應變傳感器a1、d4分別布置在由b2、c3組成的電阻應變傳感器組的兩側，并且使得a1、d4的中心縱軸重合、中心橫軸平行；最后要求a1與d4、b2與d4之間的中心橫軸間距均為l。再將電阻應變傳感器a1、b2、c3、d4采用全橋方式與單個應變橋盒5連接，利用惠斯通全橋原理平衡溫度引起的應變，同時構造曲率計算對應的比例關系，此時單個應變橋盒5輸出電壓即可以直接轉化為測點曲率；最后將應變橋盒5連接動態信號采集儀6對應的采集通道和電腦7，實現結構的曲率測量和采集。所述測量方法如下：