[發明專利]一種激光測量內部變化的方法及裝置

有效

• 申請號: 201911359550.1
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111044185B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 何華陽;周毅姝;韓曉坤;王夢婕
• 申請（專利權）人: 交通運輸部公路科學研究所
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01B11/16
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種激光測量內部變化的裝置，屬于混凝土應力應變測試領域。光發射模塊通過轉臺固定在支架上，轉臺在支架的頂部且可三維轉動，測量主機連接在支架上并且不影響轉臺的自由轉動，自吸附底座在支架的底部，接收模塊內嵌在自吸附底座的底部且接收模塊底部和自吸附底座底部平齊。讀取接收器模塊測得的信號，計算出應變值；根據轉臺位姿，計算出轉臺轉動角度；將轉臺轉動角度換算成電機旋轉參數，通過轉臺內置的電機驅動器驅動轉臺轉動；在轉臺轉動時，通過讀取轉臺內置的編碼器反饋的轉動信息對轉臺轉動參數進行修正。本方法響應速度快，能夠滿足不斷變化的應力應變測量需求。

技術領域

本發明屬于混凝土應力應變測試領域。

背景技術

大跨度橋梁修建過程及營運時混凝土應力應變測試是一項重要工作，橋梁的實際受力狀態不能僅僅依賴計算分析，還必須對控制斷面進行監測，以確保結構安全，為橋梁施工、營運以及加固維修提供依據。混凝土應力測試是比較復雜的技術，目前還沒有直接測量混凝土應力實用而有效的儀器，雖然已經有一種直接測量混凝土壓應力的應力測量系統，但它不能測量拉應力，所以更多的是通過測量混凝土的應變來間接地反映混凝土的應力水平。目前用來測量混凝土應變的方法有電阻式和振弦式等幾種。

1)振弦式應變測量系統

國內常見的振弦式應變傳感器(vibrating wire sensor)主要由安裝支座、振弦夾頭、振弦、激勵線圈、感應線圈、外殼、傳輸模塊等部件構成，以上構件主要是測量應變情況。除此之外大部分振弦式應變傳感器還帶有測量溫度的功能，這類振弦式應變傳感器帶有一個熱敏電阻器，這個電阻器可以測試周圍的環境溫度，可以對測試的溫度進行補償修正。根據激勵方式可分為單線圈激勵方式(間歇觸發激振)和雙線圈激勵方式(等幅連續激振)，前者工作原理是激勵線圈即激勵弦產生振動也接受弦的振動所產生的激勵信號，后者是一個線圈激勵一個接收。

當被測的構件有應力變化出現時，構件自身會出現應變，會帶動貼裝在該構件上的振弦式應變傳感器產生一定的變形。此時，通過振弦式應變傳感器的前后端座將此變形轉化為內部鋼弦的變形，使得振弦產生應力變化，進而改變振弦的基礎固有頻率。通過電磁線圈對振弦進行激振可以測量得到其振動頻率，將所得到的頻率信號通過電纜進行傳遞，傳遞到對應軟件中進行轉化就可以得到測量構件的應變情況。

2)電阻式應變片

應變片是由敏感柵等構成用于測量應變的元件。電阻應變片的工作原理是基于應變效應制作的，即導體或半導體材料在外界力的作用下產生機械變形時，其電阻值相應的發生變化，這種現象稱為“應變效應”。

應變片是由敏感柵等構成用于測量應變的元件，使用時將其牢固地粘貼在構件的測點上，構件受力后由于測點發生應變，敏感柵也隨之變形而使其電阻發生變化，再由專用儀器測得其電阻變化大小，并轉換為測點的應變值。

現在技術存在以下缺點：

1)測量方向單一。單個振弦式應變測量傳感器或電阻式應變片只能同時測量單個方向的應變值。

2)測量頻率低。現有技術只能進行靜態測量，即無法測量變化的應力應變，無法滿足實際工程需求。

3)適用性較差。現有技術無法對現場狀況進行自適應，在遇到不同現場工況時需要人為進行調整參數。

發明內容

本專利所述一種激光測量內部變化的方法主要由測量主機、光發射模塊、接收模塊、轉臺、支架、自吸附底座等部分組成，圖1中1為光發射模塊，2為轉臺，3為支架，4為測量主機，5為自吸附底座，6為接收模塊。本專利可以如圖1所示工作，也可將其旋轉90°進行垂直面的應變測量。

光發射模塊通過轉臺固定在支架上，轉臺在支架的頂部且可三維轉動，測量主機連接在支架上并且不影響轉臺的自由轉動，自吸附底座在支架的底部，接收模塊內嵌在自吸附底座的底部且接收模塊底部和自吸附底座底部平齊。