CN102252596A - 应变倍增器的标定方法和用于该方法的试件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应变倍增器的标定方法，该方法包括以下步骤：步骤a：将应变倍增器安装到试件上；步骤b：对试件加载力，使得试件产生应变；步骤c：获得应变倍增器的应变值εb和试件的应变值εs；以及步骤d：根据应变倍增器的应变值εb和试件的应变值εs确定应变倍增器的放大倍数；其中，所述试件为杆形，所述试件的横截面形状为多边形，在所述步骤a中，将多个应变倍增器和多个第一应变片分别安装到所述试件的不同侧面上。通过上述技术方案，利用所述试件的多个侧面可以方便地安装多个应变倍增器和多个应变片。
Description
技术领域
本发明涉及一种标定方法，更具体地，涉及一种应变倍增器的标定方法；本发明还涉及一种用于该标定方法的试件。
背景技术
应变倍增器是在不影响被测试件应变的条件下，通过变形传递使倍增器上某部位机械应变大于被测试件应变。应变倍增器通常作为用于疲劳监测的疲劳寿命计的配套元件。疲劳寿命计是一种疲劳损伤传感元件，它通过电阻变化量的自动累积来记录所粘贴处的交变应变历程，适用于结构长期疲劳损伤监测。目前，疲劳寿命计主要用于航空航天结构疲劳损伤监测，如航材30CrMnSi等。由于疲劳寿命计的应变门槛值为1000με，因此当应变幅值低于这一门槛值时，疲劳寿命计不会产生电阻累积效应，这大大地限制了其在其它工程的应用，如工程中常用钢材A3钢，当其应力幅值达到疲劳极限时，其应变幅值仍然低于疲劳寿命计门槛值，因此必须借助于应变倍增器，使疲劳寿命计感受到的应变大十疲劳寿命计门槛值，才能完成对该结构材料的疲劳监测。
弓形位移集中型应变倍增器是一种现有的应变倍增器，如图1所示，该种应变倍增器通常包括弓形结构1、弹性体4、两个支臂2和两个安装脚3，弓形结构1包括两个侧部11和将该两个侧部11的一端相连接的连接部12，两个支臂2的一端分别设置在弓形结构1的两个侧部11上，两个安装脚3分别设置在两个支臂2的另一端的下方，弹性体4设置在两个侧部11之间以使得弓形结构1处于预压力状态。使用时，通过安装脚3将应变倍增器安装到待测位置上，在弹性体4上安装应变片。由于支臂2的刚度较大，弓形结构1的刚度较小，弓形结构1弯曲变形比支臂2的轴向变形大得多，通过支臂2将两端的安装脚3之间的位移集中于弓形结构1开口处(即弓形结构1的两个侧部11之间)，使得开口处的橡胶弹性体4上的应变放大。从而通过安装在弹性体4上的应变片可以测量该弹性体4的应变值(即被应变倍增器放大后的应变值)。
由于应变倍增器的尺寸加工精度及弓形结构的开口处的弹性体的粘贴等诸多因素会影响应变倍增器的放大倍数，因此每个应变倍增器在使用前均需进行标定。因此设计合理的应变倍增器的标定方法非常重要，它直接影响到应变倍增器的使用效果。
现有的应变倍增器的标定方法通常包括以下步骤：步骤a：将应变倍增器安装到试件上；步骤b：对试件加载力，使得试件产生应变；步骤c：获得应变倍增器的应变值εb和试件的应变值εs；以及步骤d：根据应变倍增器的应变值εb和试件的应变值εs确定应变倍增器的放大倍数。而且，在现有的标定方法中，通常采用扁平的板状的试件，通常仅将应变倍增器安装到试件的两个扁平表面上，从而不方便安装应变倍增器和应变片，尤其是当采用在试件上安装应变片，并通过测量该应变片的应变值来获得试件的应变值εs时，现有的扁平的板状的试件由于位置受限而不方便安装应变片。
发明内容
本发明的目的是提供一种应变倍增器的标定方法，该方法能够方便地在试件上安装应变倍增器和应变片。
为了实现上述目的，本发明提供了一种应变倍增器的标定方法，该方法包括以下步骤：步骤a：将应变倍增器安装到试件上；步骤b：对试件加载力，使得试件产生应变；步骤c：获得应变倍增器的应变值εb和试件的应变值εs；以及步骤d：根据应变倍增器的应变值εb和试件的应变值εs确定应变倍增器的放大倍数；其中：所述试件为杆形，所述试件的横截面形状为多边形，在所述步骤a中，将多个应变倍增器和多个第一应变片分别安装到所述试件的不同侧面上。
优选地，所述多边形至少具有四条边，在所述步骤a中，将两个应变倍增器分别安装在所述试件的其中两个侧面上，将两个所述第一应变片分别安装到所述试件的另外两个侧面上。
优选地，所述多边形为正方形，在所述步骤a中，将两个应变倍增器分别安装在所述试件的两个相对的侧面上，将两个所述第一应变片分别安装到所述试件的另外两个相对的侧面上。
优选地，在所述步骤a中，将多个应变倍增器和多个第一应变片安装到所述试件上。
优选地，在所述步骤b中，对所述试件加载多级力。
优选地，在所述步骤b中，对所述试件加载力的过程包括多个循环，每个循环加载多级力。
优选地，在所述步骤c中，获得在每次加载力时每个应变倍增器的应变值
和每个试件的应变值
，其中i表示加载级数，j表示循环数；并且在所述步骤d中，根据每个应变倍增器的应变值
和每个试件的应变值
确定应变倍增器的放大倍数。
优选地，在所述步骤d中，以试件的应变值
为横坐标，应变倍增器的应变值
为纵坐标，得到多个离散点
，并将该多个离散点
拟合得到一次多项式φ(εb)＝aεs+b，其中φ(εb)是以试件的应变值εs为自变量的函数。
优选地，根据最小二乘法原理拟合得到所述一次多项式φ(εbk)＝aεsk+b。
另一方面，本发明还提供了一种用于应变倍增器的标定方法的试件，其中，该试件为杆形，所述试件的横截面形状为多边形，所述试件的各个侧面用于安装应变倍增器和应变片。
优选地，所述多边形至少具有四条边，所述试件的至少两个侧面用于安装应变倍增器，所述试件的至少另外两个侧面用于安装应变片。
优选地，所述多边形为正方形，所述试件的其中两个相对的侧面用于安装应变倍增器，所述试件的另外两个相对的侧面用于安装应变片。
通过上述技术方案，利用所述试件的多个侧面可以方便地安装多个应变倍增器和多个应变片。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是现有的一种应变倍增器的结构示意图；
图2是用于根据本发明的一种实施方式的应变倍增器的标定方法的试件的结构示意图。
附图标记说明
1 弓形结构 2 支臂
3 安装脚 4 弹性体
11 侧部 12 连接部
S 试件 S1 侧面
S2 横截面
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种应变倍增器的标定方法，该方法包括以下步骤：步骤a：将应变倍增器安装到试件上；步骤b：对试件加载力，使得试件产生应变；步骤c：获得应变倍增器的应变值εb和试件的应变值εs；以及步骤d：根据应变倍增器的应变值εb和试件的应变值εs确定应变倍增器的放大倍数；其中：在所述步骤a中，还在所述试件上安装第一应变片；并且在所述步骤c中，通过测量所述第一应变片的应变值获得所述试件的应变值εs。
通过上述技术方案，由于试件的应变值εs通过直接测量安装在试件上的第一应变片的应变值得到，因此该测得的应变值εs为试件实际受到的应变值，几乎不存在偏差，因此该方法标定得到的应变倍增器的放大倍数比较准确，从而提高了应变倍增器的使用效果。
所述应变倍增器的应变值可以通过各种适当的方式测得，例如可以通过在应变倍增器上安装疲劳寿命计来测量，但是这种间接测量方式得到的结果不够准确，从而使得标定得到的应变倍增器的放大倍数不准确，进而影响应变倍增器的使用效果。因此优选地，在所述步骤a中，还在所述应变倍增器上安装第二应变片；并且在所述步骤c中，通过测量所述第二应变片的应变值获得所述应变倍增器的应变值εb，从而能够得到较准确的应变倍增器的应变值εb。
所述第一应变片和/或所述第二应变片的应变值可以采用各种适当的方式或装置来测量，更优选地，利用应变采集仪测量所述第一应变片和/或所述第二应变片的应变值。所述应变采集仪为一种公知的设备，例如可以采用北京东方振动和噪声技术研究所生产的SA-8型动态应变仪。
在上述步骤a中，可以根据需要安装一个或多个应变倍增器和第一应变片。在所述步骤b中，可以根据需要，对试件加载多级力，即多次对试件加载不同的力；或者，对所述试件加载力的过程可以包括多个循环，每个循环加载多级力。例如每个循环依次加载0kN、4kN、8kN、12kN、16kN、12kN、8kN、4kN、0kN，共九级加载，可以包括三个循环。可以采用公知的装置对试件加载力，例如可以采用MTS系统公司生产的MTS-810电液伺服万能材料试验机进行加载。
在所述步骤c中，获得在每次加载力时每个应变倍增器的应变值
和每个试件的应变值
，其中i表示加载级数，j表示循环数(例如
表示对试件加载第1个循环的4kN级力时的应变倍增器的应变值，表示在对试件加载第3个循环的16kN级力时的试件的应变值)；并且在所述步骤d中，根据每个应变倍增器的应变值
和每个试件的应变值
确定应变倍增器的放大倍数。
在所述步骤d中，可以采用各种适当的方式来根据应变倍增器的应变值εb和试件的应变值εs确定应变倍增器的放大倍数。例如可以通过画图法得到。即，以试件的应变值
为横坐标，应变倍增器的应变值
为纵坐标，在坐标系中绘出多个离散点，并用作图的方法绘出最接近这些离散点
的直线，通过测量该直线的斜率可以获得应变倍增器的放大倍数。但是通过该方法获得的应变倍增器的放大倍数不够准确，因此优选地，将该多个离散点
拟合得到一次多项式φ(εb)＝aεs+b，其中φ(εb)是以试件的应变值εs为自变量的函数，更优选地，根据最小二乘法原理拟合得到所述一次多项式φ(εbk)＝aεsk+b。其中得到的系数a就是标定得到的应变倍增器的放大倍数。该方法标定得到的应变倍增器的放大倍数更加准确。有关最小二乘法原理以及根据最小二乘法原理来拟合一次多项式的具体过程为本领域所公知，在此不再赘述。
用于所述应变倍增器的标定方法的试件可以采用各种适当的试件，优选地，如图2所示，所述试件S为杆形，所述试件S的横截面形状为多边形，在所述步骤a中，将多个应变倍增器和多个第一应变片分别安装到所述试件S的不同侧面S1上。从而，利用所述试件S的多个侧面S1可以方便地安装多个应变倍增器和多个第一应变片。在上述杆形的试件S中，试件S沿杆的轴线方向延伸，所述横截面S2是指与所述轴线方向基本垂直的平面，所述试件的侧面S1是指与所述轴线方向基本平行的试件表面，而与轴线方向基本垂直的试件表面通常可以称为试件S的端面，例如在如图2所示的试件S中，具有四个侧面S1和两个端面。
所述多边形可以为各种多边形，例如更具体地，所述多边形至少具有四条边，在所述步骤a中，将两个应变倍增器分别安装在所述试件的其中两个侧面上，将两个所述第一应变片分别安装到所述试件的另外两个侧面上。
优选地，如图2所示，所述多边形为正方形，在所述步骤a中，将两个应变倍增器分别安装在所述试件S的两个相对的侧面上，将两个所述第一应变片分别安装到所述试件S的另外两个相对的侧面上。从而，相对两侧的测量值可以消除加载力的偏心所带来的误差，从而进一步提高标定得到的应变倍增器的放大倍数的准确性。
根据本发明的另一方面，还提供了一种用于应变倍增器的标定方法的试件，其中，如图2所示，该试件S为杆形，所述试件S的横截面形状为多边形，所述试件S的各个侧面用于安装应变倍增器和应变片。从而，利用所述试件S的多个侧面S1可以方便地安装多个应变倍增器和多个应变片(即如上文所述的第一应变片)。。在上述杆形的试件S中，试件S沿杆的轴线方向延伸，所述横截面S2是指与所述轴线方向基本垂直的平面，所述试件的侧面S1是指与所述轴线方向基本平行的试件表面，而与轴线方向基本垂直的试件表面通常可以称为试件S的端面，例如在如图2所示的试件S中，具有四个侧面S1和两个端面。
所述多边形可以为各种多边形，例如更具体地，所述多边形至少具有四条边，所述试件S的至少两个侧面S1用于安装应变倍增器，所述试件S的至少另外两个侧面S1用于安装应变片。
优选地，所述多边形为正方形，所述试件S的其中两个相对的侧面S1用于安装应变倍增器，所述试件S的另外两个相对的侧面S1用于安装应变片。从而，相对两侧的测量值可以消除加载力的偏心所带来的误差，从而进一步提高标定得到的应变倍增器的放大倍数的准确性。
所述试件可以根据需要由各种适当的材料制成，例如可以由Q235钢制成。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (12)
1.应变倍增器的标定方法，该方法包括以下步骤：
步骤a：将应变倍增器安装到试件上；
步骤b：对试件加载力，使得试件产生应变；
步骤c：获得应变倍增器的应变值εb和试件的应变值εs；以及
步骤d：根据应变倍增器的应变值εb和试件的应变值εs确定应变倍增器的放大倍数；其特征在于：
所述试件为杆形，所述试件的横截面形状为多边形，在所述步骤a中，将多个应变倍增器和多个第一应变片分别安装到所述试件的不同侧面上。
2.根据权利要求1所述的应变倍增器的标定方法，其特征在于，
所述多边形至少具有四条边，在所述步骤a中，将两个应变倍增器分别安装在所述试件的其中两个侧面上，将两个所述第一应变片分别安装到所述试件的另外两个侧面上。
3.根据权利要求2所述的应变倍增器的标定方法，其特征在于，所述多边形为正方形，在所述步骤a中，将两个应变倍增器分别安装在所述试件的两个相对的侧面上，将两个所述第一应变片分别安装到所述试件的另外两个相对的侧面上。
4.根据权利要求1所述的应变倍增器的标定方法，其特征在于：
在所述步骤a中，将多个应变倍增器和多个第一应变片安装到所述试件上。
5.根据权利要求1或4所述的应变倍增器的标定方法，其特征在于：在所述步骤b中，对所述试件加载多级力。
6.根据权利要求1或4所述的应变倍增器的标定方法，其特征在于：在所述步骤b中，对所述试件加载力的过程包括多个循环，每个循环加载多级力。
7.根据权利要求1、4、5或6所述的应变倍增器的标定方法，其特征在于：在所述步骤c中，获得在每次加载力时每个应变倍增器的应变值和每个试件的应变值
，其中i表示加载级数，j表示循环数；并且在所述步骤d中，根据每个应变倍增器的应变值
和每个试件的应变值确定应变倍增器的放大倍数。
8.根据权利要求7所述的应变倍增器的标定方法，其特征在于，在所述步骤d中，以试件的应变值
为横坐标，应变倍增器的应变值
为纵坐标，得到多个离散点
，并将该多个离散点
拟合得到一次多项式φ(εb)＝aεs+b，其中φ(εb)是以试件的应变值εs为自变量的函数。
9.根据权利要求8所述的应变倍增器的标定方法，其特征在于，根据最小二乘法原理拟合得到所述一次多项式φ(εbk)＝aεsk+b。
10.用于应变倍增器的标定方法的试件(S)，其特征在于，该试件(S)为杆形，所述试件(S)的横截面(S2)形状为多边形，所述试件(S)的各个侧面(S)用于安装应变倍增器和应变片。
11.根据权利要求10所述的用于应变倍增器的标定方法的试件，其特征在于，所述多边形至少具有四条边，所述试件(S)的至少两个侧面(S1)用于安装应变倍增器，所述试件(S)的至少另外两个侧面(S1)用于安装应变片。
12.根据权利要求11所述的用于应变倍增器的标定方法的试件，其特征在于，所述多边形为正方形，所述试件(S)的其中两个相对的侧面(S1)用于安装应变倍增器，所述试件(S)的另外两个相对的侧面(S1)用于安装应变片。
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