CN103471733B - 一种用于深水海洋工程结构应力长期测量的传感器结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于深水海洋工程结构应力长期测量的传感器结构，包括薄壁本体，所述薄壁本体的上部固接盖板，位于所述薄壁本体的内部开有滑槽，于所述滑槽内装置温度补偿板，电阻应变片粘接于所述温度补偿板上；于所述薄壁本体的内部设置凸台，所述凸台内开有第一安装孔，于所述第一安装孔内装置水密连接器。发明结构简单，体积小巧、安装方便，测量精度高，利用发明有效的实现了深水海洋工程结构应力的长期测量，适应水下高压环境，满足深水海洋工程结构应力测量的精度及安装要求，大大提高了使用寿命，隔绝密封能力好。

Description

一种用于深水海洋工程结构应力长期测量的传感器结构

技术领域

发明涉及传感器领域，尤其涉及一种用于深水海洋工程结构应力长期测量的传感器结构。

背景技术

深水海洋工程结构包括海洋钻井平台、水下运载器、潜水器、船舶等，这些水下工程结构大多是由钢材制成，这种钢材结构在海洋环境中易受到海水腐蚀、波浪冲击、海水压力等作用载荷，在长期使用中出现结构损伤和破坏是时有发生的，一旦有结构损伤出现应采取积极有效的措施对上述结构进行检修加强加固，否则随着时间的推移损伤会逐步扩大而造成灾难性事故。因此，需要及时地掌握上述结构的安全状况，对上述结构的安全状况进行检测的一个重要参数是结构本身的应力水平，通过结构所受的应力状况从而判断结构的健康状态。

在以往短期测量中，深水海洋工程结构的应力测量是通过传感器电阻应变片来实现的，上述传感器电阻应变片在经过普通密封后基本一直浸泡于海水中，随着水下工程结构工作深度水压的直接作用，电阻应变片易出现受潮进水，导致绝缘值降低、电容加大乃至片基松脱现象。在海洋环境中的高水压、高湿、高盐和温度变化等的长期作用，电阻应变片的片基容易老化，性能发生蠕变甚至脱胶或绝缘降低。另外，由于海洋环境恶劣，目前针对于海洋工程结构外部结构应力测量的传感器，其寿命一般不超过3个月，而海洋工程结构的寿命和使用周期则达10年以上。

发明内容

本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种用于深水海洋工程结构应力长期测量的传感器结构，有效的实现了在不同海洋环境下的长期测量，大大提高了电阻应变片的抗干扰能力。

发明所采用的技术方案如下：

一种用于深水海洋工程结构应力长期测量的传感器结构，包括薄壁本体，所述薄壁本体的上部固接盖板，位于所述薄壁本体的内部开有滑槽，于所述滑槽内装置温度补偿板，电阻应变片粘接于所述温度补偿板上；于所述薄壁本体的内部设置凸台，所述凸台内开有第一安装孔，于所述第一安装孔内装置水密连接器。

其进一步技术方案在于：

位于所述薄壁本体的上部及下部均开有密封槽，于所述密封槽内装置“O”形密封圈；

位于盖板与薄壁本体之间，于所述薄壁本体的上部还设置耐海水橡胶密封薄膜，所述耐海水橡胶密封薄膜由丁腈橡胶材料制成；

位于所述薄壁本体的两侧对称布置固定耳，所述固定耳上开有螺栓安装孔；

在所述薄壁本体的上部还设置多条裙边，各裙边由连接形成矩形框体，至少一条裙边位于所述薄壁本体侧壁内侧；

所述电阻应变片为箔式电阻应变栅；

所述盖板为矩形，位于所述盖板的中部开有矩形开孔，位于所述盖板上还开有多个用于固接薄壁本体的第三安装孔；

所述温度补偿板为矩形板，所述温度补偿板的长度小于所述滑槽的长度。

本发明的有益效果如下：

发明结构简单，体积小巧、安装方便，测量精度高，利用发明有效的实现了深水海洋工程结构应力的长期测量，适应水下高压环境，满足深水海洋工程结构应力测量的精度及安装要求，大大提高了使用寿命，隔绝密封能力好。

附图说明

图1为发明的主视图。

图2为图1的正视图。

图3为图1的侧视图。

图4为图1在A-A方向的剖视结构示意图。

图5为发明中装置电阻应变片的温度补偿板的结构示意图。

图6为发明中盖板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，说明发明的具体实施方式。

如图1、图4所示，发明包括薄壁本体3，在薄壁本体3的上部还设置多条裙边1，各裙边1连接形成矩形框体，至少一条裙边1位于薄壁本体3侧壁内侧，剩余三条裙边1均位于薄壁本体3侧壁外侧。如图1、图6所示，位于薄壁本体3的上部还装置盖板1，盖板1为矩形，位于盖板的中部1开有矩形开孔101，位于盖板1上还开有多个用于固接薄壁本体3的第三安装孔102，发明中第三安装孔102为16个。如图4所示，位于薄壁本体3的内部开有滑槽301，于滑槽301内装置温度补偿板302，如图5所示，电阻应变片303粘接于温度补偿板302上，电阻应变片303为箔式电阻应变栅，该箔式电阻应变栅是基于金属的应变效应工作对，其散热性能好，允许通过较大的工作电流，蠕变、机械滞后型小，疲劳寿命高，栅长可为3mm、5mm、10mm中的任意一种，应变片类型为根据需要为单向片、双向片或三向片中的任意一种，其电阻值为120欧姆或350欧姆；温度补偿板302为矩形板，温度补偿板302的长度小于滑槽301的长度，保证温度补偿板302处于自由状态并不受外力影响，该补偿作用是形成桥路并起到抵消因温度变化而产生的应变，在自由状态下因温度变化而导致的应变测量输出值为零。如图4所示，在薄壁本体3的内部设置凸台305，凸台305内开有第一安装孔306，于第一安装孔306内装置水密连接器（图中未示出）。位于薄壁本体3的上部及下部均开有密封槽304，于密封槽304内装置“O”形密封圈307，“O”形密封圈307用于薄壁本体3的下部与被测试结构之间，以及薄壁本体3与盖板1之间的密封，“O”形密封圈307具有密封性好、寿命长的优点，其对油液、温度和压力的适应性好，动摩擦阻力小。密封方式采用挤压型密封，依靠密封件发生弹性变形，使其在密封接触面上造成接触压力，接触压力大于被密封介质的内压，从而不发生泄漏。“O”形密封圈307的规格型号根据薄壁本体3的尺寸及工作压力选定。如图1所示，位于盖板1与薄壁本体3之间，于薄壁本体3的上部还设置耐海水橡胶密封薄膜2，耐海水橡胶密封薄膜2由丁腈橡胶材料制成，通过盖板压紧密封。位于薄壁本体3的两侧对称布置固定耳5，固定耳5上开有螺栓安装孔501，发明中，固定耳5为4个，固定耳用于固定薄壁本体不被海水冲走和施加密封预紧力。

上述盖板1的第三安装孔，及裙边4的第二安装孔内均贯穿安装耐腐蚀不锈钢螺柱，所述耐腐蚀不锈钢螺柱的数量为16个。

本发明的具体安装过程如下：

（1）准备阶段：在被测试结构件的外表面标记出需要测量的位置，以该测量位置为中心，利用油漆笔标记出7*7cm的正方形区域，通过砂轮机对上述区域进行打磨抛光，完成后进行清洁处理并标记出电阻应变片的精确测量位置。

（2）焊接固定薄壁本体的预紧螺栓：将4个固定薄壁本体的预紧螺栓倒置放于上述被抛光位置的四个角部，螺栓具有螺纹的一端朝上，通过薄壁本体3的四个固定耳5的螺栓安装孔501来进行位置调节，调节后利用氩弧焊方式将预紧螺栓牢固焊接于上述抛光位置，焊接完毕后取出薄壁本体3。

（3）装置电阻应变片：将上述抛光区域进行清洗，烘干后利用专用胶水将电阻应变片（该电阻应变片不是安装于温度补偿板302上的电阻应变片303)粘贴于上述电阻应变片的精确测量位置，对该电阻应变片进行电气检查合格后，用硅胶对其进行绝缘密封。

（4）接线：将上述电阻应变片的导线引出并与温度补偿板302上的电阻应变片303的导线连接，在上述两根导线的连接处引出一根导线绝缘，并将电阻应变片303的导线及引出线与水密连接器上的对应接线端连接，组成半桥测量方式。

（5）安装薄壁本体：将“O”形密封圈307分别安装在薄壁本体3上部及下部的密封槽304内部，同时将薄壁本体3的4个固定耳5的螺栓安装孔501穿过上述预紧螺栓，使薄壁本体3位于上述被测量区域；将带有电阻应变片303的温度补偿板302装置于薄壁本体3的滑槽301内，通过4个外六角螺母按预定扭矩压紧在预紧螺栓上，保证了薄壁本体3的下部与被测试结构的完全接触。

（6）填充硅胶：对薄壁本体3的内部进行电路测量，测量结束无问题后对薄壁本体3的内部填充硅胶绝缘。

（7）安装耐海水橡胶密封薄膜：待上述硅胶凝固后，将耐海水橡胶密封薄膜2铺盖在薄壁本体3的上部，通过盖板1、第三安装孔102及第二安装孔，以及固定螺栓实现盖板1与薄壁本体3的固定。

（8）连接采集器：通过水密连接器的尾线与外部采集器连接实现对被测试结构的测量。

以上描述是对本发明的解释，不是对本发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (4)

1.一种用于深水海洋工程结构应力长期测量的传感器结构，其特征在于：包括薄壁本体（3），硅胶绝缘填充于所述薄壁本体（3）的内部，所述薄壁本体（3）的上部固接盖板（1），所述盖板（1）为矩形，位于所述盖板（1）的中部开有矩形开孔（101），位于所述盖板（1）上还开有多个用于固接薄壁本体（3）的第三安装孔（102）；于所述薄壁本体（3）的内部开有滑槽（301），于所述滑槽（301）内装置温度补偿板（302），电阻应变片（303）粘接于所述温度补偿板（302）上；于所述薄壁本体（3）的内部设置凸台（305），所述凸台（305）内开有第一安装孔（306），于所述第一安装孔（306）内装置水密连接器；位于所述薄壁本体（3）的上部及下部均开有密封槽（304），于所述密封槽（304）内装置“O”形密封圈（307）；位于盖板（1）与薄壁本体（3）之间，于所述薄壁本体（3）的上部还设置耐海水橡胶密封薄膜（2），所述耐海水橡胶密封薄膜（2）由丁腈橡胶材料制成；在所述薄壁本体（3）的上部还设置多条裙边（4），各裙边（4）连接形成矩形框体，至少一条裙边（4）位于所述薄壁本体（3）侧壁内侧。

2.如权利要求1所述的一种用于深水海洋工程结构应力长期测量的传感器结构，其特征在于：位于所述薄壁本体（3）的两侧对称布置固定耳（5），所述固定耳（5）上开有螺栓安装孔（501）。

3.如权利要求1所述的一种用于深水海洋工程结构应力长期测量的传感器结构，其特征在于：所述电阻应变片（303）为箔式电阻应变栅。

4.如权利要求1所述的一种用于深水海洋工程结构应力长期测量的传感器结构，其特征在于：所述温度补偿板（302）为矩形板，所述温度补偿板（302）的长度小于所述滑槽（301）的长度。