CN105606284A - 用于建筑物抗震振动试验的测力装置 - Google Patents

Abstract

一种用于建筑物抗震振动试验的测力装置，包括一个加速度传感器，围绕加速度传感器设置的电池以及设置在电池内部的电路模组，所述电路模组中可拆卸地连接有至少一个存储卡，加速度传感器由电池供电并将其测量信号传输并存储在电路模组中的存储卡中。本发明的测力装置将加速度传感器、电源以及用于存储试验数据的存储卡组合成一个独立运行的结构部件，可以省略延伸在外的电源线和数据线等线缆，避免了线缆出口对结构密封性的破坏，减轻了附加重量，可以无需配置昂贵的多路数据采集装置，无需配置额外的电源适配器，也无需现场进行阻抗匹配等调试工作，数据采集之后取下存储卡利用普通的读卡器就可以了，可以节约大量的资金和时间。

Description

用于建筑物抗震振动试验的测力装置

技术领域

本发明涉及一种建筑物抗震振动试验过程中所使用的检测设备，尤其是一种用于建筑物抗震振动试验过程中，检测建筑物的结构部件在模拟地震振动过程中的受力大小的测力装置。

背景技术

地震是一种突发的自然灾害，一次破坏性地震往往在极短时间内造成十分严重的经济损失和人员伤亡，各国政府都采取了积极有效的措施，减轻地震灾害。在地震中，建筑物受损或者倒塌是导致重大人员伤亡的主要原因。由于地震的巨大破坏作用，因此，很多国家尤其是多地震国家均投人巨大人力和物力对房屋、桥梁、高架公路、原子能电站等建筑物进行抗震研究。建筑物抗震研究的主要方法是通过模拟地震振动研究建筑物的抗震情况，例如，将建筑物模型置于模拟地震振动台上，测量建筑物的结构部件在模拟地震振动过程中的受力大小。建筑物抗震振动试验不仅可以在室内开展，也可以在室外进行；不仅可以在陆上开展，也可以在水下进行。

图1显示的是一种现有建筑物抗震振动试验的结构布局示意图，其中显示的建筑物为支撑桥梁的桥墩，为了测量建筑物的结构部件(例如支撑柱部分)在模拟地震振动过程中的受力大小，沿着建筑物的结构部件的表面布置有多个测力装置1，这些测力装置1通过数据线2连接至数据采集装置3，用于通过数据线2将测力装置1测量获得的信号传递给数据采集装置3。有时候当数据采集装置3不具备供电功能或者供电能力不足时，还需要设置额外的电源线连接测力装置1和外接电源。需要测量的结构部件结构越复杂，需要布置的测力装置1的数量越多，连接数据采集装置3的数据线2以及电源线也越多，布局也愈发复杂，测力装置1及其附加的数据线2、电源线等附加在被测建筑物上的附加重量也越来越重，试验成本也越来越高。

这些越来越重的被测建筑物的附加重量，必然会影响被测建筑物在模拟地震振动试验过程中的运动状态。如果附加重量接近被测建筑物的动态质量，则被测建筑物的振动就会受到影响而明显减弱。特别是试验过程中的建筑物通常都是缩小的模型，其本身重量并不大，但是测力装置安装在其局部结构部件上，附加重量已经和被测建筑物的局部结构部件的重量相近了，就会明显影响其局部的结构部件的振动状况，可能造成试验误差。

另外，在建筑物破坏试验过程中，附加的数据线、电源线等线缆缠绕在结构部件表面，会限制破坏的结构部件脱离建筑物主体，干扰测量结果的准确性。因此试验过程中往往要花费大量的劳动去额外设计线缆的布局，但是仍然无法避免线缆对测量结果的偶然影响。

并且，随着线缆带来的附加重量的增加，还需要考虑整个试验装置的谐振频率对试验结果的影响，过大的重量限制了测力装置只能通过刚性螺钉连接在建筑物上以保证连接强度，难以灵活调整使用频率以避免干扰。

另外附加线缆需要在测力装置上设置额外的线缆出口，破坏了结构的密封性，不利于防水、防高温、防电磁干扰，影响了测力装置的灵敏性和精确性。更重要的是，图1所示的这种现有方式的测力装置需要与其连接的数据采集装置进行阻抗匹配以消除信号干扰，这往往需要额外为测力装置配置恒流适配器，或者由数据采集装置提供稳定的电源，甚至需要配置双电源供电，这无疑增加了很大的设备成本，同时也需要大量的现场调试工作，费时费力费钱，十分不便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于建筑物抗震振动试验的测力装置，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于建筑物抗震振动试验的测力装置，包括一个加速度传感器，所述测力装置用于在建筑物抗震振动试验过程中检测建筑物的结构部件在模拟地震振动过程中的受力大小，其中，所述测力装置进一步包括围绕所述加速度传感器设置的电池以及设置在所述电池内部的电路模组，所述电路模组中可拆卸地连接有至少一个存储卡，所述加速度传感器由所述电池供电并将其测量信号传输并存储在所述电路模组中的所述存储卡中。

优选地，所述测力装置进一步包括一个粘胶层，所述电池通过所述粘胶层粘接在所述建筑物的结构部件上。

优选地，所述加速度传感器呈带阶梯的圆柱状，其具有一个大直径的外侧圆柱部和一个小直径的内侧圆柱部。

优选地，所述电池具有一个与所述加速度传感器形状相对应的阶梯孔，所述阶梯孔具有一个与所述外侧圆柱部形状相匹配的外侧孔以及一个与所述内侧圆柱部形状相匹配的内侧孔。

优选地，所述阶梯孔的中心线垂直于所述粘胶层设置。

优选地，所述外侧孔的深度等于所述外侧圆柱部的高度，所述内侧孔的深度大于所述内侧圆柱部的高度。

优选地，所述加速度传感器的所述外侧圆柱部的外侧顶部设置有一个水平仪。

优选地，所述外侧圆柱部和内侧圆柱部的外表面上分别设置有第一环形导电槽和第二环形导电槽；所述电池设置有与所述第一环形导电槽以及第二环形导电槽电连接的第一导电螺钉和第二导电螺钉。

优选地，所述第一导电螺钉和第二导电螺钉外侧分别设置有第一导电套和第二导电套；所述第一导电套与所述电池的一个电极连接并与所述第一导电螺钉螺纹连接；所述第二导电套与所述电池的另一个电极连接并与所述第二导电螺钉螺纹连接。

优选地，所述加速度传感器的所述内侧圆柱部的内侧底部设置有与所述电路模组连接的数据线。

本发明的上述用于建筑物抗震振动试验的测力装置将加速度传感器、电源以及用于存储试验数据的存储卡组合成一个独立运行的结构部件，可以省略延伸在外的电源线和数据线等线缆，避免了线缆出口对结构密封性的破坏，有利于防水、防高温、防电磁干扰。同时省略线缆能够避免线缆缠绕结构部件表面对测量结果的影响，同时大大减轻附加重量，避免了附加重量对结构部件的振动状况的影响，另外附加重量的减轻为灵活调整测力装置的使用频率提供了可能，使得本发明的测力装置既可以通过粘胶层连接在结构部件上，也可以为了提高谐振频率而采用刚性螺钉进行连接。同时采用本发明的测力装置，可以无需配置昂贵的多路数据采集装置，无需配置额外的电源适配器，也无需现场进行阻抗匹配等调试工作，数据采集之后取下存储卡利用普通的读卡器就可以了，可以节约大量的资金和时间。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1显示的是一种现有建筑物抗震振动试验的结构布局示意图；

图2显示的是根据本发明的一个具体实施例的用于建筑物抗震振动试验的测力装置的结构示意图；

图3显示的是根据本发明的另一个具体实施例的用于建筑物抗震振动试验的测力装置的结构分解示意图；

图4显示的是根据本发明的又一个具体实施例的用于建筑物抗震振动试验的测力装置的水平方向剖视示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

图2显示的是根据本发明的一个具体实施例的用于建筑物抗震振动试验的测力装置1的结构示意图，所述测力装置1用于在建筑物抗震振动试验过程中检测建筑物的结构部件在模拟地震振动过程中的受力大小，例如，在对房屋、桥梁、高架公路、原子能电站等建筑物的结构部件进行抗震振动试验过程中，可以将所述测力装置1通过可拆卸的方式连接到建筑物的结构部件上，例如房屋的承重墙表面或桥梁的支撑柱等结构部件上。

具体来说，为了克服背景技术部分提及的现有技术的缺陷，本发明提供了图2所示的测力装置1，该测力装置1将加速度传感器100、电源200以及用于存储试验数据的存储卡301组合成一个独立运行的结构部件，无需在结构部件上布置电源线和数据线，可以随时通过粘胶层400将整个独立运行的测力装置1粘接在需要测量压力的结构部件上，试验完成之后，可以方便的从结构部件上拆下本发明的测力装置1，取出存储卡301读取试验数据。采用本发明的测力装置1，可以省略延伸在外的电源线和数据线等线缆，避免了线缆出口对结构密封性的破坏，有利于防水、防高温、防电磁干扰。同时省略线缆能够避免线缆缠绕结构部件表面对测量结果的影响，同时大大减轻了附加重量，避免了附加重量对结构部件的振动状况的影响，另外附加重量的减轻为灵活调整测力装置1的使用频率提供了可能，使得本发明的测力装置1既可以通过粘胶层400连接在结构部件上，也可以为了提高谐振频率而采用刚性螺钉连接在结构部件上。同时试验过程中，即便加速度传感器100出现故障，也很容易将其拆除更换一个新的加速度传感器100。显然的，采用本发明的测力装置1，可以无需配置昂贵的多路数据采集装置，无需配置额外的电源适配器，也无需现场进行阻抗匹配等调试工作，数据采集之后取下存储卡301利用普通的读卡器就可以读取数据了，可以节约大量的资金和时间。

下面参照图3详细说明本发明的测力装置1的结构，其中，图3显示的是根据本发明的另一个具体实施例的用于建筑物抗震振动试验的测力装置1的结构分解示意图，如图，本实施例的测力装置1包括一个加速度传感器100，还包括围绕加速度传感器100设置的电池200以及设置在电池200内部的电路模组300，电路模组300中可拆卸地连接有至少一个存储卡301，其中，加速度传感器100由电池200供电并将其测量信号传输并存储在电路模组300中的存储卡301中。当然，为了将整个测力装置1连接到需要检测的结构部件上，本发明的测力装置1进一步包括一个粘胶层400，电池200通过粘胶层400粘接在建筑物的结构部件上，如图1-2所示。

本领域技术人员应当理解，本发明所采用的加速度传感器100可以是任意一种现有的可用于振动研究或实验用的柱状结构的加速度传感器，本领域技术人员可以将市场上购买获得的这种加速度传感器封装外壳形成图3所示的结构，关于加速度传感器的工作原理和内部构造均为现有技术，不属于本发明的保护范围，在此不再一一赘述。

在一个具体实例中，如图，加速度传感器100呈带阶梯的圆柱状，其具有一个大直径的外侧圆柱部102和一个小直径的内侧圆柱部103。对应地，电池200具有一个与加速度传感器100形状相对应的阶梯孔201，阶梯孔201具有一个与所述外侧圆柱部102形状相匹配的外侧孔202以及一个与所述内侧圆柱部103形状相匹配的内侧孔203。

进一步地，阶梯孔201的中心线垂直于所述粘胶层400设置。即，本发明提供的加速度传感器100是垂直于建筑物的结构部件的被测表面设置的。这样设置的好处一方面是加速度传感器100水平配置便于安装，且不易从阶梯孔201中脱落，同时也避免上方灰尘落入。另一方面是加速度传感器100设置成柱状结构，可以方便地在阶梯孔201中调整加速度传感器100的角度，以利于传感器的测力方向与传感器芯片方向对准，减轻安装校正的工作量。

进一步地，为了便于加速度传感器100在阶梯孔201中转动顺畅，优选地，内侧孔203的深度大于内侧圆柱部103的高度(图4中可以看得更清楚)，使得内侧圆柱部103的内侧底部具有一定的容纳空间，避免内侧圆柱部103接触粘胶层400转动不畅，另外底部的容纳空间便于内侧圆柱部103的内侧底部设置与电路模组300连接的数据线503。另外，为了避免加速度传感器100凸出损坏，或者加速度传感器100内陷不便于安装维修，优选外侧孔202的深度等于外侧圆柱部102的高度。

进一步地，为了直观方便地调整加速度传感器100的角度，如图所示，在外侧圆柱部102的外侧顶部设置有一个水平仪105，例如该水平仪105可以是气泡式水平仪，利用加速度传感器100圆柱形的结构，可以手动拨动外侧圆柱部102的外侧顶部使之转动，同时观察水平仪105中的气泡，当气泡105居中即可完成角度调整工作。

本发明的这种水平仪105的设置需要依赖于圆柱状加速度传感器100的结构才能方便调整，同时还需要设置加速度传感器100为垂直于建筑物的结构部件的被测表面才行，这几个因素是相互关联的，并非简单的叠加或者很容易就能想到的，是非显而易见且花费创造性劳动获得的。

进一步的，由于加速度传感器100设计成圆柱形，且角度可以调整，因此需要涉及结构定位的稳定性以及供电的问题，在一个具体实施例中，如图3所示，外侧圆柱部102和内侧圆柱部103的外表面上分别设置有第一环形导电槽106和第二环形导电槽107；电池200设置有与第一环形导电槽106以及第二环形导电槽107电连接的第一导电螺钉206和第二导电螺钉207。即，当加速度传感器100转动角度调整到位之后，通过插入第一导电螺钉206和第二导电螺钉207顶住第一环形导电槽106和第二环形导电槽107，从而卡住加速度传感器100使其不再转动完成定位工作，同时通过第一导电螺钉206和第二导电螺钉207为加速度传感器100供电。

有关供电的具体结构可以参照图4进行理解，其中图4显示的是根据本发明的又一个具体实施例的用于建筑物抗震振动试验的测力装置1的水平方向剖视示意图(图中为显示清楚，部分结构没有打剖面线)，如图，第一导电螺钉206和第二导电螺钉207外侧分别设置有第一导电套501和第二导电套502；第一导电套501与电池200的一个电极连接并与第一导电螺钉206螺纹连接；第二导电套502与电池200的另一个电极连接并与第二导电螺钉207螺纹连接。

第一导电套501和第二导电套502固定设置在电池200内部，与电池200的电极形成电连接关系。第一导电螺钉206和第二导电螺钉207作为中介从第一导电套501和第二导电套502取电，同时通过其锥状端部与第一环形导电槽106和第二环形导电槽107接触，从而将电力输送给加速度传感器100。第一环形导电槽106和第二环形导电槽107设计成环形，整个环形槽均可以导电，因此柱状的加速度传感器100无论怎么转动，均不影响最后第一导电螺钉206和第二导电螺钉207与第一环形导电槽106和第二环形导电槽107的电连接关系。

上述关于结构定位和供电的实施例中，通过第一导电螺钉206和第二导电螺钉207与第一环形导电槽106和第二环形导电槽107的设置，最大化的减少了电池200和加速度传感器100的供电结构，同时利用上述供电结构作为定位和连接用途的结构，便于组装定位，避免了结构错位带来的系统失效。也就是说，作为精密的检测设备，需要确保组装的准确性和牢固性，同时还要确保各结构之间的电连接关系。上述实施例中所采用的导电螺钉和环形导电槽的结构，同时具备了供电和卡接定位的功能，简化了结构，提高了组装的准确性和牢固性，提高了效率节约了成本。

即，本发明的测力装置1在需要使用的时候，其使用方法的步骤为：

首先将分离状态的电源200(包括电路模组300)粘接到粘胶层400上，之后插入加速度传感器100，此时整个电路并未导通，电源200的安装不需要特意调整方向，因为加速度传感器100是圆柱形的，可以后续调整角度，十分方便便捷。

然后根据水平仪105调整加速度传感器100的角度，当水平仪105中的气泡居中即可完成角度调整工作，之后插入第一导电螺钉206和第二导电螺钉207进行定位，同时电极接通，整个电路可以开始工作，不需要设置任何开关结构。

最后插入存储卡301，将整个测力装置1粘接到建筑物的结构部件上去。

测试完成之后将整个测力装置1从结构部件上取下(将粘胶层400从结构部件上揭下来)，取下存储卡301读取数据即可完成整个测试过程。

上述实施例的无开关式的导电螺钉和环形导电槽结构，形成了整个体系的即插即用的连接和电源信号结构，无需设置额外的电源和信号开关，利用现有聚合物锂电池的大容量特性，足够支撑试验通常所需的几分钟或者几小时时间，结构简单可靠，易于组装，便于操作。

综上所述，本发明的上述用于建筑物抗震振动试验的测力装置将加速度传感器、电源以及用于存储试验数据的存储卡组合成一个独立运行的结构部件，可以省略延伸在外的电源线和数据线等线缆，避免了线缆出口对结构密封性的破坏，有利于防水、防高温、防电磁干扰。同时省略线缆能够避免线缆缠绕结构部件表面对测量结果的影响，同时大大减轻附加重量，避免了附加重量对结构部件的振动状况的影响，另外附加重量的减轻为灵活调整测力装置的使用频率提供了可能，使得本发明的测力装置既可以通过粘胶层连接在结构部件上，也可以为了提高谐振频率而采用刚性螺钉进行连接。同时采用本发明的测力装置，可以无需配置昂贵的多路数据采集装置，无需配置额外的电源适配器，也无需现场进行阻抗匹配等调试工作，数据采集之后取下存储卡利用普通的读卡器就可以了，可以节约大量的资金和时间。本发明的测力装置不仅适用于室内振动试验，而且适用于室外振动试验；不仅适用于陆上，而且适用于水下。

本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于建筑物抗震振动试验的测力装置，包括一个加速度传感器(100)，所述测力装置(1)用于在建筑物抗震振动试验过程中检测建筑物的结构部件在模拟地震振动过程中的受力大小，其特征在于，所述测力装置(1)进一步包括围绕所述加速度传感器(100)设置的电池(200)以及设置在所述电池(200)内部的电路模组(300)，所述电路模组(300)中可拆卸地连接有至少一个存储卡(301)，所述加速度传感器(100)由所述电池(200)供电并将其测量信号传输并存储在所述电路模组(300)中的所述存储卡(301)中。

2.如权利要求1所述的测力装置，其特征在于，所述测力装置(1)进一步包括一个粘胶层(400)，所述电池(200)通过所述粘胶层(400)粘接在所述建筑物的结构部件上。

3.如权利要求1或2所述的测力装置，其特征在于，所述加速度传感器(100)呈带阶梯的圆柱状，其具有一个大直径的外侧圆柱部(102)和一个小直径的内侧圆柱部(103)。

4.如权利要求3所述的测力装置，其特征在于，所述电池(200)具有一个与所述加速度传感器(100)形状相对应的阶梯孔(201)，所述阶梯孔(201)具有一个与所述外侧圆柱部(102)形状相匹配的外侧孔(202)以及一个与所述内侧圆柱部(103)形状相匹配的内侧孔(203)。

5.如权利要求4所述的测力装置，其特征在于，所述阶梯孔(201)的中心线垂直于所述粘胶层(400)设置。

6.如权利要求3和4所述的测力装置，其特征在于，所述外侧孔(202)的深度等于所述外侧圆柱部(102)的高度，所述内侧孔(203)的深度大于所述内侧圆柱部(103)的高度。

7.如权利要求3-6之一所述的测力装置，其特征在于，所述加速度传感器(100)的所述外侧圆柱部(102)的外侧顶部设置有一个水平仪(105)。

8.如权利要求3-7之一所述的测力装置，其特征在于，所述外侧圆柱部(102)和内侧圆柱部(103)的外表面上分别设置有第一环形导电槽(106)和第二环形导电槽(107)；所述电池(200)设置有与所述第一环形导电槽(106)以及第二环形导电槽(107)电连接的第一导电螺钉(206)和第二导电螺钉(207)。

9.如权利要求8所述的测力装置，其特征在于，所述第一导电螺钉(206)和第二导电螺钉(207)外侧分别设置有第一导电套(501)和第二导电套(502)；所述第一导电套(501)与所述电池(200)的一个电极连接并与所述第一导电螺钉(206)螺纹连接；所述第二导电套(502)与所述电池(200)的另一个电极连接并与所述第二导电螺钉(207)螺纹连接。

10.如权利要求3-9之一所述的测力装置，其特征在于，所述加速度传感器(100)的所述内侧圆柱部(103)的内侧底部设置有与所述电路模组(300)连接的数据线(503)。