CN105928644B - 一种用于路面结构监测的应变计 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于路面结构监测的应变计，包括第一电阻应变片，还包括受力板、左受力支座和右受力支座，受力板、左受力支座、右受力支座由一块弹簧钢板两端相反朝向弯折加工而成，弯折的角度为90°，温度校正板设置在右受力支座侧部，温度校正板与受力板材质相同，第一电阻应变片设置在受力板上，温度校正板上设置有第二电阻应变片，受力板、温度校正板、第一电阻应变片、第二电阻应变片由橡胶层包裹，左受力支座和右受力支座的端部伸出橡胶层。本发明能有效考虑并消除温度引起的误差。结构简单，连接牢固，性能稳定，抗破坏性好。

Description

一种用于路面结构监测的应变计
技术领域
本发明涉及应变测量装置领域，具体涉及一种用于路面结构监测的应变计。
背景技术
路面结构监测的应变计主要用于监测路面结构层层间的应变、路面结构层内的应变以及路面结构层裂缝处的应变，适用于长期埋设在路面结构层内部，进行应变的长期监测。另外通过应变换算可得到应力，因此，用于路面结构监测的应变计还可以用以间接监测路面结构的应力。路面结构层以碎石粒料为主，在车行荷载压力下碎石棱角容易挤压损坏传感器，如果传感器随路面层铺筑埋设还要经受压路机的碾压，因此要求传感器有较高的抗压能力，有抗压保护措施。沥青混凝土摊铺时，温度高达160℃，要求传感器能耐高温，经历高温后性能和精度不受影响。路面在运营时昼夜和四季温差大，要求传感器工作温度范围大，能消除温度误差。测量层间应变时，要求上层结构与传感器一端固定，下层结构与传感器另一端固定，使传感器受到因上下结构发生相对位移而产生的拉力。测量结构层内的应变以及裂缝处应变时，要求传感器两端固定在同一层，使传感器接受裂缝张合产生的应力。因为特殊的使用环境和路面结构的特殊要求，现有应变传感器都不能满足应用于路面结构中的需求。
目前市场上的应变计主要为图1所示的钢弦式应变计，主要由固定座1-1、1-2，套管1-3，弦丝固定头1-4，弹簧1-5和弦丝1-6以及测量电路1-7组成，测量电路1-7在套管外部，采用橡胶或环氧胶包裹保护。原理为两侧固定受到外力拉压时，应变计产生变形，会改变弦丝6的张力，弦丝张力与振动频率存在对应关系，通过测量电路对弦进行激振，并拾取弦的振动频率就能得到应变。
现有应变计应用于路面结构，存在以下不足：1）耐压性不够。在碎石以及压路机、路面荷载的挤压下，会产生毁灭性破坏。2）受力结构不合理，测量结构层层间应变时，层间应变产生的应力不能传递给传感器。3）耐高温性差，经历高温后，应变和频率的对应关系发生变化，测量结果错误。4）不能考虑温度误差。路面结构温度波动大，没有考虑金属传感器热胀冷缩产生的应力。5）抗干扰性差，路面车辆行驶产生震动会影响弦丝频率，造成误差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于路面结构监测的应变计。解决现有应变计应用于路面结构时面临的抗压性不足，受力不合理，不耐高温，不能考虑温度误差和抗干扰性差的难题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于路面结构监测的应变计，包括第一电阻应变片，还包括受力板、左受力支座和右受力支座，受力板、左受力支座、右受力支座由一块弹簧钢板两端相反朝向弯折加工而成，弯折的角度为90°，温度校正板设置在右受力支座侧部，温度校正板与受力板材质相同，第一电阻应变片设置在受力板上，温度校正板上设置有第二电阻应变片，受力板、温度校正板、第一电阻应变片、第二电阻应变片由橡胶层包裹，左受力支座和右受力支座的端部伸出橡胶层。
如上所述的左受力支座的内侧和右受力支座的内侧设置有齿槽。
如上所述的温度校正板与受力板位于同一平面。
如上所述的第一电阻应变片位于受力板的底侧，第二电阻应变片位于温度校正板的底侧。
如上所述的第一电阻应变片通过AB胶粘接在受力板的底侧，第二电阻应变片通过AB胶粘接在温度校正板的底侧。
如上所述的第一电阻应变片和第二电阻应变片均分别与电缆连接，电缆端部延伸至橡胶层外。
本发明的有益效果是：
1、本应变计结构简单，连接牢固，性能稳定，抗破坏性好。
2、本发明具有很强的耐压性，核心部件为弹簧钢板，强度高，耐压性好，能够经受行车荷载和压路机的碾压而不产生结构损伤。受力板、温度校正板和第一/第二电阻应变片由橡胶保护层保护，能有效防止强压下碎石棱角破坏传感器。
3、本发明耐高温性能好。橡胶层为耐高温橡胶，可在200℃的高温下工作，第一电阻应变片和第二电阻应变片为耐高温单轴应变片，可以在-250℃~250℃的温度内高精度工作，第一/第二电阻应变片和弹簧钢之间的粘结剂可耐180℃高温，线缆为耐高温电缆线，可以承受200℃的高温，而路面结构环境温度不超过165℃，所以本发明采用的材料能够保证应变计在路面结构中拥有良好的高温稳定性。
4、本发明采用电阻应变片作为测量元件，不受行车震动影响，抗干扰能力强，性能更加可靠。
5、本发明能够有效考虑并消除温度引起的误差。温度误差主要来源有两个方面，温度对电阻应变片电阻的影响和温度使受力板热胀冷缩产生的应变。采用温度自补偿应变片能消除第1种温度误差，采用温度校正板可以测量到温度引起的应变，修正第2种误差，保证测量结果精确。
6、本发明受力合理，能够测量路面结构层层间的应变、路面结构层内的应变以及路面结构层裂缝处的应变。左右两端受力支座分别埋入路面结构的上下两层，可以测量层间应变；应变计全部埋入同一层，可测量路面结构层内的应变；应变计左右两端埋入裂缝两侧，可测量裂缝引起的应变。
附图说明
图1为目前常用的钢弦式应变计的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为图2中A-A的剖面结构示意图；
图4为图2中B-B的剖面结构示意图；
图5为图2中C-C的剖面结构示意图；
图6为图2中D-D的剖面结构示意图。
图中：1-1：左固定座；1-2：右固定座；1-3：套管；1-4：弦丝固定头；1-5：弹簧；1-6：弦丝；1-7：电路单元；1-8：O型圈。
2-1：耐高温橡胶；2-2：受力板；2-3：温度校正板；2-4：左受力支座；2-5：右受力支座；2-6：第一电阻应变片；2-7：第二电阻应变片；2-8：齿槽；2-9：耐高温电缆。
具体实施方式
下面结合附图和实施实例来对本发明作进一步说明。
如图2～6所示，一种用于路面结构监测的应变计，包括第一电阻应变片2-6，还包括受力板2-2、左受力支座2-4和右受力支座2-5，受力板2-2、左受力支座2-4、右受力支座2-5由一块弹簧钢板两端相反朝向弯折加工而成，弯折的角度为90°，温度校正板2-3设置在右受力支座2-5侧部，温度校正板2-3与受力板2-2材质相同，第一电阻应变片2-6设置在受力板2-2上，温度校正板2-3上设置有第二电阻应变片2-7，受力板2-2、温度校正板2-3、第一电阻应变片2-6、第二电阻应变片2-7由橡胶层包裹，左受力支座2-4和右受力支座2-5的端部伸出橡胶层。
优选的，左受力支座2-4的内侧和右受力支座2-5的内侧设置有齿槽2-8。
优选的，温度校正板2-3与受力板2-2位于同一平面。
优选的，第一电阻应变片2-6位于受力板2-2的底侧，第二电阻应变片2-7位于温度校正板2-3的底侧。
优选的，第一电阻应变片2-6通过AB胶粘接在受力板2-2的底侧，第二电阻应变片2-7通过AB胶粘接在温度校正板2-3的底侧。
优选的，第一电阻应变片2-6和第二电阻应变片2-7均分别与电缆连接，电缆端部延伸至橡胶层外。
受力板2-2和左受力支座2-4、右受力支座2-5由一块弹簧钢板两端相反朝向弯折加工而成，弯折的角度为90°，一体成型，能够保证传感器坚固稳定。其中左受力支座2-4和右受力支座2-5的内侧刻划有齿槽2-8，能够增加与路面结构材料的连接力，保证路面结构的力能有效地传递给受力板。温度校正板2-3采用与受力板2-2相同规格的材料，通过焊接与受力板右端相连，温度校正板2-3水平方向不受力，只随温度变化产生伸缩变形，用以校正温度对测量结果的影响。
第一电阻应变片 2-6，第二电阻应变片2-7选用能在-250℃~250℃内高精度工作的耐高温单轴电阻应变片，采用耐高温（>=180℃）的高性能环氧AB胶将第一电阻应变片2-6粘贴在受力板中间的底部，将第二电阻应变片 2-7粘贴在温度校正板底部。电缆采用耐高温电缆线，耐高温电缆线可采用氟塑料绝缘氟塑料护套耐200℃高温电缆，电缆与第一电阻应变片 2-6、第二电阻应变片2-7相连后从右端伸出。
橡胶层采用耐高温橡胶（如硅橡胶等，耐高温>=200℃），橡胶层将受力板2-2和温度校正板2-3包裹，形成橡胶保护层，保护受力板2-2、温度校正板2-3、第一电阻应变片 2-6、第二电阻应变片2-7。左受力支座2-4、右受力支座2-5要适当伸出橡胶保护层2-1，起到传递力的作用。
以上实例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，本发明的技术方案进行修改或者同等替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (6)

1.一种用于路面结构监测的应变计，包括第一电阻应变片（2-6），其特征在于，还包括受力板（2-2）、左受力支座（2-4）和右受力支座（2-5），受力板（2-2）、左受力支座（2-4）、右受力支座（2-5）由一块弹簧钢板两端相反朝向弯折加工而成，弯折的角度为90°，温度校正板（2-3）设置在右受力支座（2-5）侧部，温度校正板（2-3）与受力板（2-2）材质相同，第一电阻应变片（2-6）设置在受力板（2-2）上，温度校正板（2-3）上设置有第二电阻应变片（2-7），受力板（2-2）、温度校正板（2-3）、第一电阻应变片（2-6）、第二电阻应变片（2-7）由橡胶层包裹，左受力支座（2-4）和右受力支座（2-5）的端部伸出橡胶层。
2.根据权利要求1所述的一种用于路面结构监测的应变计，其特征在于，所述的左受力支座（2-4）的内侧和右受力支座（2-5）的内侧设置有齿槽（2-8）。
3.根据权利要求1所述的一种用于路面结构监测的应变计，其特征在于，所述的温度校正板（2-3）与受力板（2-2）位于同一平面。
4.根据权利要求3所述的一种用于路面结构监测的应变计，其特征在于，所述的第一电阻应变片（2-6）位于受力板（2-2）的底侧，第二电阻应变片（2-7）位于温度校正板（2-3）的底侧。
5.根据权利要求4所述的一种用于路面结构监测的应变计，其特征在于，所述的第一电阻应变片（2-6）通过AB胶粘接在受力板（2-2）的底侧，第二电阻应变片（2-7）通过AB胶粘接在温度校正板（2-3）的底侧。
6.根据权利要求1所述的一种用于路面结构监测的应变计，其特征在于，所述的第一电阻应变片（2-6）和第二电阻应变片（2-7）均分别与电缆连接，电缆端部延伸至橡胶层外。
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