CN108333061A - 一种测量应力松弛的系统及测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种测量应力松弛的系统及测量方法，其中，测量应力松弛的系统连接在被测试杆件上，包括有加速度传感器、信号采集设备和信号处理分析设备；所述加速度传感器有一组，间隔安装在被测试杆件上，并且一组加速度传感器分别通过一组第一信号传输线与信号采集设备连接；所述信号采集设备通过一组第二信号传输线与信号处理分析设备之间连接；并且第二信号传输线与第一信号传输线一一对应设置。本发明解决了传统测量应力松弛的系统及方法存在的测量不准确，压力传感器为永久性构件、不能取下重复使用以及经济效益非常差的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量应力松弛的系统及测量方法。
背景技术
在土木试验测试领域，由于经常用到预应力钢棒施加预紧力模拟试件顶部荷载；在高精度精密仪器设备安装领域，尤其是大型机械设备中，采用螺杆连接重要部位，需要测试螺杆上预应力损失。在实际工程中，采用体外预应力加固项目，隔一段时间也需要监测预应力损失量，来判断加固是否依然有效。因此无论在土木领域还是高精度机械安装领域，都需测定预应力拉杆的应力松弛。然而由于预应力松弛是发生在长度不变的情况下，因此现有的位移传感器便失去测量意义，而采取串联压力传感器的方式只能作为临时测量。如果作为永久测量，存在两个缺陷：一是压力传感器本身也存在应力松弛现象，因而测量不准确；二是压力传感器将变为永久性构件，不能取下重复使用，经济效益非常差。为了解决预应力拉杆的应力松弛测量，因此急需发明一种测量办法去测得预应力拉杆的应力损失，对土木试验测试领域和精密仪器的测试、安装领域有着重要意义。
发明内容
本发明涉及一种测量应力松弛的系统及测量方法，要解决传统测量应力松弛的系统及方法存在的测量不准确，压力传感器为永久性构件、不能取下重复使用以及经济效益非常差的技术问题。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案。
一种测量应力松弛的系统，连接在被测试杆件上，包括有加速度传感器、信号采集设备和信号处理分析设备；所述加速度传感器有一组，间隔安装在被测试杆件上，并且一组加速度传感器分别通过一组第一信号传输线与信号采集设备连接；所述信号采集设备通过一组第二信号传输线与信号处理分析设备之间连接；并且第二信号传输线与第一信号传输线一一对应设置。
优选的，一组所述加速度传感器沿测试杆件的长轴向间隔布置。
优选的，所述被测试杆件为用以施加预紧力模拟试件顶部荷载的预应力钢棒或者为大型机械设备中的预应力拉杆或者为体外预应力加固结构中的预应力杆件。
一种测量应力松弛的系统的测量方法，包括步骤如下。
步骤一，将加速度传感器安装在被测试杆件上；一组加速度传感器沿着被测试杆件的长轴向间隔布置，并且位于在被测试杆件产生振动时振动幅值不同的位置处。
步骤二，将一组加速度传感器分别连接到信号采集设备上，并将信号采集设备与信号处理分析设备连接。
步骤三，初步设定被测试杆件的第一阶频率；根据实际经验初步设定一个被测试杆件的第一阶频率。
步骤四，得出采样频率；根据香农采样理论，采样频率为被测试试件的第一阶频率的2倍，因此得到的采样频率为步骤三中初步设定的被测试杆件第一阶频率的2倍。
步骤五，采用橡皮锤对被测试杆件进行锤击使其振动，并按照步骤四中的采样频率对加速度传感器上的数据进行采样。
步骤六，将采样得到的加速度传感器上对应的加速度时程进行两两相减，然后再做傅里叶变换，求出其第一阶频率
其中，e：自然对数的底数；t：代表时间；x(t):用设备采集到的加速度时程；ω：为频率；j：虚数。
步骤七，根据被测试杆件两端的连接情况，选用不同的公式，算出两个不同时间点下的被测试杆件的轴力。
步骤八，对比算出后的结果，看不同时间点下的被测试杆件的轴力是否有变化；若轴力有变化，说明有预应力损失；若无变化，说明没有预应力损失。
优选的，当步骤五中的被测试杆件两端为铰接连接时，被测试杆件的轴力和被测试件的第一阶频率之间的关系式如下：
式中：f：被测试件的第一阶频率(Hz)；L：被测试件的铰接长度；E：被测试试件的弹性模量；I：被测试试件的抗弯惯性矩；N：被测试试件内部的轴向力；m：被测试件试件的线密度。
优选的，当步骤五中的被测试杆件两端为刚接连接时，被测试杆件的轴力和被测试件的第一阶频率之间的关系式如下：
优选的，当步骤五中的被测试杆件一端为刚接连接、另一端为铰接式时，被测试杆件的轴力和被测试件的第一阶频率之间的关系式如下：
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
1、本发明中这种测量应力松弛的系统在被测试杆件上安装加速度传感器，并通过传输线将采集到的信号最终传入信号处理分析设备，本系统设备简单，安装加速度传感器方便。
2、本发明中的测量方法将加速传感器安装在被测试件上，通过连接在加速传感器上的传输线传输信号，该方法是一种无损测量，不会对被测构件产生损伤。
3、本发明在被测试件上安装一组加速传感器，并将采样得到的两个加速度传感器2上对应的加速度时程进行相减，该方法消除外界噪声影响，精度高。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1为本发明中测量应力松弛的系统示意图。
附图标记：1－被测试杆件、2－加速度传感器、3－信号采集设备、4－信号处理分析设备、5－第一信号传输线、6－第二信号传输线。
具体实施方式
本发明通过外部橡皮锤锤击办法，将被测试杆件1激振。采用设置在被测试杆件1上两个加速度传感器，将振动加速度信号采集到，通过两个加速度传感器2采集到信号进行相减，减去其中噪声，通过对相减信号，进行傅里叶分析获得被测试体的振动频率，通过振动频率反推预应力杆件的轴向力。
如图1所示，这种测量应力松弛的系统，连接在被测试杆件1上，包括有加速度传感器2、信号采集设备3和信号处理分析设备4；所述加速度传感器2有两个，间隔安装在被测试杆件1上，并且两个加速度传感器2分别通过两根第一信号传输线5与信号采集设备3连接；所述信号采集设备3通过两根第二信号传输线6与信号处理分析设备4之间连接；并且第二信号传输线6与第一信号传输线5对应设置，一根第二信号传输线6与对应的一根第一信号传输线5；两个加速度传感器2上的信息通过对应的第二信号传输线6传入信号采集设备，再通过对应的第一信号传输线5传入信号处理分析设备。
本实施例中，所述加速度传感器2沿测试杆件1的长轴向间隔布置，且位于振幅不同的位置处。
当然在其他实施例中，所述加速度传感器2还可以布置4个、6个、8个等。
本实施例中，所述被测试杆件1为用以施加预紧力模拟试件顶部荷载的预应力钢棒或者为大型机械设备中的预应力拉杆或者为体外预应力加固结构中的预应力杆件。
这种测量应力松弛的系统的测量方法，包括步骤如下。
步骤一，将加速度传感器2安装在被测试杆件1上，并且两个加速度传感器2安装在被测试杆件1产生振动时振动幅值不相等的位置处；应根据被测试杆件1的频率和振幅选择加速度传感器2的量程和采样频率，采样频率符合香农采样理论，确保信号的真实可靠。
步骤二，将加速度传感器2连接到信号采集设备3上，并将信号采集设备3与信号处理分析设备4连接。
步骤三，初步设定被测试杆件1的第一阶频率；根据实际经验初步设定一个被测试杆件1的第一阶频率。
步骤四，得出采样频率；根据香农采样理论，采样频率为被测试试件1的第一阶频率的2倍，因此得到的采样频率为步骤三中初步设定的被测试杆件1第一阶频率的2倍。
步骤五，采用橡皮锤对被测试杆件1进行锤击使其振动，利用外界给予被测试杆件1的冲击，让被测试杆件1产生振动，并按照步骤四中的采样频率对加速度传感器2上的数据进行采样。
步骤六，将采样得到的两个加速度传感器2上对应的加速度时程进行相减，然后再做傅里叶变换，求出其第一阶频率，采用两个信号差值信号作为分析信号，其做差原理主要是消除外界噪声影响。
其中，e：自然对数的底数；t：代表时间；x(t):用设备采集到的加速度时程；ω为频率，第一阶频率为X(ω)图像中X(ω)到达第一个峰值对应的ω；j：虚数。
步骤七，根据被测试杆件1两端的连接情况，选用不同的公式，算出两个不同时间点下的被测试杆件1的轴力。
步骤八，对比算出后的结果，看不同时间点下的被测试杆件1的轴力是否有变化；若轴力有变化，说明有预应力损失；若无变化，说明没有预应力损失。
本实施例中，当步骤五中的被测试杆件1两端为铰接连接时，被测试杆件1的轴力和被测试件的第一阶频率之间的关系式如下：
式中：f：被测试件的第一阶频率(Hz)；L：被测试件的铰接长度；E：被测试试件的弹性模量；I：被测试试件的抗弯惯性矩；N：被测试试件内部的轴向力；m：被测试件试件的线密度。
本实施例中，当步骤五中的被测试杆件1两端为刚接连接时，被测试杆件1的轴力和被测试件的第一阶频率之间的关系式如下：
本实施例中，当步骤五中的被测试杆件1一端为刚接连接、另一端为铰接式时，被测试杆件1的轴力和被测试件的第一阶频率之间的关系式如下：
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现型式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (7)
1.一种测量应力松弛的系统，连接在被测试杆件(1)上，包括有加速度传感器(2)、信号采集设备(3)和信号处理分析设备(4)；其特征在于：所述加速度传感器(2)有一组，间隔安装在被测试杆件(1)上，并且一组加速度传感器(2)分别通过一组第一信号传输线(5)与信号采集设备(3)连接；所述信号采集设备(3)通过一组第二信号传输线(6)与信号处理分析设备(4)之间连接；并且第二信号传输线(6)与第一信号传输线(5)一一对应设置。
2.根据权利要求1所述的一种测量应力松弛的系统，其特征在于：一组所述加速度传感器(2)沿被测试杆件(1)的长轴向间隔布置。
3.根据权利要求1所述的一种测量应力松弛的系统，其特征在于：所述被测试杆件(1)为用以施加预紧力模拟试件顶部荷载的预应力钢棒或者为大型机械设备中的预应力拉杆或者为体外预应力加固结构中的预应力杆件。
4.一种运用权利要求1所述的测量应力松弛的系统的测量方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一，将加速度传感器(2)安装在被测试杆件(1)上；一组加速度传感器(2)沿着被测试杆件(1)的长轴向间隔布置，并且位于在被测试杆件(1)产生振动时振动幅值不同的位置处；
步骤二，将一组加速度传感器(2)分别连接到信号采集设备(3)上，并将信号采集设备(3)与信号处理分析设备(4)连接；
步骤三，初步设定被测试杆件(1)的第一阶频率；根据实际经验初步设定一个被测试杆件(1)的第一阶频率；
步骤四，得出采样频率；根据香农采样理论，采样频率为被测试试件(1)的第一阶频率的2倍，因此得到的采样频率为步骤三中初步设定的被测试杆件(1)第一阶频率的2倍；
步骤五，采用橡皮锤对被测试杆件(1)进行锤击使其振动，并按照步骤四中的采样频率对加速度传感器(2)上的数据进行采样；
步骤六，将采样得到的加速度传感器(2)上对应的加速度时程进行两两相减，然后再做傅里叶变换，求出其第一阶频率
其中，e：自然对数的底数；t：代表时间；x(t):用设备采集到的加速度时程；ω：为频率；j：虚数；
步骤七，根据被测试杆件(1)两端的连接情况，选用不同的公式，算出两个不同时间点下的被测试杆件(1)的轴力；
步骤八，对比算出后的结果，看不同时间点下的被测试杆件(1)的轴力是否有变化；若轴力有变化，说明有预应力损失；若无变化，说明没有预应力损失。
5.根据权利要求4所述的运用测量应力松弛的系统的测量方法，其特征在于：当步骤五中的被测试杆件(1)两端为铰接连接时，被测试杆件(1)的轴力和被测试件的第一阶频率之间的关系式如下：
式中：f：被测试件的第一阶频率(Hz)；L：被测试件的铰接长度；E：被测试试件的弹性模量；I：被测试试件的抗弯惯性矩；N：被测试试件内部的轴向力；m：被测试件试件的线密度。
6.根据权利要求4所述的运用测量应力松弛的系统的测量方法，其特征在于：当步骤五中的被测试杆件(1)两端为刚接连接时，被测试杆件(1)的轴力和被测试件的第一阶频率之间的关系式如下：
7.根据权利要求4所述的运用测量应力松弛的系统的测量方法，其特征在于：当步骤五中的被测试杆件(1)一端为刚接连接、另一端为铰接式时，被测试杆件(1)的轴力和被测试件的第一阶频率之间的关系式如下：
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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