CN110806297B - 一种用于测量结构在地震作用下层间位移的便携式测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于测量结构在地震作用下层间位移的便携式测试系统，将测试感光条与微型激光发射器、信号放大器、无线发射装置连接形成闭合电路，同时，与无线接收装置共同构成整个测试系统。微型激光发射器与测试感光条在整个系统中作为测试模块，将微型激光发射器与测试感光条分别粘贴于被测量结构模型的底部和顶部，且保证底部激光束能够准确照在粘贴于顶板的测试感光条上。本发明基于充分利用光导材料在无光的状态下呈绝缘性，在有光的状态下呈导电性的特点；该系统采用无线发射与接收装置进行数据传输，具有便捷、高效、精度较高等特点，对模型试验测试的发展具有十分重要的意义。

Description

一种用于测量结构在地震作用下层间位移的便携式测试系统
技术领域
本发明涉及一种用于测量结构在地震作用下层间位移的便携式测试系统，属于土木工程测试技术领域，尤其涉及模型试验测试技术领域。
背景技术
振动台模型试验可以有效弥补由于地下工程结构经历强地震考验少所致的抗震性能经验数据缺失的不足，且还具有帮助人们揭示现场不易观察到的地下结构破坏形态、为数值模拟方法提供有效性验证等诸多用途，是目前应用最为广泛的一种结构抗震试验方法。但是，当前在模型试验中结构层间相对位移的测试手段较少，且各自具有一定的局限性。尤其对于地下结构离心机振动台试验而言，模型结构埋藏于土体中，从外部无法直接对结构进行测试；由于模型缩尺过大使得模型结构内部有限空间过小，导致从结构内部直接测试结构层间相对位移较难实现；结构内部传感器通常采用导线进行数据采集，相对较为不便，且对于液化场地模型结构内部防水处理较为不利。
本发明基于充分利用光导材料在无光的状态下呈绝缘性，在有光的状态下呈导电性的特点，设计一种用于测量结构在地震作用下层间位移的便携式测试系统，且该系统采用无线发射与接收装置进行数据传输，具有便捷、高效、精度较高等特点，对模型试验测试的发展具有十分重要的意义。
发明内容：
为了解决模型试验中模型结构层间相对位移较难测试的问题，本发明公开一种用于测量结构在地震作用下层间位移的便携式测试系统。
为解决上述技术问题，将测试感光条与微型激光发射器、信号放大器、无线发射装置连接形成闭合电路，同时，与无线接收装置共同构成整个测试系统。微型激光发射器与测试感光条在整个系统中作为测试模块，将微型激光发射器与测试感光条分别粘贴于被测量结构模型的底部和顶部，且保证底部激光束能够准确照在粘贴于顶板的测试感光条上。试验过程中，首先打开激光发射装置提供光源激励；当结构模型在地震激励下产生相对的层间位移时，激光束在反光条上进行相对运动。当激光照在光导电阻上时，该闭合电路形成通路，且同时输出激光照在光导电阻位置处的电阻阻值。每个电阻对应一个刻度，激光的光束移动的相对位移以电阻的形式被记录。信号放大装置与无线发射装置作为数据传输模块，将感光条中产生的电信号有效地传输到采集装置。无线接收装置整个系统中单独作为数据采集模块，通过无线传输的方式将电信号进行接收和储存。
进一步地，所述感光条内部采用的光导材料均为微米级材料，电路中的电源为微型电源(例如纽扣电池)，为该系统的便携性提供可能。
进一步地，所述信号放大装置对所测得电阻信号进行放大，有效解决微型电路中数据信号微弱，且在传输过程中受外界影响显著的问题。
进一步地，所述无线发射与无线接受装置对放大后的信号进行传输与接收，避免模型试验过程中使用导线传输不便且受传输线质量显著的问题。
本发明的工作原理是：利用光导材料在无光的状态下呈绝缘性，在有光的状态下呈导电性的特点，用光导电阻的阻值记录结构顶底板的相对位移；利用无线传输技术保证复杂工况下的信号质量。
本发明中的测试感光条，利用光导材料在无光的状态下呈绝缘性，在有光的状态下呈导电性的特点，将光信号有效地转化为电流信号；通过使不同阻值的光导电阻与位移刻度(长度)一一对应，实现了电信号数据与位移数据的统一，从而可以较好地测试结构的层间相对位移对模型试验测试的发展具有十分重要的意义。
当前在大型物理模型试验中，位移测试装置主要包括拉线式位移计、拉杆式位移计(LVDT)和激光位移计等。在离心机试验中，以上三种仪器只能测试与测试装置拉线(拉杆或激光束)相同方向的位移，无法测试结构的水平相对位移，在试验中存在较大的限制。本专利将激光束与纳米感光条结合使用，使激光束垂直于感光条布置，可以直接测试结构的水平相对位移。无线装置的引入，克服了传统测试中数据信号导线传输受环境因素影响较大的缺点；且为大型试验监测中，批量化采集提供了更大的方便。
附图说明：
图1为模型试验中该测试系统的布设位置
图2为感光条的详细断面示意图
图3为感光条内光导电阻与微型电源的电路示意图，电流表A为数据输出接口，R为光导电阻。
图4为本装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
本发明利用光导材料在无光的状态下呈绝缘性，在有光的状态下呈导电性的特点，制成电阻值与刻度(长度)一一对应的测试感光条。本发明设计的一种用于测量结构在地震作用下层间位移的便携式测试系统，该便携式测试系统由感光条1、激光发射器5、信号放大装置2、无线发射装置3和无线采集装置4五部分组成。激光发射器5照在感光条1上，信号放大装置2用于采集感光条1的变化情况并将变化情况通过无线发射装置3传递至无线采集装置4。
将不同阻值的光导电阻按照一定的间距进行排列制成电阻值与刻度(长度)一一对应的感光条1。
将感光条1、信号放大装置2、无线采集装置4与无线发射装置3连接后粘贴于结构顶板处，组成数据采集与传输系统。
将激光发射器粘贴于结构底板，且需要保证所发出的激光光束对齐顶板感光条中间位置(零刻度线附近)，对齐过程中可根据输出的具体电阻值进行调节。
在进行试验工况前开启无线接收设备，准备数据采集。

Claims (5)

1.一种用于测量结构在地震作用下层间位移的便携式测试系统，其特征在于：将测试感光条与微型激光发射器、信号放大器、无线发射装置连接形成闭合电路，同时，与无线接收装置共同构成整个测试系统；微型激光发射器与测试感光条在整个系统中作为测试模块，将微型激光发射器与测试感光条分别粘贴于被测量结构模型的底部和顶部，且保证底部激光束能够准确照在粘贴于顶板的测试感光条上；将不同阻值的光导电阻按照一定的间距进行排列制成电阻值与刻度一一对应的感光条；试验过程中，首先打开激光发射装置提供光源激励；当结构模型在地震激励下产生相对的层间位移时，激光束在感光条上进行相对运动；当激光照在光导电阻上时，该闭合电路形成通路，且同时输出激光照在光导电阻位置处的电阻阻值；每个电阻对应一个刻度，激光的光束移动的相对位移以电阻的形式被记录；信号放大装置与无线发射装置作为数据传输模块，将感光条中产生的电信号有效地传输到采集装置；无线接收装置整个系统中单独作为数据采集模块，通过无线传输的方式将电信号进行接收和储存。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量结构在地震作用下层间位移的便携式测试系统，其特征在于：所述感光条内部采用的光导材料均为微米级材料，电路中的电源为微型电源。
3.根据权利要求1所述的一种用于测量结构在地震作用下层间位移的便携式测试系统，其特征在于：所述信号放大装置对所测得电阻信号进行放大，有效解决微型电路中数据信号微弱。
4.根据权利要求1所述的一种用于测量结构在地震作用下层间位移的便携式测试系统，其特征在于：所述无线发射与无线接受装置对放大后的信号进行传输与接收。
5.根据权利要求1所述的一种用于测量结构在地震作用下层间位移的便携式测试系统，其特征在于：利用光导材料在无光的状态下呈绝缘性，在有光的状态下呈导电性的特点，用光导电阻的阻值记录结构顶底板的相对位移；利用无线传输技术保证复杂工况下的信号质量。
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