CN111473723A - 一种具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置 - Google Patents

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郭仁飞
唐瑞
马立强
钱正纬
贺晓鹏
齐海涛
孙国玉
姜柳
李成刚
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Abstract

本申请属于仪器测试技术领域，特别涉及一种具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置。包括：加温箱、可调节弹性支架、载物台、加压矩阵、压力监测控制器以及温度采集控制器。可调弹性支架设置在所述加温箱的底部，所述可调弹性支架包括多个可伸缩支脚；载物台设置在所述可调节弹性支架上，所述载物台上安装有试验件以及调温组件；加压矩阵在所述加温箱的顶部安装一个或多个，每个所述加压矩阵均包括多个可伸缩加压传感机构；压力监测控制器设置在所述加温箱外部，且与所述可伸缩加压传感机构电连接；温度采集控制器设置在所述加温箱外部，且与所述调温组件电连接。本申请可自动适应具有不同尺寸和复杂形面的试验件，完成固定和定量加压。

Description

一种具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置
技术领域
本申请属于仪器测试技术领域，特别涉及一种具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置。
背景技术
应变计作为应变电测试的基础传感元件，广泛应用于航天航空、能源交通、土建水利、医疗卫生等领域的结构应力测试中。虽然在工业自动化领域已有很多基于应变计的集成传感器的商业化产品，但对于小批量的生产试制和研发测试而言，则仍然需要通过自行安装应变计及测试引线来实现具体的测试目的。应变计安装质量的好坏直接影响测试结果的准确性和可靠性，决定测试结果能否真实反映客观规律，真正实现测试目的。应变计安装工艺中，通过对使用胶粘剂安装后的应变计进行合适的加压和加温固化处理可以减少粘接剂中气泡的产生，提高应变计的粘接强度和输出信号的稳定性；同时合理的加压有助于提高胶层的均匀性，使压力分布均匀，避免产生较大的局部残余应力。因此，良好的应变计加温加压方法对提高应变电测试的准确性和可靠性具有重要意义。
现有应变计加压方案一般通过手动拧紧简易机械夹具上的紧固螺栓对应变计施加压力，或者通过设计与测试表面匹配并贴合的夹具形面对应变计施加压力。现有应变计的加温控制方案一般将安装在加温炉炉腔内的单个温度传感器的测量结果作为所有应变计贴片处的温度然后对该温度进行控制调节。现有技术的加温加压方法存在以下缺点：(1)夹具尺寸固定，对不同尺寸和复杂形面试件的适应性较差，只能对尺寸和形面变化不大的试件进行加压，当试件尺寸或者形面差异较大时，则需要设计多种具有特定尺寸和复杂形面的专用夹具才能充分满足固定和加压需求。(2)夹具对应变计施加的压力无法定量精确控制，直接通过拧紧螺纹的加压方法，加温过程可能使螺纹产生不同程度的松动或者膨胀，导致施加的压力不能精确控制。如果施加的压力过大，可能造成应变计不绝缘甚至损坏，如果施加的压力过小，则可能造成应变计粘接强度不够，并影响应变计输出信号的稳定性。(3)加温控制策略无法确保应变计加温工艺的一致性，现有技术方案利用加温炉内安装的单个温度传感器的测量结果作为所有测点的实际温度值，无法准确获得各测点处的真实温度，尤其对于形面复杂的试件(例如具有内腔结构、厚度变化较大)，虽然采用相同的加温工艺参数，但相同加温时长内不同测点的实际温度可能存在较大差异，导致一些应变计固化不完全，影响测试结果的可靠性。(4)虽然单次试验成本低廉，但由于适应性差，对于不同试件需要设计多种专用夹具，累计成本较高。(5)需要设计多种专用夹具，设计和生产周期较长，效率较低。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，包括：
加温箱；
可调节弹性支架，所述可调弹性支架设置在所述加温箱的底部，所述可调弹性支架包括多个可伸缩支脚；
载物台，所述载物台设置在所述可调节弹性支架上，所述载物台上安装有试验件以及调温组件；
加压矩阵，所述加压矩阵在所述加温箱的顶部安装一个或多个，每个所述加压矩阵均包括多个可伸缩加压传感机构，所述可伸缩加压传感机构能够实现对所述试验件加压；
压力监测控制器，所述压力监测控制器设置在所述加温箱外部，且与所述可伸缩加压传感机构电连接；
温度采集控制器，所述温度采集控制器设置在所述加温箱外部，且与所述调温组件电连接。
可选地，所述加温箱的侧壁上开设有用于电缆穿过的通孔。
可选地，所述可伸缩支脚包括四个，四个所述可伸缩支脚在所述加温箱底部呈矩形排布。
可选地，所述调温组件包括多点调温风扇以及多点测温传感器，其中，
所述多点调温风扇在所述试验件四周的所述载物台上均匀布置；
所述多点测温传感器紧邻所述多点调温风扇均匀布置在所述载物台上的收纳槽中；
所述温度采集控制器分别与所述多点调温风扇以及所述多点测温传感器电连接。
可选地，所述可伸缩加压传感机构包括安装头部、伸缩杆、转接杆以及加压触头，其中，
所述安装头部呈矩形，所述安装头部的四个侧壁上分别设置有凸接头或凹接头；
所述伸缩杆的第一端与所述安装头部的下端连接；
所述转接杆的第一端与所述伸缩杆的第二端连接，所述转接杆的第二端安装所述加压触头，所述转接杆上安装有薄膜压力传感器；
所述安装头部中安装有与所述压力监测控制器电连接的信号射频传输模块，所述信号射频传输模块分别与所述伸缩杆以及所述薄膜压力传感器电连接。
可选地，所述伸缩杆包括上半段以及下半段，所述下半段与所述上半段通过螺纹结构连接，便于快速更换不同尺寸的所述转接杆和所述加压触头。
可选地，所述转接杆与所述伸缩杆的下半段通过第一球铰链结构连接，并配合有锁紧螺钉。
可选地，所述加压触头与所述转接杆通过第二球铰链结构连接。
可选地，所述加压触头包括刚性衬板，所述刚性衬板的顶端与所述转接杆连接，所述刚性衬板的底端设置有硅橡胶层，所述硅橡胶层底端设置有聚四氟乙烯薄膜。
可选地，所述加压矩阵包括多个呈矩阵排布的所述可伸缩加压传感机构，相邻两个所述可伸缩加压传感机构之间，通过一个所述可伸缩加压传感机构安装头部的所述凸接头与另一个所述可伸缩加压传感机构安装头部的所述凹接头配合连接，所述加温箱顶部设置有用于所述凸接头和所述凹接头安装的配合接头。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，可自动适应具有不同尺寸和复杂形面的试验件，完成固定和定量加压，适应性更好，并可避免设计多种专用夹具的成本；可实现每个测点的定量加压控制，可有效提高应变计的粘接强度和输出稳定性；可确保应变计加温工艺的一致性，提高应变电测试的准确性和可靠性。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置整体示意图；
图2是本申请一个实施方式的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置的可伸缩加压传感机构示意图；
图3是本申请一个实施方式的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置的可伸缩加压传感机构安装头部示意图；
图4是本申请一个实施方式的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置的加压触头示意图；
图5是本申请一个实施方式的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置的加压矩阵示意图；
图6是本申请一个实施方式的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置的加压触头端点排布示意图；
图7是本申请一个实施方式的复杂形面的自适应加压原理示意图。
其中：
1-可调节弹性支架；2-载物台；3-多点调温风扇；4-可伸缩加压传感机构；5-加压矩阵；6-加温箱；7-压力监测控制器；8-试验件；9-多点测温传感器；10-温度采集控制器；11-伸缩杆；12-转接杆；13-加压触头；14-薄膜压力传感器；15-信号射频传输模块；16-凸接头；17-螺纹结构；18-第一球铰链结构；19-第二球铰链结构；20-刚性衬板；21-硅橡胶层；22-聚四氟乙烯薄膜；23-凹接头；24-锁紧螺钉；25-凸起连接部。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图7对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，包括：加温箱6、可调节弹性支架1、载物台2、加压矩阵5、压力监测控制器7以及温度采集控制器10。
具体的，如图1所示，加温箱6为矩形箱体结构，可以在其侧壁上开设两个分别用于压力监测控制器7以及温度采集控制器10电缆穿过的通孔。可调弹性支架1放置在加温箱6的底部，可调弹性支架1可以包括多个由气压控制的可伸缩支脚，用于调节载物台2的位姿，实现被测试验件8的竖直移动和空间偏转。在一个实施例中，可伸缩支脚包括四个，在加温箱6底部呈矩形排布。载物台2设置在可调节弹性支架1上，载物台2上安装有试验件8以及调温组件；加压矩阵5在加温箱6的顶部安装一个或多个，每个加压矩阵5均包括多个可伸缩加压传感机构4，可伸缩加压传感机构4能够实现对试验件8加压；压力监测控制器7设置在加温箱6外部，且与可伸缩加压传感机构4电连接，用于实时监测每个测点的压力，并对加温过程中的测点压力进行控制；温度采集控制器10设置在加温箱6外部，且与调温组件电连接，用于实时对加温过程进行控制。
在本申请的一个实施方式中，设置在载物台2上的调温组件包括多点调温风扇3以及多点测温传感器9，其中，首先将试验件8安装在载物台2后，将多点调温风扇3在试验件8四周的载物台2上均匀布置，并将多点测温传感器9紧邻多点调温风扇3均匀布置在载物台2上的收纳槽中；温度采集控制器10分别与多点调温风扇3以及多点测温传感器9电连接。多点调温风扇3用于调节加温箱6的局部气流，加快温度平衡，多点测温传感器9用于实时测量各测点的实际温度。
如图2所示，在本申请的一个实施方式中，可伸缩加压传感结构4包括安装头部、伸缩杆11、转接杆12以及加压触头13，其中，安装头部为矩形结构，如图3所示，其外壳的四个侧壁上分别设置有积木式的凸接头16或凹接头23，使得相邻两个可伸缩加压传感机构4可以通过一个安装头部的凸接头16和另一个安装头部的凹接头23相互配合装配在一起。伸缩杆11的第一端与安装头部的下端连接，伸缩杆11能够在类似于气缸安装头部的驱动下，相对安装头部进行伸缩运动；转接杆12的第一端与伸缩杆11的第二端连接，转接杆12的第二端安装加压触头13，转接杆12上安装有薄膜压力传感器14；安装头部中安装有与压力监测控制器7电连接的信号射频传输模块15，信号射频传输模块15分别与伸缩杆11以及薄膜压力传感器14电连接。安装在转接杆12上的应变式薄膜压力传感器14将其感知的信号通过射频传输模块15发送到压力监测控制器7，通过调节驱动伸缩杆11的气缸压力，实现加压压力的定量控制，通过压力监测控制器7驱动伸缩杆11带动转接杆12动作，使加压触头13自由伸缩，实现对试验件8测点的加压，薄膜压力传感器14用于感知转接杆12上的应变值，通过标定试验建立应变输出信号与压力的关系曲线，并作为压力监测控制器7的输入。
有利的是，本实施例中，伸缩杆11包括上半段以及下半段，上半段与安装头部的下端连接，下半段与上半段通过螺纹结构17连接，便于快速更换不同尺寸的转接杆12和加压触头13，以适应不同空间的加压需求。
有利的是，本实施例中，转接杆12与伸缩杆11的下半段通过第一球铰链结构18连接，并配合有锁紧螺钉24。可通过球铰链调节与载物台2的相对位姿，二者配合可实现对某些狭小空间和特殊朝向的形面加压。
有利的是，本实施例中，加压触头13与转接杆12通过第二球铰链结构19连接，使得加压触头13可以自由转动，以自动适应试验件8表面。
有利的是，本实施例中，如图4所示，加压触头13具有三层结构，第一层是刚性衬板20，第二层是厚度约为2mm的耐高温且弹性良好的硅橡胶层21，第三层是厚度约为0.1mm的聚四氟乙烯薄膜22。第一层的刚性衬板20与转接杆12通过第二球铰链结构19连接，第二层的硅橡胶层21与刚性衬板20之间通过凸起连接部25相连接，第三层的聚四氟乙烯薄膜22为自由薄膜，通过加压控制实现夹紧和固定。加压触头13的作用是确保应变计受到的压力均衡，胶层厚度均匀，从而提高粘接强度和测试的准确性和可靠性。
在本申请的一个实施方式中，加压矩阵5可以包括不同数量的呈矩阵排布的可伸缩加压传感机构4，如图5所示，加压矩阵5中相邻两个可伸缩加压传感机构4之间，通过一个可伸缩加压传感机构4安装头部的凸接头16与另一个可伸缩加压传感机构4安装头部的凹接头23配合连接，加温箱6顶部设置有用于凸接头16和凹接头23安装的配合接头。优选在加温箱6顶部设置用于加压矩阵5安装的框架，根据具体的加载需求设置加压矩阵5的安装位置以及每个加压矩阵5中可伸缩加压传感机构4的数量，通过气压控制加压矩阵5中每个加压触头13的伸缩，其端点构成的空间点阵可完成对不同尺寸和复杂形面的自适应性固定和加压。
本申请的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，对复杂形面的自适应固定和加压的工作原理如下：如图6和图7所示，用黑色球体表示加压触头的端点，则加压矩阵5中所有加压触头13的端点形成一个空间点阵。对于不同水平尺寸的试验件8，可根据试验件8在空间点阵上的投影确定需要动作的加压触头13的数目和范围，从而实现对不同水平尺寸的试验件8的自动适应。而在竖直方向上，通过驱动所有加压触头13动作直至加压触头13的端点与试验件8的表面相接，则上述加压触头13的端点形成的空间点阵将与试件表面完全匹配，从而实现对具有复杂形面的试件的自动适应，完成对不同尺寸且形面复杂的试验件8的固定和加压。
本申请的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，实现加压的定量控制的原理如下：驱动可伸缩加压传感机构4的伸缩杆11进行伸缩，带动转接杆12通过加压触头13对试验件8的表面测点施加压力，安装在转接杆12上的应变式薄膜压力传感器14将其感知的信号通过射频传输模块15发送到压力监测控制器7，对加压触头13的压力进行实时监测和控制。当压力超出设定的阈值时，则压力监测控制器7发出控制指令对驱动伸缩杆11的气缸压力进行调节，控制伸缩杆伸长或收缩，实现压力的定量、可控调节，从而确保加温过程中压力稳定。
本申请的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，实现应变计加温工艺一致性的工作原理如下：温度采集控制器10定期接收多点测温传感器9测得的每个测点的实际温度，并根据设定的温度阈值对加温箱6进行PID控制。为了确保应变计加温工艺的一致性，可以采用如下加温控制策略：对加温控制程序中的每一个子步骤，只有当所有测点的温度均达到设定阈值时才开始加温计时，当达到设定的加温时长后计时结束并执行下一个子步骤。如果多个测点的温度差异较大，则开启多点调温风扇3，对加温箱6内的局部气流进行调节，以加快温度平衡。这样的加温控制策略可以保证每一个子步骤中所有应变计均能达到设定的温度阈值和保温时长，从而确保加温工艺的一致性。
本申请的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，可自动适应具有不同尺寸和复杂形面的试验件，完成固定和定量加压，适应性更好，并可避免设计多种专用夹具的成本；可实现每个测点的定量加压控制，可有效提高应变计的粘接强度和输出稳定性；所提出的加温控制策略可确保应变计加温工艺的一致性，提高应变电测试的准确性和可靠性。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，其特征在于，包括：
加温箱(6)；
可调节弹性支架(1)，所述可调弹性支架(1)设置在所述加温箱(6)的底部，所述可调弹性支架(1)包括多个可伸缩支脚；
载物台(2)，所述载物台(2)设置在所述可调节弹性支架(1)上，所述载物台(2)上安装有试验件(8)以及调温组件；
加压矩阵(5)，所述加压矩阵(5)在所述加温箱(6)的顶部安装一个或多个，每个所述加压矩阵(5)均包括多个可伸缩加压传感机构(4)，所述可伸缩加压传感机构(4)能够实现对所述试验件(8)加压；
压力监测控制器(7)，所述压力监测控制器(7)设置在所述加温箱(6)外部，且与所述可伸缩加压传感机构(4)电连接；
温度采集控制器(10)，所述温度采集控制器(10)设置在所述加温箱(6)外部，且与所述调温组件电连接。
2.根据权利要求1所述的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，其特征在于，所述加温箱(6)的侧壁上开设有用于电缆穿过的通孔。
3.根据权利要求1所述的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，其特征在于，所述可伸缩支脚包括四个，四个所述可伸缩支脚在所述加温箱(6)底部呈矩形排布。
4.根据权利要求1所述的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，其特征在于，所述调温组件包括多点调温风扇(3)以及多点测温传感器(9)，其中，
所述多点调温风扇(3)在所述试验件(8)四周的所述载物台(2)上均匀布置；
所述多点测温传感器(9)紧邻所述多点调温风扇(3)均匀布置在所述载物台(2)上的收纳槽中；
所述温度采集控制器(10)分别与所述多点调温风扇(3)以及所述多点测温传感器(9)电连接。
5.根据权利要求1所述的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，其特征在于，所述可伸缩加压传感机构(4)包括安装头部、伸缩杆(11)、转接杆(12)以及加压触头(13)，其中，
所述安装头部呈矩形，所述安装头部的四个侧壁上分别设置有凸接头(16)或凹接头(23)；
所述伸缩杆(11)的第一端与所述安装头部的下端连接；
所述转接杆(12)的第一端与所述伸缩杆(11)的第二端连接，所述转接杆(12)的第二端安装所述加压触头(13)，所述转接杆(12)上安装有薄膜压力传感器(14)；
所述安装头部中安装有与所述压力监测控制器(7)电连接的信号射频传输模块(15)，所述信号射频传输模块(15)分别与所述伸缩杆(11)以及所述薄膜压力传感器(14)电连接。
6.根据权利要求5所述的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，其特征在于，所述伸缩杆(11)包括上半段以及下半段，所述下半段与所述上半段通过螺纹结构(17)连接，便于快速更换不同尺寸的所述转接杆(12)和所述加压触头(13)。
7.根据权利要求6所述的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，其特征在于，所述转接杆(12)与所述伸缩杆(11)的下半段通过第一球铰链结构(18)连接，并配合有锁紧螺钉(24)。
8.根据权利要求7所述的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，其特征在于，所述加压触头(13)与所述转接杆(12)通过第二球铰链结构(19)连接。
9.根据权利要求8所述的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，其特征在于，所述加压触头(13)包括刚性衬板(20)，所述刚性衬板(20)的顶端与所述转接杆(12)连接，所述刚性衬板(20)的底端设置有硅橡胶层(21)，所述硅橡胶层(21)底端设置有聚四氟乙烯薄膜(22)。
10.根据权利要求9所述的具有复杂形面自适应性的应变计程控加温加压装置，其特征在于，所述加压矩阵(5)包括多个呈矩阵排布的所述可伸缩加压传感机构(4)，相邻两个所述可伸缩加压传感机构(4)之间，通过一个所述可伸缩加压传感机构(4)安装头部的所述凸接头(16)与另一个所述可伸缩加压传感机构(4)安装头部的所述凹接头(23)配合连接，所述加温箱(6)顶部设置有用于所述凸接头(16)和所述凹接头(23)安装的配合接头。
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