CN112504113A - 加载结构件形变测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种加载结构件形变测量装置及测量方法，测量装置包括传动体、第一磁场体以及传感器，所述传动体连接负载，所述负载安装在结构件上，所述结构件的形变或应变能够驱使第一磁场体运动，所述传感器用于检测第一磁场体运动产生的位移，当负载加载到结构件上时，结构件产生形变或应变进而使传动体带动第一磁场体运动，传感器周围的磁场强度发生变化进而能够使压电体产生与所述形变或应变对应变化的电信号，实现形变量或应变量的检测，本发明能够实现安装过程中结构件由于加载而产生的变形或应变的检测，从而为理想装配或应力分布提供数值量化依据，以控制装配过程实现最优的装配，且能够采用多种结构方式实现，实用性强。

Description

加载结构件形变测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体地，涉及一种加载结构件形变测量装置及测量方法。

背景技术

大型结构件在增加重载的过程中，由于施加负载的变化，而使得装配过程中安装支撑结构件产生准静态或动态应变或变形，该变形量往往微小，但是却能够引起整体安装结构发生应力分布改变，造成结构不一致变形等问题。

目前，由于无法实时对该类变形(往往是极微小变形)进行监测，进而也无法实现对重载部件或装备的实时安装调控，装载应力分布往往达不到设计要求，最终使得调控过程复杂、重复工作繁多，调控效率极低，甚至有些情况下，由于安装的初始就不确定结构变形量，最终影响大型设备或全系统的正常使用或者影响设备的使用寿命。

专利文献CN104215193A开了一种物面形变测量方法和测量系统，其中，一种物面形变测量方法包括：确定待测物面的三维形貌数据；通过激光散斑干涉测量确定所述待测物面的原始形变测量数据；根据所述三维形貌数据校正所述形变测量数据，以得到所述待测物面的最终三维形变分布数据，但该方法对于被测结构件外形被重物或零件遮挡时不能获得准确的变形数据，影响检测结果。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种加载结构件形变测量装置及测量方法。

根据本发明提供的一种加载结构件形变测量装置，包括：

传动体，连接负载，所述负载安装在结构件上；

第一磁场体，所述结构件的形变或应变能够使所述第一磁场体运动；

传感器，用于检测所述第一磁场体由于运动而产生的位移。

优选地，所述第一磁场体采用如下任一种连接结构：

-所述第一磁场体安装在所述传动体的端部并与所述传感器间隙布置；

-还包括连接杠杆以及支撑件，所述连接杠杆的一端与所述传动体的另一端活动配合，所述连接杠杆的另一端安装所述第一磁场体，所述第一磁场体与所述传感器间隙布置，所述支撑件与所述连接杠杆上所具有的支撑点活动配合，所述连接杠杆在所述支撑点朝向传动体的一侧为第一力臂，所述连接杠杆在所述支撑点朝向第一磁场体的一侧为第二力臂，其中，第二力臂大于第一力臂；

-所述结构件中设置有容纳体，所述容纳体的一端设置有膜片，所述容纳体的内部沿从一端到另一端的方向上依次设置有第一容纳腔室、第二容纳腔室，所述第二容纳腔室中设置有活塞件且所述活塞件将第二容纳腔室分割为第一容纳空间以及第二容纳空间，所述第二容纳空间通过所述容纳体另一端设置的通气孔与外部连通；

所述活塞件的一端通过设置在第二容纳空间中的弹性体连接所述容纳体的内壁，所述活塞件的另一端连接第一磁场体，其中所述第一磁场体与安装在第一容纳腔室中的传感器间隙连接；

所述传动体的另一端连接所述膜片，所述第一容纳腔室和第一容纳空间中填充有流体，当所述传动体朝向所述膜片运动时，所述膜片推动流体向第一容纳空间运动进而使所述活塞件带动所述第一磁场体远离传感器运动。

优选地，所述第一容纳腔室的横截面积大于第二容纳腔室的横截面积。

优选地，所述支撑件采用压电材料和/或磁致伸缩材料制作。

优选地，所述活塞件的另一端通过连接杆连接所述第一磁场体。

优选地，所述膜片为金属或非金属膜片。

优选地，所述第一磁场体为永磁体或电磁体。

优选地，所述传感器包括传感器壳体、磁致伸缩体以及压电体；

所述磁致伸缩体、压电体依次设置在所述传感器壳体中。

优选地，所述磁致伸缩体的周向设置有第二磁场体。

根据本发明提供的一种加载结构件形变测量方法，包括如下步骤：

S1：负载安装在结构件上使所述结构件本身发生形变或应变；

S2：所述形变或应变使安装在所述传动体上的第一磁场体产生位移；

S3：通过所述位移进而使与所述第一磁场体间隔布置的传感器产生与所述形变或应变相对应变化的电信号或磁信号。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明能够实现安装过程中结构件由于加载而产生的变形或应变的检测，通过传感电信号实时对应所关注结构由载荷引起的变形，实时监控应变过程，从而为理想装配或应力分布提供数值量化依据，进而指导加载和装配过程，以控制装配过程实现最优的装配，不仅能够保证安装后设备的正常运行，在某些场合还能够延长设备的使用寿命。

2、本发明通过多种实施方式对结构件的变形所产生的电信号进而放大，大大提高了设备的检测灵敏度和检测精度，在实际应用中，能够根据不同的应用场景合理选择。

3、本发明通过在实施例4中的结构设置，使传动体不需要特殊的材料，填充在容纳体中的液体会放大位移，提高检测的灵敏度，同时在弹簧的作用下和第一容纳腔室流体传动负压的共同作用下活塞件能够实时带动第一磁场体复位，大大提高了检测精度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中实施例2的结构示意图；

图2为本发明中实施例3的结构示意图；

图3为本发明中实施例4的结构示意图。

图中示出：

传动体1 第二容纳腔室11

第一磁场体2 活塞件12

传感器3 通气孔13

负载4 弹性体14

结构件5 磁致伸缩体15

连接杠杆6 压电体16

支撑件7 第二磁场体17

容纳体8 连接杆18

膜片9 第一容纳空间19

第一容纳腔室10 第二容纳空间20

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

本发明提供了一种加载结构件形变测量装置，包括传动体1、第一磁场体2以及传感器3，所述传动体1连接负载4，所述负载4安装在结构件5上，所述结构件5由于负载4产生的的形变或应变能够驱使第一磁场体2运动，所述传感器3用于检测所述第一磁场体2由于运动而产生的位移，当负载4由于本身的重量、由于自身运动或由于自身重量与自身运动的共同作用而产生的力加载到结构件5上时，结构件5产生形变或微小形变进而使所述传动体1的另一端能够带动所述第一磁场体2运动，在所述第一磁场体2运动的过程中第一磁场体2与传感器3之间的位移发生变化，所述传感器3周围的磁场强度发生变化进而能够检测所述第一磁场体2运动产生的位移。

进一步地，所述第一磁场体2优选采用永磁体，第一磁场体2的周围产生磁场，所述传感器3包括传感器壳体、磁致伸缩体15以及压电体16，所述磁致伸缩体15、压电体16依次设置在所述传感器壳体中，磁致伸缩体15采用磁致伸缩材料制作，压电体16采用压电材料制作，当第一磁场体2靠近或远离传感器3运动时，磁致伸缩体15由于磁场变化进而出现伸长或缩短的形变，此时与所述磁致伸缩体15相连接的压电体16被挤压或松开进而能够产生变化的电信号，变化的电信号与结构件5的形变存在对应关系，通过检测变化的电信号进而能够实现对结构件5产生的形变或微小形变的精确测量。在一个变化例中，第一磁场体2采用电磁体，如电磁线圈。

在实际使用中，为使检测更加灵敏，所述磁致伸缩体15的周向优选增加第二磁场体17，第二磁场体17优选采用电磁线圈，在一个变化例中，采用电磁线圈和永磁体的结合体，能够有效增加磁场效应，能够使磁致伸缩体15形变量增加，提高检测的灵敏度。

应该说明的是，当本发明中的传感器3安装在结构件5上时，优选安装在结构件5的底部并与结构件5的底部在同一高度，避免由于结构件5本身形变造成的传感器3的位移，从而影响本发明检测结构的准确性，在一个变化例中，传感器3不与所述结构件5连接，结构件5通过其他部件进行固定。

本发明还提供了一种加载结构件形变测量方法，包括如下步骤：

S1：结构件5上增加负载4后使与所述结构件5本身发生形变或应变；

S2：所述形变或应变使安装在所述传动体1上的第一磁场体2产生位移；

S3：通过所述位移进而使与所述第一磁场体2间隔布置的传感器3产生与所述形变或应变相对应变化的电信号或磁信号。

本发明中检测形变或应变不仅能够通过设置的压电材料结构实现电信号的变化的测量，还可以通过设置霍尔元件来检测磁信号变化的方式获得应变或形变量的检测。

应该说明的是，本发明中的结构件5的形变可以是仅仅由于负载4本身的重量而产生，也可以是由于负载4的自身重量和自身运动的共同作用产生。同时，本发明不仅适用于结构件5由于重载产生形变的场景，例如负载4的重量在吨级别，还能够通过采用对微小形变的放大措施实现小重量结构件5形变的检测，放大措施包括采用杠杆等，所述的小重量，例如负载4的重量在小于1吨的场景，由此可见，本发明应用范围广泛，能够适用于更多的应用场景。

实施例2：

本实施例为实施例1的一个优选例。

在本实施例中，所述第一磁场体2安装在所述传动体1的端部并与所述传感器3间隙布置，如图1所示，当结构件5上加装负载4后产生对结构件5不同的加载力时，能够使结构件5产生不同的形变，进而使第一磁场体2与传感器3上的磁致伸缩体15的间距发生变化，进而使磁致伸缩体15周围的磁场强度发生变化，磁致伸缩体15本身的长度发生变化，进而使压电体16被挤压的程度发生变化，使压电体16产生变化的电信号，通过检测变化的电信号实现对结构件5形变的检测，本实施例结构简单。

实施例3：

本实施例为实施例1的另一个优选例。

在本实施中如图2所示，包括连接杠杆6以及支撑件7，所述连接杠杆6的一端与所述传动体1的另一端活动配合，所述连接杠杆6的另一端安装所述第一磁场体2，所述第一磁场体2与所述传感器3间隙布置，所述支撑件7与所述连接杠杆6上所具有的支撑点活动配合，所述连接杠杆6在所述支撑点朝向传动体1的一侧为第一力臂，所述连接杠杆6在所述支撑点朝向第一磁场体2的一侧为第二力臂，其中，第二力臂大于第一力臂，因此当传动体1向上或向下运动时使连接杠杆6形成以支撑点为支点的杠杆，由于第二力臂大于第一力臂，因此当传动体1向上或向下产生一个较小位移时，第一磁场体2向上或向下产生一个相对较大的位移，因而能够使传感器3周围的磁场强度变化范围增大，从而能够使压电体16被挤压的程度变化范围增大，大大增加了检测的灵敏度，有利于检测结果的准确输出。

进一步地，所述支撑件7优选采用压电材料制作，支撑件7在连接杠杆6转动过程中也会产生相对应变化的力进而也能够输出对应变化的电信号，实现对结构件5形变的检测或形成对压电体16检测结果的对比和验证。在一个变化例中，支撑件7采用压电材料和磁致伸缩材料制作，在另一个变化例中，支撑件7采用磁致伸缩材料制作。

实施例4：

本实施例为实施例1的又一个优选例。

在本实施中如图3所示，所述结构件5中设置有容纳体8，所述容纳体8的一端设置有膜片9，所述膜片9采用金属膜片或非金属膜片，例如采用塑料膜片，再例如采用尼龙膜片，所述容纳体8的内部沿从一端到另一端的方向上依次设置有第一容纳腔室10、第二容纳腔室11，所述第一容纳腔室10的横截面积大于第二容纳腔室11的横截面积。所述第二容纳腔室11中设置有活塞件12且所述活塞件12将第二容纳腔室11分割为第一容纳空间19以及第二容纳空间20，所述第二容纳空间20通过所述容纳体8另一端设置的通气孔13与外部连通，通过设置通气孔13与外部连通，使活塞件12能够往复运动而不因气阻影响检测的准确度。

所述活塞件12的一端通过设置在第二容纳空间20中的弹性体14连接所述容纳体8的内壁，所述弹性体14优选采用弹簧，所述活塞件12的另一端连接第一磁场体2，其中所述第一磁场体2与安装在第一容纳腔室10中的传感器3间隙连接；

所述传动体1的另一端连接所述膜片9，所述第一容纳腔室10和第一容纳空间19中填充有流体，当所述传动体1由于结构件5的形变朝向所述膜片9运动时，所述膜片9发生内凹的形变进而推动流体向第一容纳空间19运动进而使所述活塞件12带动所述第一磁场体2远离传感器3运动，由于所述第一容纳腔室10的横截面积大于第二容纳腔室11的横截面积，第一容纳腔室10、第二容纳腔室11均优选采用圆柱形结构，因此在膜片9发生微小形变时第一容纳腔室10中的流体被压入第二容纳腔室11时，会驱使活塞件12带动第一磁场体2产生一个较大的位移，如图3所示中的S1为膜片9受力后发生的内凹位移，S2为第一磁场体2产生的向下的位移，S2＞S1，且位移的比例可以通过调节第一容纳腔室10的横截面积与第二容纳腔室11的横截面积的比例实现。进而使所述传感器3周围的磁场强度变化范围增大，从而能够使压电体16被挤压的程度变化范围增大，大大增加了检测的灵敏度，有利于检测结果的准确输出。

本实施例中，为使第一磁场体2与传感器3之间的距离更适合检测的需要，所述活塞件12的另一端通过连接杆18连接所述第一磁场体2，第一磁场体2可以根据实际检测的需求安装在连接杆18的某一位置，以达到安装场景的需求。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种加载结构件形变测量装置，其特征在于，包括：

传动体(1)，连接负载(4)，所述负载(4)安装在结构件(5)上；

第一磁场体(2)，所述结构件(5)产生的形变或应变能够使所述第一磁场体(2)运动；

传感器(3)，用于检测所述第一磁场体(2)由于所述运动而产生的位移。

2.根据权利要求1所述的加载结构件形变测量装置，其特征在于，所述第一磁场体(2)采用如下任一种连接结构：

-所述第一磁场体(2)安装在所述传动体(1)的端部并与所述传感器(3)间隙布置；

-还包括连接杠杆(6)以及支撑件(7)，所述连接杠杆(6)的一端与所述传动体(1)的另一端活动配合，所述连接杠杆(6)的另一端安装所述第一磁场体(2)，所述第一磁场体(2)与所述传感器(3)间隙布置，所述支撑件(7)与所述连接杠杆(6)上所具有的支撑点活动配合，所述连接杠杆(6)在所述支撑点朝向传动体(1)的一侧为第一力臂，所述连接杠杆(6)在所述支撑点朝向第一磁场体(2)的一侧为第二力臂，其中，第二力臂大于第一力臂；

-所述结构件(5)中设置有容纳体(8)，所述容纳体(8)的一端设置有膜片(9)，所述容纳体(8)的内部沿从一端到另一端的方向上依次设置有第一容纳腔室(10)、第二容纳腔室(11)，所述第二容纳腔室(11)中设置有活塞件(12)且所述活塞件(12)将第二容纳腔室(11)分割为第一容纳空间(19)以及第二容纳空间(20)，所述第二容纳空间(20)通过所述容纳体(8)另一端设置的通气孔(13)与外部连通；

所述活塞件(12)的一端通过设置在第二容纳空间(20)中的弹性体(14)连接所述容纳体(8)的内壁，所述活塞件(12)的另一端连接第一磁场体(2)，其中所述第一磁场体(2)与安装在第一容纳腔室(10)中的传感器(3)间隙连接；

所述传动体(1)的另一端连接所述膜片(9)，所述第一容纳腔室(10)和第一容纳空间(19)中填充有流体，当所述传动体(1)朝向所述膜片(9)运动时，所述膜片(9)推动流体向第一容纳空间(19)运动进而使所述活塞件(12)带动所述第一磁场体(2)远离传感器(3)运动。

3.根据权利要求2所述的加载结构件形变测量装置，其特征在于，所述第一容纳腔室(10)的横截面积大于第二容纳腔室(11)的横截面积。

4.根据权利要求2所述的加载结构件形变测量装置，其特征在于，所述支撑件(7)采用压电材料和/或磁致伸缩材料制作。

5.根据权利要求2所述的加载结构件形变测量装置，其特征在于，所述活塞件(12)的另一端通过连接杆(18)连接所述第一磁场体(2)。

6.根据权利要求1所述的加载结构件形变测量装置，其特征在于，所述膜片(9)采用金属或非金属膜片。

7.根据权利要求1所述的加载结构件形变测量装置，其特征在于，所述第一磁场体(2)采用永磁体或电磁体。

8.根据权利要求1所述的加载结构件形变测量装置，其特征在于，所述传感器(3)包括传感器壳体、磁致伸缩体(15)以及压电体(16)；

所述磁致伸缩体(15)、压电体(16)依次设置在所述传感器壳体中。

9.根据权利要求8所述的加载结构件形变测量装置，其特征在于，所述磁致伸缩体(15)的周向设置有第二磁场体(17)。

10.一种加载结构件形变测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：负载(4)安装在结构件(5)上使所述结构件(5)本身发生形变或应变；

S2：所述形变或应变使安装在所述传动体(1)上的第一磁场体(2)产生位移；

S3：通过所述位移进而使与所述第一磁场体(2)间隔布置的传感器(3)产生与所述形变或应变相对应变化的电信号或磁信号。

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