CN114468701B - 一种基于栓绑法的拉力可自动调节及监测的文物固定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于栓绑法的拉力可自动调节及监测的文物固定装置，包括陈列台座、尼龙线、L形卡扣、拉力调节装置和螺栓孔，拉力调节装置包括外壳、拉力传感器、数据采集仪、实时数据显示屏及操作按钮、设定数据显示屏及操作按钮、力差感应器、电机启动器、微型电机、连杆。L形卡扣粘结固定于陈列台座上方，尼龙线的一端与文物固定，另一端穿过L形卡扣与拉力调节装置相连，拉力调节装置通过螺栓与陈列台座固定连接。利用L形卡扣的卡固作用，调节文物与尼龙线间绑扎角度并改变尼龙线方向，便于调节拉力，通过拉力调节装置，实时监测尼龙线拉力变化情况，并对尼龙线自动施加指定数值的预拉力，便捷省力，同时保证了预拉力施加的准确性。

Description

一种基于栓绑法的拉力可自动调节及监测的文物固定装置

技术领域

本发明涉及文物抗震保护技术领域，具体涉及一种基于栓绑法的拉力可自动调节及监测的文物固定装置。

背景技术

馆藏文物是重要的文化遗产，历史价值极为重要。我国大量博物馆位于地震多发地区，当强烈地震发生时，博物馆内的浮放文物可能因出现滑移摇摆等运动状态进而发生倾覆或碰撞损坏，对馆藏文物采取有效的抗震固定措施进而降低其地震响应已成为馆藏文物预防性保护工作的重要研究方向。

由于馆藏文物数量庞大，基于最小干预原则并考虑布设成本，目前博物馆中大量采用的仍然是传统简便的固定措施，主要有：栓绑法、降低重心法、粘固法、磁铁法、减震法、内支法、外支法、卡固法、木楔固定法等。其中，栓绑法是将尼龙线一端绑扎文物，另一端与陈列台座固定，采用栓绑法可有效限制文物在地震作用下的摇晃，达到较好的文物抗震效果。通过对博物馆开展实地及问卷调研发现，栓绑法因操作方便、对文物展示干预较小、成本较低已成为博物馆固定馆藏文物最常见的措施之一。

但目前传统栓绑法具有明显的局限性，1)尼龙线通常固定在陈列台边缘，绑扎角度取决于所用陈列台的尺寸，无法方便的调节尼龙线与陈列台之间绑扎角度；2)研究表明对尼龙线施加合理的预拉力可显著降低文物的地震响应和尼龙线的内力变化幅度，保证固定措施的有效性，但目前布展时，尼龙线预拉力的施加主要依托经验，现有方法无法监测尼龙线实时拉力，且无法自动准确地施加指定数值的预拉力；3)尼龙线长期使用存在应力松弛的现象，尼龙线应力松弛会造成栓绑法失效，对馆藏文物产生极大的安全隐患。

基于上述问题，提出一种基于栓绑法的拉力可自动调节及监测的文物固定装置，对尼龙线拉力进行实时监测和调节，可对文物进行精准的栓绑固定，确保馆藏文物及固定措施安全有效，为博物馆实际布展设计提供有效的科学建议。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种基于栓绑法的拉力可自动调节及监测的文物固定装置，L型卡扣粘结固定于陈列台座上方，L型卡扣可更改尼龙线与文物间绑扎角度，满足各类型及尺寸文物的不同绑扎位置需求；陈列台座的顶面边缘布置有螺栓孔，螺栓孔与拉力调节装置配合使用，调整拉力调节装置位置，可更改穿过L型卡扣的尼龙线的作用方向，使尼龙线方向与陈列台座边缘平行，便于拉力调节。拉力调节装置中拉力传感器可实时监测尼龙线拉力变化情况，并与力差感应器及微型电机等组合作用使尼龙线预拉力自动达到指定数值，有效解决利用经验施加预拉力而使预拉力数值不精确的问题，更好地发挥栓绑法的优势。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种基于栓绑法的拉力可自动调节及监测的文物固定装置，包括：陈列台座、尼龙线、L形卡扣、拉力调节装置和螺栓孔；所述陈列台座的顶面边缘分布有多个带内螺纹的螺栓孔；所述L形卡扣的两个端部固定于陈列台座上方；所述拉力调节装置固定于陈列台座上方；所述尼龙线的一端与文物固定，另一端穿过L形卡扣与拉力调节装置相连；

所述拉力调节装置包括外壳、上垫板、下垫板、拉力传感器、数据采集仪、实时数据显示屏及操作按钮、设定数据显示屏及操作按钮、力差感应器、电机启动器、微型电机和连杆；拉力传感器包括承载主体、弹性体、电阻应变片、外伸杆、拉力承接杆、方洞、可活动盖板；所述实时数据显示屏及操作按钮、设定数据显示屏及操作按钮均镶嵌于外壳上，所述上垫板、下垫板均与外壳固定连接，所述拉力传感器与下垫板固定连接，所述电机启动器、微型电机与上垫板固定连接，所述外壳底面分布有带内螺纹的螺栓孔，所述拉力调节装置与陈列台座固定连接，所述电源接口及插头位于外壳上；所述拉力传感器的承载主体固定连接于下垫板，所述弹性体刚接于承载主体中部，所述电阻应变片粘贴于弹性体上部，所述外伸杆一端与承载主体焊接，一端与拉力承接杆活性连接；所述连杆的一端与微型电机的细杆端焊接，一端与拉力承接杆焊接，上述连接方式可节省空间，保证整体流程的流畅性及结构的完整性。

优选地，所述L形卡扣的两个端部平面与陈列台座之间留有3mm-5mm的缝隙；所述缝隙采用热熔胶填充。此构造措施可将L形卡扣与陈列台座牢牢固定，且便于后续改变L形卡扣的固定位置从而更改尼龙线绑扎角度。

优选地，所述拉力传感器的作用方向与外壳上实时数据显示屏及操作按钮所在的侧面平行，所述外壳沿拉力传感器作用方向的两面为空。所述拉力承接杆上部挖有方洞，且拉力承接杆表面焊接有可活动盖板，在尼龙线的端头插入拉力承接杆上部的方洞中后盖上可活动盖板，将可活动盖板的活动一侧与拉力承接杆进行固定连接。上述连接方式可充分发挥拉力传感器将物理信号转变为电信号的性能，并实现尼龙线与拉力传感器的有效固定连接。

所述电阻应变片组成全桥差动测量电路与数据采集仪连接，所述数据采集仪位于下垫板上且紧贴外壳内侧。

优选地，所述力差感应器位于外壳内侧，力差感应器的两端分别连接实时数据显示屏及操作按钮和设定数据显示屏及操作按钮。

优选地，所述微型电机细杆端细杆的直径与拉力承接杆的直径均为20mm，使得微型电机细杆与拉力承接杆实现同频转动。

优选地，所述L型卡扣高30mm，固定面长30mm，宽10mm，所述陈列台座边缘及外壳底面分布的螺栓孔直径均为10mm。

优选地，所述上垫板、下垫板通过螺栓与外壳固定连接，所述拉力传感器通过螺栓与下垫板固定连接，所述电机启动器、微型电机通过螺栓与上垫板固定连接，所述拉力调节装置通过螺栓与陈列台座固定连接，所述尼龙线一端穿过L形卡扣绕拉力承接杆顺时针缠绕数圈，将端头插入拉力承接杆的方洞中，盖上可活动盖板后，将可活动盖板的活动一侧与拉力承接杆通过小型螺栓进行固定连接。

优选地，所述电机启动器的一端与力差感应器的中部电性连接，一端与微型电机电性连接。

所述数据采集仪、实时数据显示屏及操作按钮、设定数据显示屏及操作按钮、力差感应器、电机启动器、微型电机均与电源接口及插头电性连接。

本发明的有益效果：

本发明的一种基于栓绑法的拉力可自动调节及监测的文物固定装置由于采用了以上技术方案，可实现：

1.尼龙线与文物间的绑扎角度可通过改变L型卡扣的位置进行调整，满足各类文物的不同绑扎位置需求。

2.螺栓孔布置于陈列台座的顶面边缘，结合文物位置，拉力调节装置可固定在不同的螺栓孔处，并使尼龙线方向与陈列台座边缘平行，便于拉力调节。

3.尼龙线固定于拉力传感器的拉力承接杆上，且随拉力承接杆的转动尼龙线实现绕拉力承接杆的缠绕或松脱，从而改变尼龙线实际绑扎长度，进而改变尼龙线拉力。

4.拉力调节装置中拉力传感器可对尼龙线拉力进行实时测量并在实时数据显示屏进行显示，可实现对所施加拉力的实时观察。

5.按下操作按钮设定指定拉力数值，并通过设定数据显示屏进行显示，设定数据与实时数据的差值通过力差感应器的传递启动电机启动器，促使微型电机工作，微型电机的细杆端、连杆及拉力承接杆同频转动，从而实现对尼龙线的拉力进行自动调节，使设定数据与实时数据数值保持一致，精确达到预拉力施加要求。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明的一种基于栓绑法的拉力可自动调节及监测的文物固定装置的立体结构示意图；

图2示出本发明拉力调节装置的正视图；

图3示出本发明拉力调节装置的侧视图；

图4示出本发明拉力调节装置的底面示意图；

图5示出图3的A-A剖面示意图；

图6示出本发明拉力调节装置中拉力传感器的立体结构示意图；

图7示出本发明拉力调节装置中拉力传感器的俯视图；

图8示出本发明拉力传感器的拉力承接杆的放大示意图。

图9示出本发明尼龙线与拉力承接杆连接处的局部放大示意图。

图10示出本发明L型卡扣的放大示意图。

图中各标记如下：1陈列台座，2尼龙线，3L形卡扣，4拉力调节装置，41外壳，42上垫板，43下垫板，44数据采集仪，45实时数据显示屏及操作按钮，46设定数据显示屏及操作按钮，47力差感应器，48电机启动器，49微型电机，50连杆，5螺栓孔，6拉力传感器，61承载主体，62弹性体，63电阻应变片，64外伸杆，65拉力承接杆，66方洞，67可活动盖板，68电源接口及插头。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种基于栓绑法的拉力可自动调节及监测的文物固定装置，其特征在于：包括陈列台座1、尼龙线2、L形卡扣3、拉力调节装置4和螺栓孔5；

所述陈列台座1的边缘区域均匀分布有多个带内螺纹的螺栓孔5；

所述L形卡扣3的两个端部固定于陈列台座1上方；

所述拉力调节装置4固定于陈列台座1上方；

在一个实施例中，L形卡扣3和拉力调节装置4的数量可以分别为4个，分别安装在陈列台座1的四个方向。

如图2-图7所示，所述拉力调节装置4包括外壳41、上垫板42、下垫板43、拉力传感器6、数据采集仪44、实时数据显示屏及操作按钮45、设定数据显示屏及操作按钮46、力差感应器47、电机启动器48、微型电机49、连杆50；

所述拉力传感器6包括承载主体61、弹性体62、电阻应变片63、外伸杆64、拉力承接杆65、方洞66、可活动盖板67；所述实时数据显示屏及操作按钮45、设定数据显示屏及操作按钮46均镶嵌于外壳41上，所述上垫板42、下垫板43均与外壳41采用螺栓固定连接，所述拉力传感器6与下垫板43采用螺栓固定连接，所述电机启动器48、微型电机49与上垫板42采用螺栓固定连接，所述外壳41底面分布有带内螺纹的螺栓孔5，所述拉力调节装置4与陈列台座1采用螺栓固定连接，所述电源接口及插头68位于外壳41上，且在实时数据显示屏及操作按钮45下侧。

所述拉力传感器6的作用方向与外壳41上实时数据显示屏及操作按钮45所在的侧面平行，所述外壳41沿拉力传感器6作用方向的两面为空(两面无侧壁)，所述拉力传感器6的承载主体61采用螺栓固定连接于下垫板43，所述弹性体62刚接于承载主体61中部，所述电阻应变片63粘贴于弹性体62上部，所述外伸杆64一端与承载主体61焊接，一端与拉力承接杆65活性连接。

所述电阻应变片63组成全桥差动测量电路与数据采集仪44连接，所述数据采集仪44位于下垫板43上且紧贴外壳41内侧。

所述力差感应器47位于外壳41内侧，力差感应器47的两端分别连接实时数据显示屏及操作按钮45和设定数据显示屏及操作按钮46。

所述电机启动器48一端与力差感应器47中部电性连接，一端与微型电机49电性连接，所述连杆50一端与微型电机49的细杆端焊接，一端与拉力承接杆65焊接。

如图8-图10所示，所述拉力承接杆65上部挖有方洞66，且拉力承接杆65表面焊接有可活动盖板67，在尼龙线2绕拉力承接杆65顺时针缠绕数圈后，将尼龙线2的端头插入拉力承接杆65上部的方洞66中，盖上可活动盖板67，将可活动盖板67的活动一侧与拉力承接杆65通过螺栓进行固定连接。

所述L形卡扣3的两个端部平面与陈列台座1之间留有3mm-5mm的缝隙，所述缝隙采用热熔胶填充。

所述微型电机49细杆端的细杆直径与拉力承接杆65直径均为20mm。

所述L型卡扣3高30mm，固定面长30mm，宽10mm，所述陈列台座1边缘及外壳41底面分布的螺栓孔5直径均为10mm。

所述数据采集仪44、实时数据显示屏及操作按钮45、设定数据显示屏及操作按钮46、力差感应器47、电机启动器48、微型电机49均与电源接口及插头68电性连接。

整体来看，本发明为一种基于栓绑法的拉力可自动调节及监测的文物固定装置，其作用机理为：在对文物进行固定及对尼龙线2施加预拉力时，首先将尼龙线2一端与文物栓绑固定，另一端穿过L形卡扣3，然后绕拉力承接杆65顺时针缠绕数圈，最终将此端头固定在拉力承接杆65的方洞66中，盖上可活动盖板67，将可活动盖板67活动一侧与拉力承接杆65通过螺栓固定。在尼龙线2固定于拉力承接杆65后，产生初始拉力，拉力传感器6的弹性体62在拉力作用下沿拉力作用方向产生变形，使电阻应变片63的阻值发生改变，全桥差动测量电路将电阻变化信号转化为电信号传递到数据采集仪44，电信号经数据采集仪44的转换，将力值结果在实时数据显示屏及操作按钮45上进行显示。将设定数据输入到设定数据显示屏及操作按钮46上，力差传感器47感应到实时数据与设定数据的差值后自行启动，并通过电路将电信号传递到电机启动器48，电机启动器48启动，并将电信号通过电路传递给微型电机49，微型电机49启动，微型电机49细杆端开始转动，当力值实时数据小于设定数据时，微型电机49细杆端顺时针转动，当力值实时数据大于设定数据时，微型电机49细杆端逆时针转动，连杆50两端因分别与微型电机49细杆端及拉力承接杆65焊接，故微型电机49细杆端转动带动连杆50及拉力承接杆65同步转动，实现尼龙线2绕拉力承接杆65缠绕或松脱，使得尼龙线2实际绑扎长度发生改变，进而使尼龙线2实时拉力发生改变，当实时拉力数值与设定拉力数值保持一致时，力差感应器47信号中断，微型电机49停止工作，从而实现将尼龙线2的预拉力自动准确地变化为指定拉力。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种基于栓绑法的拉力可自动调节及监测的文物固定装置，其特征在于，包括：陈列台座、尼龙线、L形卡扣、拉力调节装置和螺栓孔；所述陈列台座的顶面边缘分布有多个带内螺纹的螺栓孔；所述L形卡扣的两个端部固定于陈列台座上方；所述拉力调节装置固定于陈列台座上方；所述尼龙线的一端与文物固定，另一端穿过L形卡扣与拉力调节装置相连；

所述拉力调节装置包括外壳、上垫板、下垫板、拉力传感器、数据采集仪、实时数据显示屏及操作按钮、设定数据显示屏及操作按钮、力差感应器、电机启动器、微型电机和连杆；拉力传感器包括承载主体、弹性体、电阻应变片、外伸杆、拉力承接杆、方洞、可活动盖板；所述实时数据显示屏及操作按钮、设定数据显示屏及操作按钮均镶嵌于外壳上，所述上垫板、下垫板均与外壳固定连接，所述拉力传感器与下垫板固定连接，所述电机启动器、微型电机与上垫板固定连接，所述外壳底面分布有带内螺纹的螺栓孔，所述拉力调节装置与陈列台座固定连接，电源接口及插头位于外壳上；所述拉力传感器的承载主体固定连接于下垫板，所述弹性体刚接于承载主体中部，所述电阻应变片粘贴于弹性体上部，所述外伸杆一端与承载主体焊接，一端与拉力承接杆活性连接；所述连杆的一端与微型电机的细杆端焊接，一端与拉力承接杆焊接；

所述L形卡扣的两个端部平面与陈列台座之间留有3mm-5mm的缝隙；所述缝隙采用热熔胶填充；

所述拉力传感器的作用方向与外壳上实时数据显示屏及操作按钮所在的侧面平行，所述外壳沿拉力传感器作用方向的两面为空；所述拉力承接杆上部挖有方洞，且拉力承接杆表面焊接有可活动盖板，在尼龙线的端头插入拉力承接杆上部的方洞中后，盖上可活动盖板，将可活动盖板的活动一侧与拉力承接杆进行固定连接；

所述电阻应变片组成全桥差动测量电路与数据采集仪连接，所述数据采集仪位于下垫板上且紧贴外壳内侧；

所述力差感应器位于外壳内侧，力差感应器的两端分别连接实时数据显示屏及操作按钮和设定数据显示屏及操作按钮；

在尼龙线固定于拉力承接杆后，产生初始拉力，拉力传感器的弹性体在拉力作用下沿拉力作用方向产生变形，使电阻应变片的阻值发生改变，全桥差动测量电路将电阻变化信号转化为电信号传递到数据采集仪，电信号经数据采集仪的转换，将力值结果在实时数据显示屏及操作按钮上进行显示；将设定数据输入到设定数据显示屏及操作按钮上，力差传感器感应到实时数据与设定数据的差值后自行启动，并通过电路将电信号传递到电机启动器，电机启动器启动，并将电信号通过电路传递给微型电机，微型电机启动，微型电机细杆端开始转动，当力值实时数据小于设定数据时，微型电机细杆端顺时针转动，当力值实时数据大于设定数据时，微型电机细杆端逆时针转动，连杆两端因分别与微型电机细杆端及拉力承接杆焊接，故微型电机细杆端转动带动连杆及拉力承接杆同步转动，实现尼龙线绕拉力承接杆缠绕或松脱，使得尼龙线实际绑扎长度发生改变，进而使尼龙线实时拉力发生改变，当实时拉力数值与设定拉力数值保持一致时，力差感应器信号中断，微型电机停止工作，从而实现将尼龙线的预拉力自动准确地变化为指定拉力。

2.如权利要求1所述的基于栓绑法的拉力可自动调节及监测的文物固定装置，其特征在于：所述微型电机细杆端细杆的直径与拉力承接杆的直径均为20mm；所述L形卡扣高30mm，固定面长30mm，宽10mm，所述陈列台座边缘及外壳底面分布的螺栓孔直径均为10mm。

3.如权利要求1所述的基于栓绑法的拉力可自动调节及监测的文物固定装置，其特征在于：所述上垫板、下垫板通过螺栓与外壳固定连接，所述拉力传感器通过螺栓与下垫板固定连接，所述电机启动器、微型电机通过螺栓与上垫板固定连接，所述拉力调节装置通过螺栓与陈列台座固定连接，所述尼龙线一端穿过L形卡扣绕拉力承接杆顺时针缠绕数圈，将端头插入拉力承接杆的方洞中并盖上可活动盖板后，将可活动盖板的活动一侧与拉力承接杆通过小型螺栓进行固定连接。

4.如权利要求1所述的基于栓绑法的拉力可自动调节及监测的文物固定装置，其特征在于：所述电机启动器的一端与力差感应器的中部电性连接，一端与微型电机电性连接。

5.如权利要求1所述的基于栓绑法的拉力可自动调节及监测的文物固定装置，其特征在于：所述数据采集仪、实时数据显示屏及操作按钮、设定数据显示屏及操作按钮、力差感应器、电机启动器、微型电机均与电源接口及插头电性连接。