CN114705143A - 一种应变监测装置及其监测方法 - Google Patents

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梁晓东
张敏
邓龙飞
王洪玉
王佳龙
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何亨武
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Abstract

本发明提供了一种应变监测装置，包括气压应变构件和气压感应件；所述气压应变构件包括弹性件、活塞体和缸筒，所述缸筒包括连通的第一筒体和第二筒体，所述第一筒体的内径大于第二筒体，二者间形成台阶；所述活塞体的第一端可移动设置在第一筒体内，且与第一筒体的筒壁紧贴，而第二端位于第一筒体外；所述活塞体的第一端与台阶间设有间隙；所述弹性件套设在活塞体上，其一端与活塞体的第二端连接，而另一端与第一筒体连接；所述气压感应件设置在第二筒体内。本发明还提供了一种应变监测装置的监测方法，用于自动监测被测结构物的应变值。

Description

一种应变监测装置及其监测方法
技术领域
本发明涉及应变监测技术领域，具体涉及一种应变监测装置及其监测方法。
背景技术
目前，在监测结构物内部的应力变化情况时，常采用振弦式应变计。其工作原理是：当被测结构物内部的应力发生变化时，振弦式应变计同步发生变形，变形通过前、后端基座传递给振弦转变成钢弦拉力的变化，从而改变钢弦的振动频率；通过电磁线圈测量钢弦的振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构物内部的应变量。
上述振弦式应变计虽然能够监测结构物内部的应力变化情况，但是存在以下缺陷：
1)监测结果易受外界环境振动的影响，导致测量结果精度低，且不稳定；
2)振弦式应变计采用的钢弦比较细，使得钢弦制作工艺要求高，而且后期容易断裂，造成设备损坏；
3)振弦式应变计自动化监测一般需要现场布线，工作繁琐，系统集成难度大，后期设备运维困难。
发明内容
本发明第一目的在于提供一种应变监测装置，具体技术方案如下：
一种应变监测装置，包括气压应变构件和气压感应件；
所述气压应变构件包括弹性件、活塞体和缸筒，所述缸筒包括连通的第一筒体和第二筒体，所述第一筒体的内径大于第二筒体，二者间形成台阶；所述活塞体的两端分别为第一端和第二端，其第一端可移动设置在第一筒体内，且与第一筒体的筒壁紧贴，而第二端位于第一筒体外；所述活塞体的第一端与台阶间设有间隙；活塞体的长度大于第一筒体的长度，活塞体的外径大于等于第一筒体的内径；所述弹性件套设在活塞体上，其一端与活塞体的第二端连接，而另一端与第一筒体连接；
所述气压感应件设置在第二筒体内；在所述第二筒体远离第一筒体的一端端部设有可拆卸的密封件。
在第一种实施方案中，所述应变监测装置，还包括第一基座和第二基座，所述第一基座和第二基座分别设置在被测结构物的外表面上；所述气压应变构件设置在第一基座和第二基座之间；所述活塞体与第一基座连接，所述第二筒体与第二基座连接。
在第二种实施方案中，所述应变监测装置，还包括套筒和设置在套筒两端的第一封闭件和第二封闭件，所述套筒设置在被测结构物的内部，且与被测结构物的线膨胀系数相同；所述气压应变构件设置在套筒内；所述活塞体与套筒一端的第一封闭件连接，所述第二筒体与套筒另一端的第二封闭件连接。
在上述两种实施方案中，所述弹性件包括弹簧。
在上述两种实施方案中，所述密封件包括橡胶塞。
在上述两种实施方案中，所述所述气压感应件为气压感应探头。
本发明第二目的在于提供一种应变监测装置的监测方法，具体技术方案如下：
一种采用如第一种实施方案所述的应变监测装置的监测方法，包括以下步骤：
步骤A1、调整所述气压应变构件达到缸筒内外气压平衡状态
首先，拆下密封件，将活塞体的第一端伸入到第一筒体内并与台阶接触，用于排出第一筒体内的空气，且使弹性件处于压缩状态；其次，将密封件安装在第二筒体的端部，所述活塞体在弹性件的回弹力作用下远离台阶直至达到缸筒内外气压平衡状态，此时，活塞体的第一端与台阶间形成间隙；
步骤A2、监测被测结构物外表面的应变情况
首先，将经步骤A1调整后的所述气压应变构件安装在第一基座和第二基座之间；其次，将第一基座和第二基座分别设置在被测结构物的外表面上；最后，通过气压应变构件实时响应由被测结构物应变对缸筒内产生的气体体积变化，所述气压感应件实时将气体体积变化对应的气压数据传输到终端监控设备上，通过解算得到被测结构物的应变值。
一种采用如第二种实施方案所述的应变监测装置的监测方法，包括以下步骤：
步骤B1、调整所述气压应变构件达到缸筒内外气压平衡状态
首先，拆下密封件，将活塞体的第一端伸入到第一筒体内并与台阶接触，用于排出第一筒体内的空气，且使弹性件处于压缩状态；其次，将密封件安装在第二筒体的端部，所述活塞体在弹性件的回弹力作用下远离台阶直至达到缸筒内外气压平衡状态，此时，活塞体的第一端与台阶间形成间隙；
步骤B2、监测被测结构物外表面的应变情况
首先，将经步骤B1调整后的所述气压应变构件安装在套筒内，且套筒的两端分别通过第一封闭件和第二封闭件封闭连接，组装成内埋式应变监测装置；其次，将内埋式应变监测装置设置在被测结构物的内部；最后，通过气压应变构件实时响应由被测结构物应变对缸筒内产生的气体体积变化，所述气压感应件实时将气体体积变化对应的气压数据传输到终端监控设备上，通过解算得到被测结构物的应变值。
应用本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：
(1)本发明中所述应变监测装置包括气压应变构件和气压感应件，通过气压应变构件实时响应由被测结构物应变对缸筒内产生的气体体积变化，所述气压感应件实时将气体体积变化对应的气压数据传输到终端监控设备上，通过解算得到被测结构物的应变值。因此，本发明能够减少外界环境振动对应变计数据测量的干扰，提高测量精度，可适用于多种结构的应变监测。此外，本发明结构简单、制作方便、成本低且实用性强。
(2)本发明在气压应变构件中采用第一筒体的内径大于第二筒体，且活塞体可移动设置在第一筒体内，气压感应件设置在第二筒体内，便于在活塞体响应由被测结构物应变而移动时，其对缸筒内产生的气体体积变化能够在内径较小的第二筒体内放大，提高气压感应件对气压数据的测量精度，进而提高对被测结构物应变值的测量精度。
(3)本发明所述应变监测装置的监测方法能够自动监测被测结构物的应变值，避免了采用振弦式应变计现场系统集成安装布线的繁琐工作，同时也方便后期设备的运维工作。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明中实施例1-2中的气压应变构件和气压感应件组合的结构示意图；
图2是实施例1中的一种外用式应变监测装置的结构示意图；
图3是实施例2中的一种内埋式应变监测装置的结构示意图；
其中，1、气压感应件，2、弹性件，3、活塞体，4、缸筒，4.1、第一筒体，4.2、第二筒体，5、第一基座，6、第二基座，7、套筒。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
参见图1-2，一种应变监测装置，包括气压应变构件和气压感应件1；
所述气压应变构件包括弹性件2、活塞体3(具体为橡胶材质)和缸筒4，所述缸筒4包括连通的第一筒体4.1和第二筒体4.2，所述第一筒体4.1的内径大于第二筒体4.2，二者间形成台阶；所述活塞体3的两端分别为第一端和第二端，其第一端可移动设置在第一筒体4.1内，且与第一筒体4.1的筒壁紧贴，实现密封效果，而第二端位于第一筒体4.1外；所述活塞体3的第一端与台阶间设有间隙；活塞体3的长度大于第一筒体4.1的长度，活塞体3的外径为第一筒体4.1的内径的1.05倍，便于实现活塞体3与第一筒体4.1间密封；所述弹性件2套设在活塞体3上，其一端与活塞体3的第二端连接，而另一端与第一筒体4.1连接；
所述气压感应件1设置在第二筒体4.2内；在所述第二筒体4.2远离第一筒体4.1的一端端部设有可拆卸的密封件。
所述应变监测装置，还包括第一基座5和第二基座6，所述第一基座5和第二基座6分别设置在被测结构物(具体为混凝土)的外表面上；所述气压应变构件设置在第一基座5和第二基座6之间；所述活塞体3与第一基座5连接，所述第二筒体4.2与第二基座6连接。
所述弹性件2为弹簧。
所述密封件为橡胶塞。
所述所述气压感应件1为气压感应探头。
一种采用所述的应变监测装置的监测方法，包括以下步骤：
步骤A1、调整所述气压应变构件达到缸筒4内外气压平衡状态
首先，拆下密封件，将活塞体3的第一端伸入到第一筒体4.1内并与台阶接触，用于排出第一筒体4.1内的空气，且使弹性件2处于压缩状态；其次，将密封件安装在第二筒体4.2的端部，所述活塞体3在弹性件2的回弹力作用下远离台阶直至达到缸筒4内外气压平衡状态，此时，活塞体3的第一端与台阶间形成间隙；
步骤A2、监测被测结构物外表面的应变情况
首先，将经步骤A1调整后的所述气压应变构件安装在第一基座5和第二基座6之间，组装成外用式应变监测装置；其次，将第一基座5和第二基座6分别设置在被测结构物的外表面上；最后，通过气压应变构件实时响应由被测结构物应变对缸筒4内产生的气体体积变化，所述气压感应件1实时将气体体积变化对应的气压数据传输到终端监控设备上，通过解算得到被测结构物的应变值。
实施例2：
参见图1和图3，一种应变监测装置，包括气压应变构件和气压感应件1；
所述气压应变构件包括弹性件2、活塞体3(具体为橡胶材质)和缸筒4，所述缸筒4包括连通的第一筒体4.1和第二筒体4.2，所述第一筒体4.1的内径大于第二筒体4.2，二者间形成台阶；所述活塞体3的两端分别为第一端和第二端，其第一端可移动设置在第一筒体4.1内，且与第一筒体4.1的筒壁紧贴，实现密封效果，而第二端位于第一筒体4.1外；所述活塞体3的第一端与台阶间设有间隙；活塞体3的长度大于第一筒体4.1的长度，便于在调整缸筒4内外气压平衡状态时，排空第一筒体4.1内的气体；活塞体3的外径等于第一筒体4.1的内径，便于实现活塞体3与第一筒体4.1间密封；所述弹性件2套设在活塞体3上，其一端与活塞体3的第二端连接，而另一端与第一筒体4.1连接；
所述气压感应件1设置在第二筒体4.2内；在所述第二筒体4.2远离第一筒体4.1的一端端部设有可拆卸的密封件。
所述应变监测装置，还包括套筒7和设置在套筒7两端的第一封闭件(具体为橡胶塞)和第二封闭件(具体为橡胶塞)，所述套筒7设置在被测结构物(具体为混凝土)的内部，且与被测结构物的线膨胀系数相同；所述气压应变构件设置在套筒7内；所述活塞体3与套筒7一端的第一封闭件连接，所述第二筒体4.2与套筒7另一端的第二封闭件连接。
所述弹性件2为弹簧。
所述密封件为橡胶塞。
所述所述气压感应件1为气压感应探头。
一种采用所述的应变监测装置的监测方法，包括以下步骤：
步骤B1、调整所述气压应变构件达到缸筒4内外气压平衡状态
首先，拆下密封件，将活塞体3的第一端伸入到第一筒体4.1内并与台阶接触，用于排出第一筒体4.1内的空气，且使弹性件2处于压缩状态；其次，将密封件安装在第二筒体4.2的端部，所述活塞体3在弹性件2的回弹力作用下远离台阶直至达到缸筒4内外气压平衡状态，此时，活塞体3的第一端与台阶间形成间隙；
步骤B2、监测被测结构物外表面的应变情况
首先，将经步骤B1调整后的所述气压应变构件安装在套筒7内，且套筒7的两端分别通过第一封闭件和第二封闭件封闭连接，组装成内埋式应变监测装置；其次，将内埋式应变监测装置设置在被测结构物的内部；最后，通过气压应变构件实时响应由被测结构物应变对缸筒4内产生的气体体积变化，所述气压感应件1实时将气体体积变化对应的气压数据传输到终端监控设备上，通过解算得到被测结构物的应变值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应变监测装置，其特征在于，包括气压应变构件和气压感应件(1)；
所述气压应变构件包括弹性件(2)、活塞体(3)和缸筒(4)，所述缸筒(4)包括连通的第一筒体(4.1)和第二筒体(4.2)，所述第一筒体(4.1)的内径大于第二筒体(4.2)，二者间形成台阶；所述活塞体(3)的两端分别为第一端和第二端，其第一端可移动设置在第一筒体(4.1)内，且与第一筒体(4.1)的筒壁紧贴，而第二端位于第一筒体(4.1)外；所述活塞体(3)的第一端与台阶间设有间隙；活塞体(3)的长度大于第一筒体(4.1)的长度，活塞体(3)的外径大于等于第一筒体(4.1)的内径；所述弹性件(2)套设在活塞体(3)上，其一端与活塞体(3)的第二端连接，而另一端与第一筒体(4.1)连接；
所述气压感应件(1)设置在第二筒体(4.2)内；在所述第二筒体(4.2)远离第一筒体(4.1)的一端端部设有可拆卸的密封件。
2.根据权利要求1所述的应变监测装置，其特征在于，还包括第一基座(5)和第二基座(6)，所述第一基座(5)和第二基座(6)分别设置在被测结构物的外表面上；所述气压应变构件设置在第一基座(5)和第二基座(6)之间；所述活塞体(3)与第一基座(5)连接，所述第二筒体(4.2)与第二基座(6)连接。
3.根据权利要求1所述的应变监测装置，其特征在于，还包括套筒(7)和设置在套筒(7)两端的第一封闭件和第二封闭件，所述套筒(7)设置在被测结构物的内部，且与被测结构物的线膨胀系数相同；所述气压应变构件设置在套筒(7)内；所述活塞体(3)与套筒(7)一端的第一封闭件连接，所述第二筒体(4.2)与套筒(7)另一端的第二封闭件连接。
4.根据权利要求2或3所述的应变监测装置，其特征在于，所述弹性件(2)包括弹簧。
5.根据权利要求2或3所述的应变监测装置，其特征在于，所述密封件包括橡胶塞。
6.根据权利要求2或3所述的应变监测装置，其特征在于，所述所述气压感应件(1)为气压感应探头。
7.一种采用如权利要求2所述的应变监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A1、调整所述气压应变构件达到缸筒(4)内外气压平衡状态
首先，拆下密封件，将活塞体(3)的第一端伸入到第一筒体(4.1)内并与台阶接触，用于排出第一筒体(4.1)内的空气，且使弹性件(2)处于压缩状态；其次，将密封件安装在第二筒体(4.2)的端部，所述活塞体(3)在弹性件(2)的回弹力作用下远离台阶直至达到缸筒(4)内外气压平衡状态，此时，活塞体(3)的第一端与台阶间形成间隙；
步骤A2、监测被测结构物外表面的应变情况
首先，将经步骤A1调整后的所述气压应变构件安装在第一基座(5)和第二基座(6)之间；其次，将第一基座(5)和第二基座(6)分别设置在被测结构物的外表面上；最后，通过气压应变构件实时响应由被测结构物应变对缸筒(4)内产生的气体体积变化，所述气压感应件(1)实时将气体体积变化对应的气压数据传输到终端监控设备上，通过解算得到被测结构物的应变值。
8.一种采用如权利要求3所述的应变监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤B1、调整所述气压应变构件达到缸筒(4)内外气压平衡状态
首先，拆下密封件，将活塞体(3)的第一端伸入到第一筒体(4.1)内并与台阶接触，用于排出第一筒体(4.1)内的空气，且使弹性件(2)处于压缩状态；其次，将密封件安装在第二筒体(4.2)的端部，所述活塞体(3)在弹性件(2)的回弹力作用下远离台阶直至达到缸筒(4)内外气压平衡状态，此时，活塞体(3)的第一端与台阶间形成间隙；
步骤B2、监测被测结构物外表面的应变情况
首先，将经步骤B1调整后的所述气压应变构件安装在套筒(7)内，且套筒(7)的两端分别通过第一封闭件和第二封闭件封闭连接，组装成内埋式应变监测装置；其次，将内埋式应变监测装置设置在被测结构物的内部；最后，通过气压应变构件实时响应由被测结构物应变对缸筒(4)内产生的气体体积变化，所述气压感应件(1)实时将气体体积变化对应的气压数据传输到终端监控设备上，通过解算得到被测结构物的应变值。
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