CN1587892A - 平面应变测量传感器 - Google Patents

Abstract

一种平面应变测量传感器，在多向支柱的上表面轴向至少加工有2个螺孔或定位槽孔、侧面径向同一平面内加工有与上表面轴向螺孔或定位槽孔相对应且相联通的径向孔，至少两根连杆的一端分别设置在多向支柱的径向孔内、另一端分别与同一平面内不同方向的传感器相联接。本发明经实验室测试并经桥梁荷载试验，证明本发明具有设计合理、灵敏度高、易于标定、线性误差小、抗干扰能力强、抗湿能力强、稳定性好、标距可变、适用范围广等优点，本发明与静态应变仪或动态应变仪连接后，可检测公路桥梁、铁路桥梁等各种建筑物构件同一平面内不同方向的应变，也可检测金属构件同一平面内不同方向的应变。

Description

平面应变测量传感器

技术领域

本发明属于测量相对位移的设备技术领域，具体涉及到平面应变测量传感器。

背景技术

在桥梁和各种建筑结构物工程质量检测、服役寿命评估、病害原因分析、新的结构型式试验研究中，应变通常是需要观测的主要物理量之一。目前测量建筑物应变所采用的方法主要有两种。一种是应变片，使用时将应变片直接粘贴在结构物被检测部位。贴片、焊线、封片等工作常常在几米乃至几十米的高空进行，难度比较大，质量很难保证，效率相当低，而且测量值受环境温度和环境湿度影响很大，经常有些点的测量值漂移很大，测量数据可信度低。另外一种是弓形应变计，该应变计的主要结构是在一片体积比较大而厚的弓形弹簧片上粘接有应变片，弓形弹簧片需要特制的金属模具压制制成，加工复杂，生产成本高，弓形弹簧片的刚度大，对感应构件表面的应变有影响，所标定的数据不精确，稳定性差。特别是这种应变计两端都粘贴在支座上，拆卸时不可能同时取下两端支座，从而导致应变计敏感部位受力很大，应变计容易受损，导致修正系数变化，使得测量结果误差较大。

专利号为200320109969.X、发明名称为《双悬臂混凝土结构应变测量计》的中国专利，采用连杆的一端与应变传感器相联接、另一端与支座相联接。这种结构的应变测量计，经过实验室和桥梁建筑屋的现场测试，双悬臂混凝土结构应变测量计与应变片相比，证明它具有灵敏度高、易于标定、线性误差小、长期稳定性好、标距可变、生产成本低、适用范围广、抗湿能力强、输出信号稳定、使用方便等优点，但这种应变测量计，只能测量结构物表面一个方向的应变，对同一平面内的不同方向的应变，无法测试。另外，这种双悬臂混凝土结构应变测量计，在传感器内没有设置隔热层，在测试过程中，因温度变化，传感器内设置的弹簧片因温度变化而发生变形，弹簧片是直接感受被测构件在荷载下的变形，在弹簧片上设置有的应变片感受弹簧片的变形输出应变信号，对所测的应变数据影响较大。因此，对建筑结构物同一平面内不同方向应变传感器的研制，是建筑物应变测试技术领域需解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述混凝土应变测量计的缺点，提供一种设计合理、灵敏度高、易于标定、同型号输出灵敏度相同、线性误差小、抗干扰能力强、稳定性好、标距可变、适用范围广的平面应变测量传感器。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：连杆的一端与支柱联接、另一端与传感器联接。本发明的支柱为多向支柱，在多向支柱的上表面轴向至少加工有2个螺孔或定位槽孔、侧面径向同一平面内加工有与上表面轴向螺孔或定位槽孔相对应且相联通的径向孔，至少两根连杆的一端分别设置在多向支柱的径向孔内、另一端分别与同一平面内不同方向的传感器相联接。本发明的传感器为：在壳体内的上端设置安装有输出插头的上端盖、下端设置有下端盖，在壳体内设置有左弹簧片和右弹簧片，左弹簧片与右弹簧片之间上设置有上垫块、下设置有下垫块，左弹簧片和右弹簧片的上部设置在上端盖下的固定端夹块内，在左弹簧片和右弹簧片的外侧面或内侧面上设置有通过导线与输出插头相连接的4片或8片应变片，在左弹簧片和右弹簧片的上还设置有与连杆相联接的辅助连杆，在壳体内还设置有壳体隔热层和下端盖隔热层以及电位器，电位器通过导线与应变片相连接。

本发明的多向支柱上表面的至少加工有2个与径向孔相联通的螺孔或定位槽孔，最佳在多向支柱的上表面轴向正向或反向依次加工有a、b、c、d、e、f六个螺孔或定位槽孔，a、b、c、d、e、f六个螺孔或定位槽孔分别与多向支柱的侧面径向同一平面内相对应的a′、b′、c′、d′、e′、f′六个孔相联通。

本发明的在多向支柱的上表面轴向正向或反向依次加工的a、b、c、d、e、f六个螺孔或定位槽孔，a螺孔或定位槽孔与b螺孔或定位槽孔、b螺孔或定位槽孔与c螺孔或定位槽孔、c螺孔或定位槽孔与d螺孔或定位槽孔之间的圆心角为45°，d螺孔或定位槽孔与e螺孔或定位槽孔之间的圆心角为105°，e螺孔或定位槽孔与f螺孔或定位槽孔之间的圆心角为60°，f螺孔或定位槽孔与a螺孔或定位槽孔之间的圆心角为60°，在多向支柱的侧面径向正向同一平面内加工的a′、b′、c′、d′、e′、f′六个孔，a′孔与a螺孔或定位槽孔相联通、b′孔与b螺孔或定位槽孔相联通、c′孔与c螺孔或定位槽孔相联通、d′孔与d螺孔或定位槽孔相联通、e′孔与e螺孔或定位槽孔相联通、f′孔与f螺孔或定位槽孔相联通。

本发明的设置在左弹簧片和右弹簧片上的4片应变片为：在左弹簧片的外侧面上设置2片应变片或在内侧面上设置2片应变片或在外侧面和内侧面上各设置1片应变片，在右弹簧片的外侧面上设置2片应变片或在内侧面上设置2片应变片或在外侧面和内侧面上各设置1片应变片，左弹簧片上的2片应变片和右弹簧片上的2片应变片连接成桥式电路，电位器与应变片连成的桥式电路相连接。本发明的设置在左弹簧片和右弹簧片上的8片应变片为：在左弹簧片的外侧面上设置4片应变片或在内侧面上设置4片应变片或在外侧面和内侧面上各设置2片应变片，在右弹簧片的外侧面上设置4片应变片或在内侧面上设置4片应变片或在外侧面和内侧面上各设置2片应变片，左弹簧片上的4片应变片和右弹簧片上的4片应变片每2片串联后连接成桥式电路，电位器与应变片连成的桥式电路相连接。

本发明的设置在左弹簧片和右弹簧片上的4片应变片也可以为：在左弹簧片的外侧面设置4片应变片或在内侧面设置4片应变片连接成桥式电路，电位器与应变片连成的桥式电路相连接。本发明的设置在左弹簧片和右弹簧片上的4片应变片还可以为：在右弹簧片的外侧面设置4片应变片或在内侧面设置4片应变片连接成桥式电路，电位器与应变片连成的桥式电路相连接。

本发明与现有的混凝土应变测量计相比，采用了多向支柱，传感器通过连杆与多向支柱联接，在被测构件的同平面内不同方向与多向支柱至少联接2根连杆，在每根连杆的另一端联接1个传感器，使得本发明能测出构件同一平面内不同方向的应变。在传感器内增加设置了隔热层和电位器，提高了传感器的输出稳定性，使得同批传感器的输出灵敏度相同。本发明经实验室测试并经桥梁荷载试验，证明本发明具有设计合理、灵敏度高、易于标定、线性误差小、抗干扰能力强、抗湿能力强、稳定性好、标距可变、适用范围广等优点，本发明与静态应变仪或动态应变仪连接后，可检测公路桥梁、铁路桥梁等各种建筑物构件同一平面内不同方向的应变，也可检测金属构件同一平面内不同方向的应变。

附图说明

图1是发明实施例1的结构示意图。

图2是图1中多向支柱3的主视图。

图3是图2的俯视图。

图4是图2的A-A剖视图。

图5是图1中传感器1的结构示意图。

图6是图5中应变片的电子线路原理图。

图7是本发明实施例2的结构示意图。

图8是本发明实施例3的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

图1给出了本发明45°直角型平面应变测量传感器实施例的结构示意图。在图1～6中，本发明的平面应变测量传感器是由传感器1、连杆2、多向支柱3、限定螺钉4联接构成。

本实施例的多向支柱3的形状为圆柱体，在多向支柱3的中心加工有中心孔，在多向支柱3的上表面轴向正向依次加工有a、b、c、d、e、f六个螺孔，也可加工成定位槽孔，a螺孔与b螺孔、b螺孔与c螺孔、c螺孔与d螺孔之间的圆心角为45°，d螺孔与e螺孔之间的圆心角为105°，e螺孔与f螺孔之间的圆心角为60°，f螺孔与a螺孔之间的圆心角为60°，在多向支柱3的侧面径向正向同一平面内加工有a′、b′、c′、d′、e′、f′六个孔，a′孔与a螺孔相联通、b′孔与b螺孔相联通、c′孔与c螺孔相联通、d′孔与d螺孔相联通、e′孔与e螺孔相联通、f′孔与f螺孔相联通，a′、b′、c′、d′、e′、f′六个孔用于安装连杆2，a、b、c、d、e、f六个螺孔用于安装限定螺钉4，将六根连杆2分别固定在a′、b′、c′、d′、e′、f′六个孔内，限定螺钉4将连杆2固定在径向孔内。如在多向支柱3上表面轴向加土成定位槽孔，可用联接件键或销将连杆2固定在径向孔内。a、b、c、d、e、f六个螺孔也可按反时针排列其相互之间的夹角与正时针排列相同，a′、b′、c′、d′、e′、f′六个孔的排列与a、b、c、d、e、f六个螺孔反时针对应排列。

本实施例在多向支柱3侧面径向正向同一平面内的a′、b′、c′孔内分别用限定螺钉4固定安装有三根连杆2，在每根连杆2的另一端联接有一个传感器1，构成45°直角型平面应变测量传感器，每一个传感器1通过电缆与应变仪相连接。

在图5、6中，本实施例的传感器1是由壳体1-1、上端盖1-2、左弹簧片1-3、输出插头1-4、上垫块1-5、右上应变片1-6、固定端夹块1-7、右弹簧片1-8、右下应变片1-9、辅助连杆1-10、下垫块1-11、下端盖1-12、电位器1-13、下端盖隔热层1-14、螺母1-15、壳体隔热层1-16、左下应变片1-17、左上应变片1-18联接构成。

在壳体1-1内的上端安装有上端盖1-2、下端安装有下端盖1-12，在壳体1内的对称中心线的左侧安装有左弹簧片1-3、右侧安装有右弹簧片1-8，左弹簧片1-3和右弹簧片1-8用于感受被测构件的相对位移，而产生形变，左弹簧片1-3与右弹簧片1-8之间上安装有上垫块1-5、下安装有下垫块1-11，左弹簧片1-3和右弹簧片1-8的上部插入并固定在固定端夹块1-7内，固定端夹块1-7安装在上端盖1-2下方，左弹簧片1-3和右弹簧片1-8的厚度为0.6mm，左弹簧片1-3和右弹簧片1-8的长度为60mm，左弹簧片1-3与右弹簧片1-8之间的距离为5mm。通过改变左弹簧片1-3和右弹簧片1-8的厚度或左弹簧片1-3和右弹簧片1-8的长度，很容易地调整本发明的输出灵敏度和应变测量范围，可制造出各种不同输出灵敏度的传感器1。在左弹簧片1-3的外侧面上粘接有左上应变片1-18、下粘接有左下应变片1-17，在右弹簧片1-8的外侧面上粘接有右上应变片1-6、下粘接有右下应变片1-9。在壳体1-1内的侧面粘接有壳体隔热层1-16，在下端盖1-12上粘接有下端盖隔热层1-14，下端盖隔热层1-14和壳体隔热层1-16用于外界大气温度发生变化时，不会引起左上应变片1-18、左下应变片1-17、右上应变片1-6、右下应变片1-9发生变形而影响测量精度。在壳体1-1内下端盖1-12上安装有电位器1-13，左上应变片1-18、左下应变片1-17、右上应变片1-6、右下应变片1-9连接成桥式电路，桥式电路的A、B、C、D端将通过输出插头1-4接应变仪的A、B、C、D端。在标定传感器的输出灵敏度时，通过调整电位器1-13的电阻变化，可改变本发明输出灵敏度的大小，从而保证同型号传感器的输出灵敏度相同。在壳体1-1内左弹簧片1-3和右弹簧片1-8的下部通过螺纹联接安装有辅助连杆1-10，辅助连杆1-10的左端用螺母1-14固定在左弹簧片1-3和右弹簧片1-8的下部，辅助连杆1-10的右端伸出壳体1-1的右侧面外，在辅助连杆1-10的右端加工有螺孔，螺孔用于与连杆2的端部通过螺纹联接。在测量构件的应变时，将下端盖1-12和多向支柱3的用胶粘接在被测混凝土构件表面。当构件表面产生拉伸或压缩变形时，传感器1与多向支柱3之间发生相对位移，通过连杆2使左弹簧片1-3和右弹簧片1-8发生变形，粘接在左弹簧片1-3和右弹簧片1-8外侧的左上应变片1-18、左下应变片1-17、右上应变片1-6、右下应变片1-9感受左弹簧片1-3和右弹簧片1-8变形大小，经输出插头1-4输出到应变仪，通过标定系数，可测出构件被测部位的应变值。

本实施例45°直角型平面应变测量传感器，适用于在被测构件主应变方位大致清楚的情况下，可测出构件被测部位的应变值，其测点的主应力由下式进行计算：

${\mathrm{\σ}}_1=\left(\frac{E}{1-\mathrm{\μ}}\right)A+\left(\frac{E}{1+\mathrm{\μ}}\right)\sqrt{B^2+C^2}$

${\mathrm{\σ}}_2=\left(\frac{E}{1-\mathrm{\μ}}\right)A-\left(\frac{E}{1+\mathrm{\μ}}\right)\sqrt{B^2+C^2}$

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{MAX}}=\left(\frac{E}{1+\mathrm{\μ}}\right)\sqrt{B^2+C^2}$

式中E为构件材料的弹性模量，μ为构件材料的泊桑比。

A、B、C由表1确定。

表1  45°直角型主应力计算公式中A、B、C参数表

注：表中ε_0°为传感器在0°方向的实测应变值，ε_45°为传感器在45°方向的实测应变值，ε_90°为传感器在90°方向的实测应变值。

实施例2

在图2、3、4、7中，本实施例的平面应变测量传感器是由多向支柱3、四根连杆2、四个传感器1、限定螺钉4联接成扇型平面应变测量传感器。在多向支柱3上表面的a、b、c、d螺孔内，安装有限定螺钉4分别将四根连杆2固定安装在多向支柱3侧面正向同一平面内的a′、b′、c′、d′孔内，在每根连杆2的另一端联接有一个传感器1，构成扇型平面应变测量传感器，每一个传感器1通过电缆与应变仪相连接。传感器1和多向支柱3的结构与实施例1相同。本实施例扇型平面应变测量传感器，适用于在被测构件主应变方位大致清楚且比较重要的情况下，可测出构件被测部位的应变值，其测点的主应力由下式进行计算：

${\mathrm{\σ}}_1=\left(\frac{E}{1-\mathrm{\μ}}\right)A+\left(\frac{E}{1+\mathrm{\μ}}\right)\sqrt{B^2+C^2}$

${\mathrm{\σ}}_2=\left(\frac{E}{1-\mathrm{\μ}}\right)A-\left(\frac{E}{1+\mathrm{\μ}}\right)\sqrt{B^2+C^2}$

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{MAX}}=\left(\frac{E}{1+\mathrm{\μ}}\right)\sqrt{B^2+C^2}$

式中E为构件材料的弹性模量，μ为构件材料的泊桑比。

A、B、C由表2确定。

表2扇型主应力计算公式中A、B、C参数表

注：表中ε_0°为传感器在0°方向的实测应变值，ε_45°为传感器在45°方向的实测应变值，ε_90°为传感器在0方向的实测应变值，ε_135°为传感器在135°方向的实测应变值。

实施例3

在图2、3、4、8中，本实施例的平面应变测量传感器是由多向支柱3、三根连杆2、三个传感器1、限定螺钉4联接成60°等角型平面应变测量传感器。在多向支柱3上表面的a、e、f螺孔内，安装有限定螺钉4分别将三根连杆2固定安装在多向支柱3侧面正向同一平面内的a′、e′、f′孔内，在每根连杆2的另一端联接有一个传感器1，每一个传感器1通过电缆与应变仪相连接，构成60°等角型平面应变测量传感器。传感器1和多向支柱3的结构与实施例1相同。本实施例60°等角型平面应变测量传感器，适用于在被测构件主应变方位不清楚的情况下，可测出构件被测部位的应变值，其测点的主应力由下式进行计算：

${\mathrm{\σ}}_1=\left(\frac{E}{1-\mathrm{\μ}}\right)A+\left(\frac{E}{1+\mathrm{\μ}}\right)\sqrt{B^2+C^2}$

${\mathrm{\σ}}_2=\left(\frac{E}{1-\mathrm{\μ}}\right)A-\left(\frac{E}{1+\mathrm{\μ}}\right)\sqrt{B^2+C^2}$

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{MAX}}=\left(\frac{E}{1+\mathrm{\μ}}\right)\sqrt{B^2+C^2}$

式中E为构件材料的弹性模量，μ为构件材料的泊桑比。

A、B、C由表3确定。

表3  60°等角型主应力计算公式中A、B、C参数表

注：表中ε_0°为传感器在0°方向的实测应变值，ε_60°为传感器在60°方向的实测应变值，ε_120°为传感器在120°方向的实测应变值。

实施例4

在图3、4中，本实施例的平面应变测量传感器是由多向支柱3、两根连杆2、两个传感器1、限定螺钉4联接成。在多向支柱3上表面的a、c螺孔内，安装有限定螺钉4分别将两根连杆2固定安装在多向支柱3侧面正向同一平面内的a′、c′孔内，在每根连杆2的另一端联接有一个传感器1，每一个传感器1通过电缆与应变仪相连接。传感器1和多向支柱3的结构与实施例1相同。本实施例的平面应变测量传感器，适用于在被测构件主应变方位确定的情况下(拉、压构件)，可测出构件被测部位的应变值，其测点的主应力由下式进行计算：

σ₁＝Eε_0°

σ₂＝Eε_90°

式中E为构件材料的弹性模量，ε_0°为传感器在0°方向的实测应变值，ε_90°为传感器在90°方向的实测应变值。

实施例5

在以上实施例1～4中，传感器1内的左弹簧片1-3的内侧面上粘接2片应变片，右弹簧片1-8的内侧面上粘接2片应变片，左弹簧片1-3上的2片应变片和右弹簧片1-8上的2片应变片连接成桥式电路，电位器1-13与应变片连成的桥式电路相连接，电位器1-13与应变片连成的桥式电路的连接方式与实施例1相同。其它零部件以及另部件的联结关系与实施例1相同。

实施例6

在以上实施例1～4中，传感器1内的左弹簧片1-3的外侧面和内侧面上各粘接1片应变片，右弹簧片1-8的外侧面和内侧面上各粘接1片应变片，左弹簧片1-3上的2片应变片和右弹簧片1-8上的2片应变片连接成桥式电路，电位器1-13与应变片连成的桥式电路相连接，电位器1-13与应变片连成的桥式电路的连接方式与实施例1相同。其它零部件以及另部件的联结关系与实施例1相同。

实施例7

在以上实施例1～4中，传感器1内的左弹簧片1-3的外侧面上粘接4片应变片或在内侧面上粘接4片应变片，也可在右弹簧片1-8的外侧面上粘接4片应变片或在内侧面上粘接4片应变片，左弹簧片1-3上的4片应变片或右弹簧片1-8上的4片应变片连接成桥式电路，电位器1-13与应变片连成的桥式电路相连接，电位器1-13与应变片连成的桥式电路的连接方式与实施例1相同。其它零部件以及另部件的联结关系与实施例1相同。

实施例8

在以上实施例1～4中，传感器1内的左弹簧片1-3的外侧面上粘接4片应变片，右弹簧片1-8的外侧面上粘接4片应变片，左弹簧片1-3上的4片应变片和右弹簧片1-8上的4片应变片每相同位置的两片串联接后再连接成桥式电路，电位器1-13与应变片串联接后连成的桥式电路相连接，电位器1-13与应变片连成的桥式电路的连接方式与实施例1相同。其它零部件以及另部件的联结关系与实施例1相同。

实施例9

在以上实施例1～4中，传感器1内的左弹簧片1-3的内侧面上粘接4片应变片，右弹簧片1-8的内侧面上粘接4片应变片，左弹簧片1-3上的4片应变片和右弹簧片1-8上的4片应变片每相同位置的两片串联接后再连接成桥式电路，电位器1-13与应变片串联接后连成的桥式电路相连接，电位器1-13与应变片连成的桥式电路的连接方式与实施例1相同。其它零部件以及另部件的联结关系与实施例1相同。

实施例10

在以上实施例1～4中，传感器1内的左弹簧片1-3的外侧面和内侧面上各粘接2片应变片，右弹簧片1-8的外侧面和内侧面上各粘接2片应变片，左弹簧片1-3上的4片应变片和右弹簧片1-8上的4片应变片每两片串联接后连接成桥式电路，应变片的串联接方式为：左弹簧片1-3外侧面上的1片应变片与右弹簧片1-8内侧面上相对应位置上的1片应变片串联接，右弹簧片1-8外侧面上的1片应变片与左弹簧片1-3内侧面上相对应位置上的1片应变片串联接后连接成桥式电路。电位器1-13与应变片串联接后连成的桥式电路相连接，电位器1-13与应变片连成的桥式电路的连接方式与实施例1相同。其它零部件以及另部件的联结关系与实施例1相同。

为了验证本发明的有益效果，申请人将本发明实施例1、实施例2、实施例3平面应变测量传感器委托西安公路交通大学公路工程检测中心与应变片进行了对比测试，实施例1平面应变测量传感器在徐州市万寨桥进行了荷载试验，各种试验情况如下：

一、对比测试

混凝土棱柱体试件尺寸：400mm×600mm×1500mm

混凝土设计标号：C50

测量仪器：TDS-602数据采集仪，由日本生产；

加载设备：5000KN压力试验机，由长春生产；

应变片：BQ120-100AA，由汉中中航电测仪器股份有限公司生产；

环境温度：26℃；

传感器：45°直角型平面应变测量传感器、扇型平面应变测量传感器、60°等角型平面应变测量传感器；

测试方法：GB/T50081-2002(普通混凝土力学性能试验方法标准)；

测试日期：2004.05.06

测试结果：

1、45°直角型平面应变测量传感器与应变片对比测试混凝土构件被测部位的应变值

测试结果见表4。

表4  45°直角型平面应变测量传感器与应变片三次平均测试结果表

荷载kN	ε0°(με)		ε45°(με)		ε90°(με)		最大误差(με)
								传感器	应变片	传感器	应变片	传感器	应变片
	100	0	1	0	1	0								1	1
700							16	15	-38	-35	-72	-69	-3
	1300	32	29	-77	-74	-145								-142	3
1900							48	44	-115	-116	-217	-215	4
	2500	63	60	-154	-149	-290								-286	-5
3100							79	75	-193	-189	-364	-359	-5
	100	1	5	-1	-3	-2								-5	5

结论：45°直角型平面应变测量传感器测量数据成线性关系，最大线性误差1.57％，与应变片测量数据比较吻合；当荷载从最大值卸载到初始预加值时，直角型平面应变测量传感器的测量数据基本为零，测量精度高；在测试过程中，直角型平面应变测量传感器的测量数据稳定，无漂移现象，三次测量数据重复性好，最大误差2.1％。

2、扇型平面应变测量传感器与应变片对比测试混凝土构件被测部位的应变值测试结果见表5。

表5扇型平面应变测量传感器与应变片三次平均测试结果表

荷载kN	ε0°(με)		ε45°(με)		ε90°(με)		ε135°(με)		最大误差(με)
										传感器	应变片	传感器	应变片	传感器	应变片	传感器	应变片
	100	0	0	0	-1	0	1	0										1	1
700									15	14	-39	-38	-71	-73	-37	-35	-2
	1300	30	29	-79	-77	-143	-140	-74										-70	-4
1900									46	43	-119	-123	-216	-211	-113	-112	-5
	2500	61	58	-160	-164	-286	-280	-153										-150	-6
3100									77	78	-202	-196	-359	-353	-193	-196	-6
	100	0	2	-1	-5	1	-6	-2										-5	-6

结论：扇型平面应变测量传感器测量数据成线性关系，最大线性误差2.1％，与应变片测量数据比较吻合；当荷载从最大值卸载到初始预加值时，扇型平面应变测量传感器的测量数据基本为零，测量精度高；在测试过程中，扇型平面应变测量传感器的测量数据稳定，无漂移现象，三次测量数据重复性好，最大误差2.3％。

3、60°等角型平面应变测量传感器与应变片对比测试混凝土构件被测部位的应变值测试

测试结果见表6。

表6  60°等角型平面应变测量传感器与应变片三次平均测试结果表

荷载kN	ε0°(με)		ε60°(με)		ε120°(με)		最大误差(με)
								传感器	应变片	传感器	应变片	传感器	应变片
	100	0	1	0	-1	0								0	1
700							15	15	-62	-64	-61	-57	-2
	1300	31	28	-126	-128	-123								-120	-3
1900							46	46	-191	-195	-186	-185	-4
	2500	63	60	-254	-258	-250								-245	-5
3100							79	82	-319	-324	-314	-309	-5
	100	-1	4	-1	-5	1								-3	-5

结论：60°等角型平面应变测量传感器测量数据成线性关系，最大线性误差为1.9％，与应变片测量数据比较吻合；当荷载从最大值卸载到初始预加值时，等角型平面应变测量传感器的测量数据基本为零，测量精度高；在测试过程中，等角型平面应变测量传感器的测量数据稳定，无漂移现象，三次测量数据重复性好，最大误差1.8％。

二、徐州市万寨桥荷载试验

1、万寨桥概况

琵万路万寨桥位于徐州市北郊，跨丁万河，南岸为市区，北岸为厂矿区。桥梁上部结构为3孔20米装配式钢筋混凝土简支T梁，下部结构为桩柱式墩、台，基础为钻孔灌注桩。桥面为：净12.0+2×1.5m人行道。设计荷载为：汽车-20级，挂车-100。万寨桥桥面铺装和伸缩缝严重破坏，桥台后路面开裂沉降，重型车辆通过桥梁时桥跨结构振动较大，已处于不安全使用状态，急需进行检测评定，以便采取改造措施，保证该桥安全运营。

2、测试仪器

45°直角型平面应变测量传感器，由长安大学提供；

应变仪，由日本生产；

应变片：BQ120-100AA，由汉中中航电测仪器股份有限公司生产；

3、测试方法

交通部《公路工程技术标准》、《公路旧桥承载能力鉴定方法》等相关标准。

检验该桥T梁的抗剪能力，在该桥的2#、4#梁端最大剪力部位一面安装45°直角型平面应变测量传感器，另一面对应位置贴三个应变片组成的直角型应变花。加载采用三辆30吨(车重+货重)东风自卸车，模拟汽车-20级荷载进行静载试验。试验过程为：封闭交通——仪器调零——三辆车先后上到桥面指定位置(最大剪力工况)——稳定10min——录数据——卸载——再停10min——读残余应变；按以上流程再重复一次。

4、测试结果

测试结果见表7、表8。

表7  2#梁45°直角型平面应变测量传感器与应变片测量结果对照表

测点方位	理论计算值(με)	传感器(με)				应变片(με)
										第一次	残余应变	第二次	残余应变	第一次	残余应变	第二次	残余应变
		ε0°	0	3	0	3	1	7	5									12	6
ε45°	7									13	1	12	1	22	13	18	6
		ε90°	-1	-3	0	-3	0	6	5									5	-4
环境	现场记录环境温度为27℃～29℃，空气湿度比较大。

注：ε_0°为传感器在0°方向的实测应变值，ε_45°为传感器在45°方向的实测应变值，ε_90°为传感器在90°方向的实测应变值。

表8  4#梁45°直角型平面应变测量传感器与应变片测量结果对照表

测点方位	理论计算值(με)	传感器(με)				应变片(με)
										第一次	残余应变	第二次	残余应变	第一次	残余应变	第二次	残余应变
		ε0°	0	3	0	3	0	5	-1									8	4
ε45°	11									17	1	16	0	23	12	21	7
		ε90°	-2	-4	0	-4	0	12	-3									8	10
环境	现场记录环境温度为27℃～29℃，空气湿度比较大。

注：ε_0°为传感器在0°方向的实测应变值，ε_45°为传感器在45°方向的实测应变值，ε_90°为传感器在90°方向的实测应变值。

结论：45°直角型平面应变测量传感器测量精度高，测量数据受环境影响小，无飘移现象，残余应变最大值为1με，重复性好，两次测量最大误差为1με，实测数据与理论值相吻合，基本上反映了梁的实际受力状况，现场安装十分方便，提高了现场工作效率。应变片测量数据凌乱，飘移现象严重，残余应变最大值为10με。

Claims (5)

1、一种平面应变测量传感器，连杆(2)的一端与支柱联接、另一端与传感器(1)联接，其特征在于：所说的支柱为多向支柱(3)，在多向支柱(3)的上表面轴向至少加工有2个螺孔或定位槽孔、侧面径向同一平面内加工有与上表面轴向螺孔或定位槽孔相对应且相联通的径向孔，至少两根连杆(2)的一端分别设置在多向支柱(3)的径向孔内、另一端分别与同一平面内不同方向的传感器(1)相联接；所说的传感器(1)为：在壳体(1-1)内的上端设置安装有输出插头(1-4)的上端盖(1-2)、下端设置有下端盖(1-12)，在壳体(1)内设置有左弹簧片(1-3)和右弹簧片(1-8)，左弹簧片(1-3)与右弹簧片(1-8)之间上设置有上垫块(1-5)、下设置有下垫块(1-11)，左弹簧片(1-3)和右弹簧片(1-8)的上部设置在上端盖(1-2)下的固定端夹块(1-7)内，在左弹簧片(1-3)和右弹簧片(1-8)的外侧面或内侧面上设置有通过导线与输出插头(1-4)相连接的4片或8片应变片，在左弹簧片(1-3)和右弹簧片(1-8)的上还设置有与连杆(2)相联接的辅助连杆(1-10)，在壳体(1-1)内还设置有壳体隔热层(1-16)和下端盖隔热层(1-14)以及电位器(1-13)，电位器(1-13)通过导线与应变片相连接。

2、按照权利要求1所述的平面应变测量传感器，其特征在于：所说的多向支柱(3)上表面的至少加工有2个与径向孔相联通的螺孔或定位槽孔，其中在多向支柱(3)的上表面轴向正向或反向依次加工有(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)六个螺孔或定位槽孔，(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)六个螺孔或定位槽孔分别与多向支柱(3)的侧面径向同一平面内相对应的(a′)、(b′)、(c′)、(d′)、(e′)、(f′)六个孔相联通。

3、按照权利要求2所述的平面应变测量传感器，其特征在于：所说在多向支柱(3)的上表面轴向正向或反向依次加工的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)六个螺孔或定位槽孔，(a)螺孔或定位槽孔与(b)螺孔或定位槽孔、(b)螺孔或定位槽孔与(c)螺孔或定位槽孔、(c)螺孔或定位槽孔与(d)螺孔或定位槽孔之间的圆心角为45°，(d)螺孔或定位槽孔与(e)螺孔或定位槽孔之间的圆心角为105°，(e)螺孔或定位槽孔与(f)螺孔或定位槽孔之间的圆心角为60°，(f)螺孔或定位槽孔与(a)螺孔或定位槽孔之间的圆心角为60°，在多向支柱(3)的侧面径向正向同一平面内加工的(a′)、(b′)、(c′)、(d′)、(e′)、(f′)六个孔，(a′)孔与(a)螺孔或定位槽孔相联通、(b′)孔与(b)螺孔或定位槽孔相联通、(c′)孔与(c)螺孔或定位槽孔相联通、(d′)孔与(d)螺孔或定位槽孔相联通、(e′)孔与(e)螺孔或定位槽孔相联通、(f′)孔与(f)螺孔或定位槽孔相联通。

4、按照权利要求1所述的平面应变测量传感器，其特征在于所说设置在左弹簧片(1-3)和右弹簧片(1-8)上的4片应变片为：在左弹簧片(1-3)的外侧面上设置2片应变片或在内侧面上设置2片应变片或在外侧面和内侧面上各设置1片应变片，在右弹簧片(1-8)的外侧面上设置2片应变片或在内侧面上设置2片应变片或在外侧面和内侧面上各设置1片应变片，左弹簧片(1-3)上的2片应变片和右弹簧片(1-8)上的2片应变片连接成桥式电路，电位器(1-13)与应变片连成的桥式电路相连接；所说设置在左弹簧片(1-3)和右弹簧片(1-8)上的8片应变片为：在左弹簧片(1-3)的外侧面上设置4片应变片或在内侧面上设置4片应变片或在外侧面和内侧面上各设置2片应变片，在右弹簧片(1-8)的外侧面上设置4片应变片或在内侧面上设置4片应变片或在外侧面和内侧面上各设置2片应变片，左弹簧片(1-3)上的4片应变片和右弹簧片(1-8)上的4片应变片每2片串联后连接成桥式电路，电位器(1-13)与应变片连成的桥式电路相连接。

5、按照权利要求1所述的平面应变测量传感器，其特征在于所说设置在左弹簧片(1-3)和右弹簧片(1-8)上的4片应变片也可以为：在左弹簧片(1-3)的外侧面设置4片应变片或在内侧面设置4片应变片连接成桥式电路，电位器(1-13)与应变片连成的桥式电路相连接；所说设置在左弹簧片(1-3)和右弹簧片(1-8)上的4片应变片还可以为：在右弹簧片(1-8)的外侧面设置4片应变片或在内侧面设置4片应变片连接成桥式电路，电位器(1-13)与应变片连成的桥式电路相连接。

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