CN203148625U - 一种用于大应变传感器标定的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的用于大应变传感器标定的装置，包括由悬臂梁(202)、底座(205)及设置在底座上连接及支撑悬臂梁一端的支柱(204)构成的等强度梁，通过在悬臂梁(202)上设置由安装座(302)、连接在安装座上的延伸台(304)构成的大应变调整凸台(203)。大应变调整凸台和悬臂梁上表面相连部分接触面较小，固定在悬臂梁上时对悬臂梁刚度影响小，误差小；整个大应变调整凸台顶部位置产生的应变是基于安装座根部的相对距离计算的，因此可进一步的将顶部应变放大，可在较小的凸台高度下得到很大的应变，从而实现各类大应变传感器的测试及标定。

Description

一种用于大应变传感器标定的装置

技术领域

本实用新型涉及一种大变形、大应变的测量装置。

背景技术

工程中经常需要对应变进行监测，如特殊情况下，飞机的某些结构材料在大过载情况下，其应变能达到几千甚至接近10000με，因此在相应的传感器研究及材料地面测试中也需要产生大小可控的大应变。等强度梁作为一种常见的机械装置，常用来在梁的表面产生大小可控的变形，从而对应变、应力等进行测量，或实现对大应变传感器的标定等。

传统的等强度梁，在其自由端施加载荷，在其上表面沿轴向产生拉伸变形，相应的产生正应变、应力，对应的变形及应变、应力大小由梁的尺寸、载荷大小等因素决定；但其极限值受限于梁的材料，如工程中常使用的45号钢，其厚板材的强度极限σb≈600Mpa、屈服极限σ0.2≈355MPa，材料弹性模量E=200GPa（20℃情况下），由此可计算为避免等强度梁结构材料屈服破坏，在使用中，其上表面的最大拉应变εmax≈1775με；考虑到安全因素，一般最多达到1500με，即使更换其它金属材料，其应变值一般也无法达到2000με；因此在工程中无法使用一般结构的等强度梁产生大变形，从而限制了对大应力、应变的测量及标定。

鉴于以上问题，现工程中可见到一种改良方法，结合图1，即采用在等强度梁上根据需要相对固定两个长方体增高凸台，其力学原理是，在等强度梁任意横截面上的某一点，其应力及应变大小与该点距中性层的距离y’成正比，两个增高凸台之间的应力及应变即可在一定程度上达到放大的效果。但同样在理论上分析可知，如果要想得到6000με以上的大应变，其凸台高度将是梁横截面高度的2倍。但该解决方案主要存在着以下三个问题：①实际中因需要在长方体凸台上粘贴传感器，凸台的截面尺寸较大，并具有较大的高度，这样对梁的刚度产生较大的影响，也不便于得到更大的应力及应变。②两个凸台根部共同相互作用，对局部刚度影响较大。③两凸台之间的距离固定，仅适合一定尺寸的传感器测量、标定。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种产生标准应变载荷的装置，该装置克服了传统等强度梁仅能提供小应变的不足，为各类大应变传感器的测试及标定提供可能。

本发明创造为解决上述技术问题，采用以下技术方案：

本发明创造的用于大应变传感器标定的装置，包括由悬臂梁、底座及设置在底座上连接及支撑悬臂梁一端的支柱构成的等强度梁，还包括设置在悬臂梁上的安装座、连接在安装座上的延伸台构成的大应变调整凸台。

进一步的，所述安装座背向放置。

进一步的，所述安装座设置为顺时针旋转90°后的L型。

进一步的，所述延伸台底部设有限定延伸台只能在槽内沿安装座的轴线方向调节移动的限定槽。

进一步的，所述安装座和延伸台通过紧固件连接。

进一步的，还包括支撑悬臂梁防止悬臂梁长期在非测试状态变形损坏的撑杆，撑杆与底座连接。

进一步的，所述底座上设有调节底座高度的支座及实现底座移动的轮子。

进一步的，还包括设置在悬臂梁自由端的静态加载砝码。

由于采用了上述技术方案，本发明创造具有如下有益效果：

1、大应变调整凸台和悬臂梁上表面相连部分接触面较小，固定在悬臂梁上时对悬臂梁刚度影响小，误差小。

2、安装座设置为顺时针旋转90°后的L型，即安装座顶部向后延伸，便于在其上安装延伸台。

3、相对于等强度梁，大应变调整凸台的安装座和延伸台相对于悬臂梁的上表面都具有一定的高度，根据力学原理对应变产生一定的放大作用。

4、延伸台上表面尺寸大，便于安装各类传感器。

5、在保证两延伸台前沿相对位置为便于传感器粘贴使用的前提下，拉大安装座根部之间的间距，可以达到两个有利的效果：第一，可有效降低安装座间的共同相互作用，降低对梁刚度的影响；第二，整个大应变调整凸台顶部位置产生的应变是基于根部的相对距离计算的，因此可进一步的将顶部应变放大，可在较小的凸台高度下得到很大的应变，即可得到接近10000με。

6、大应变调整凸台的安装座和延伸台通过螺钉可调整两凸台间距，这样在试验时可以调节相关传感器，如光纤传感器初始时的松紧，避免因粘贴引起预应力导致传感器初始中心波长偏移而引起材料误差，更可根据需要调节距离适应不同种类、尺寸的应变传感器使用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分。本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。所给附图中：

图1为普通长方体凸台对应变放大的力学原理图；

图2为根据本实用新型一个实施例的总体机械结构原理图；

图3为根据本实用新型一个实施例的大应变调整凸台结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图2中，砝码201用来施加载荷，悬臂梁202为承载主体，在砝码的作用下产生等强度弯曲，其各个截面上离中性层高度一致的点，应力、应变相等。支柱204对悬臂梁起到连接支撑作用，底座205上有撑杆、四个轮子、四个可调高度的固定座等配套设施。大应变调整凸台203由两部分组成，相背放置。

图3中，悬臂梁202上安装大应变调整凸台，由安装座302和延伸台304组成；安装座302形状设置为顺时针旋转90°后的L型，且仅底部较小面积与悬臂梁202接触并固定，保证了对悬臂梁整体的刚度影响小；安装座302的上部向外延伸，并带有螺孔303，配合螺钉，即可实现对延伸台304的固定。延伸台304上设置可调节螺孔305，底部带有使延伸台304只能在槽内沿安装座302的轴线方向调节移动的限定槽306，也即沿等强度梁的轴线方向调节移动，当调节到合适的位置时，在可调节螺孔305处配合螺钉，即可将延伸台固定在安装座上。延伸台304上表面具有较大的面积，便于各种传感器的粘贴、敷设使用。

使用时，根据传感器情况和需要施加的应力应变情况，调节得到合适的延伸台之间的间距l，既达到了避免粘贴或等强度梁自重对传感器产生预应力的情况，又起到了进一步有效放大传感器间应力即应变的目的。根据力学原理，当通过砝码对等强度梁施加载荷时，等强度梁上表面任意一点沿轴线方向的应力、应变值都是相等的，其应变值为ε₁＝ΔLL₀；而在大应变调整凸台结构中，由于结构的高度放大作用，及结构的形状放大作用，延伸台间的应变量为：

式中第一项

即为大应变调整凸台的形状放大作用，其放大效果由安装座之间的初始距离L与延伸台之间初始距离l决定，因初始L>>l，顾变形时

式中第二项即为大应变调整凸台的高度放大作用，放大效果由等强度梁的高度h的一半、安装座高度h11+h12、延伸台高度h2决定。通过上述双重放大效果，即可将较小的等强度梁上的应变放大到10000με，后续再辅以标准传感器就可实现相关传感器的测量和标定。

应当说明，本领域技术人员在上述优选实施例的基础上，在不脱离本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于大应变传感器标定的装置，包括由悬臂梁(202)、底座(205)及设置在底座上连接及支撑悬臂梁一端的支柱(204)构成的等强度梁，其特征是：还包括设置在悬臂梁(202)上的安装座(302)、连接在安装座上的延伸台(304)构成的大应变调整凸台(203)。

2.根据权利要求1所述的用于大应变传感器标定的装置，其特征是：所述安装座(302)背向放置。

3.根据权利要求1或2所述的用于大应变传感器标定的装置，其特征是：所述安装座(302)设置为顺时针旋转90°后的L型。

4.根据权利要求1所述的用于大应变传感器标定的装置，其特征是：所述延伸台(304)底部设有限定延伸台只能在槽内沿安装座的轴线方向调节移动的限定槽(306)。

5.根据权利要求1或4所述的用于大应变传感器标定的装置，其特征是：所述安装座(302)和延伸台(304)通过紧固件连接。

6.根据权利要求1所述的用于大应变传感器标定的装置，其特征是：还包括支撑悬臂梁防止悬臂梁长期在非测试状态变形损坏的撑杆，撑杆与底座连接。

7.根据权利要求1所述的用于大应变传感器标定的装置，其特征是：所述底座(205)上设有调节底座高度的支座及实现底座移动的轮子。

8.根据权利要求1所述的用于大应变传感器标定的装置，其特征是：还包括设置在悬臂梁自由端的静态加载砝码(201)。

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