CN209927095U - 应变测量装置 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种应变测量装置，该应变测量装置包括测量杆，测量杆用于并联在目标被测件上，所述测量杆包括依次连接的第一连接杆、靶标件和第二连接杆，所述第一连接杆与所述第二连接杆相离的端部分别与所述目标测试件连接；其中，所述第一连接杆与所述第二连接杆的材料弹性模量至少为所述靶标杆的材料弹性模量的五十倍。本公开提供的应变测量装置，应变测量精度更高。

Description

应变测量装置

技术领域

本公开涉及应变测量技术领域，具体而言，涉及一种应变测量装置。

背景技术

为了监测某些结构件在安装和使用期间的受力情况，往往是通过构件在受力后所产生的变形进行监测，常用的方法是应变的测量。通常，对一个杆件进行杆力监测时候，可以通过对杆件表面贴应变片方式，或者在杆件上串联拉力传感器。

但是，结构件在安装和使用过程中应变有时候很小，使用应变片等方式测量精度不够，飘零应变和实际的应变在相同量级，由此造成应变监测失败。同时，市场上进行结构件监测时，很多是在结构件上串联传感器方式，会对结构件造成破坏，影响结构件的刚度等问题出现。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种应变测量精度更高的装置。

根据本公开的一个方面，提供了一种应变测量装置，该测量装置包括：

测量杆，用于并联在目标被测件上，所述测量杆包括依次连接的第一连接杆、靶标件和第二连接杆，所述第一连接杆与所述第二连接杆相离的端部分别与所述目标测试件连接；

其中，所述第一连接杆与所述第二连接杆的材料弹性模量至少为所述靶标杆的材料弹性模量的五十倍。

在本公开的一种示例性实施例中，所述应变测量装置还包括：

第一固定环，用于套设于所述目标测试件的第一端上，并与所述第一连接杆连接；

第二固定环，用于套设于所述目标测试件的第二端上，并与所述第一连接杆连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述应变测量装置还包括：

至少一个定位轴，一端与所述第一固定环连接，另一端与所述第二固定环连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述测量杆设置有多个，均匀分布在所述第一固定环与所述第二固定环之间。

在本公开的一种示例性实施例中，所述测量杆与所述定位轴的数量相同，且所述测量杆与所述定位轴均匀分布在所述第一固定环与所述第二固定环之间。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一固定环与所述第二固定环上均设有第一通孔，所述第一连接杆与所述第二连接杆相离的两端上均设有外螺纹且分别穿出所述第一通孔，所述第一连接杆与所述第二连接杆穿出所述第一通孔的端部上均设有螺母，通过调整所述螺母，能够给所述靶标件施加一预设拉力。

在本公开的一种示例性实施例中，所述定位轴包括定位轴主体与位于所述定位轴主体两端的插接部，所述第一固定环与所述第二固定环上均设有第二通孔，所述插接部与所述第二通孔间隙配合。

在本公开的一种示例性实施例中，所述插接部的直径大于或等于所述定位轴主体的直径。

本公开提供的应变测量装置，测量杆与目标测试件并联，测量杆与目标测试件能够同步进行的形变，测量杆中的靶标件与连接杆串联，且靶标件的弹性模量相对连接杆较大，使目标测试件的变形量基本都集中在靶标件上，从而实现对目标测试件的应变放大测量；

此外，由于靶标件占测量杆的整体长度较小，且目标测试件的变形量基本都集中在靶标件上，使得应变测量装置能够对目标测试件的应变放大一定的倍数，当目标测试件载荷较小时候，产生的微应变也很小，将应变放大一定的倍数，能够降低微应变的飘零现象带来的影响，提高应变测量的精确度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开的一种实施例提供的应变测量装置的示意图；

图2为本公开的一种实施例提供的应变测量装置的轴视图；

图3为本公开的一种实施例提供的应变测量装置的主视图；

图4为本公开的一种实施例提供的应变测量方法的流程图；

图5为本公开的另一种实施例提供的应变测量方法的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

本公开实施方式提供了一种应变测量装置。如图1-图3所示，该应变测量装置包括测量杆10，测量杆10用于并联在目标被测件上，测量杆10包括依次连接的第一连接杆101、靶标件103和第二连接杆102，第一连接杆101与第二连接杆102相离的端部分别与目标测试件连接。

其中，第一连接杆101与第二连接杆102的材料弹性模量至少为靶标杆的材料弹性模量的五十倍。例如，靶标件103采用有机玻璃材料，而第一连接杆101与第二连接杆102采用不锈钢材料，这两种材料弹性模量相差66倍，因此被测杆件的变形量基本都集中在靶标件103上。此外，靶标件103、第一连接杆101及第二连接杆102也可采用其他材料，只要相对的材料弹性模量达到预设倍数以上即可，本公开对此不做限制。

当然，第一连接杆101与第二连接杆102的材料弹性模量为靶标杆的材料弹性模量的五十倍以内，本领域技术人员应当清楚，第一连接杆101和第二连接杆102的材料弹性模量与靶标杆的材料弹性模量比值越低，应变测量装置的测量精度越低。

本公开提供的应变测量装置，测量杆10与目标测试件并联，测量杆10与目标测试件能够同步进行的形变，测量杆10中的靶标件103与连接杆串联，且靶标件103的弹性模量相对连接杆较小，使目标测试件的变形量基本都集中在靶标件103上，从而实现对目标测试件的应变测量。

此外，由于靶标件103占测量杆10的整体长度较小，且目标测试件的变形量基本都集中在靶标件103上，使得应变测量装置能够对目标测试件的应变放大一定的倍数，当目标测试件载荷较小时候，产生的微应变也很小，将应变放大一定的倍数，能够较少微应变的飘零现象带来的影响，提高应变测量的精确度。

如图2所示，应变测量装置还包括第一固定环201和第二固定环202，第一固定环201用于套设在目标测试件的第一端上，并与第一连接杆101连接。第二固定环202用于套设在目标测试件的第二端上，并与第二连接杆102连接。

具体地，目标测试件为杆件，且杆件为非均匀杆，杆件固定的两端为锥面，施加载荷端面的直径小于杆件主体的直径，因此，杆件的两端分别形成有台阶面，第一固定环201套设的杆件的第一端，第二固定环202套设在杆件的第二端，第一固定环201与第二固定环202的内径与杆件的固定端的直径匹配，即第一固定环201与第二固定环202的内径大于测试杆件的固定端的直径，小于测试杆件主体的直径，使台阶面形成对固定环在杆件上的位置的限位。

第一固定环201和第二固定环202套设在测试杆件上且固定后，测量杆10的两端分别与第一固定环201和第二固定环202连接，当测试杆件收到载荷时产生形变时，第一固定环201与第二固定环202的距离发生变化，从而带动测量杆10的长度发生变化，进而使靶标件103产生形变，得出测试杆件的应变。

如图1所示，应变测量装置还包括至少一个定位轴30，定位轴30一端与第一固定环201连接，另一端与第二固定环202连接。定位轴30的设置，能够使第一固定环201与第二固定环202之间的孔位对准，从而使得并联的靶标件103不会承受额外的扭转力。此外，还能防止第一固定环201与第二固定环202之间相对转动，保证测量杆10仅受轴向的力，提高应变测试的可靠性和精确性。

具体地，定位轴30包括定位轴30主体与位于定位轴主体两端的插接部，第一固定环201与第二固定环202上均设有第二通孔，插接部与第二通孔间隙配合。其中，插接部的直径不小于定位轴主体的直径，在安装完成后，可以通过第二通孔去掉定位轴30。

如图2所示，测量杆10设置有多个，多个测量杆10均匀分布在第一固定环201与第二固定环202之间。通过设置多个测量杆10，且均匀的分布在第一固定环201与第二固定环202之间，在对目标测试件进行应变测量时，能够同时获取多组应变数据，对多组应变数据进行处理，以确定目标测试件的实际应变值，进一步提高了应变测量装置的精度。

具体地，第一固定环201与第二固定环202上均设有第一通孔，第一连接杆101与第二连接杆102相离的两端上均设有外螺纹且分别穿出第一通孔，第一连接杆101与第二连接杆102穿出第一通孔的端部上均设有螺母104，以将测量杆10固定在第一固定环201与第二固定环202上。在进行安装时，第一连接杆101与第二连接杆102相离的两端上设有外螺纹的部分分别穿出第一固定环201与第二固定环202上的通孔，然后分别在从通孔穿出的第一连接杆101上与第二连接杆102上设置螺母104，通过调整所述螺母，能够给所述靶标件施加一预设拉力。

其中，通过螺母的设置，一方面可以起到固定作用，另一方面可以通过拧紧螺母对靶标件有一个预设拉力，如此消除一定的装配间隙，同时靶标件可以同时进行拉伸和压缩杆力的测试，即固定环相离或相向运动变形的时候，均能够进行测试。

具体地，测量杆10与定位轴30的数量相同，且测量杆10与定位轴30均匀分布在第一固定环201与第二固定环202之间。如图1所示，测量杆10与定位轴30均设置有三个，相互交替均匀分布在第一固定环201与第二固定环202之间，优选地，三个测量杆10的中轴线之间的夹角均为120°，三个定位轴30的中轴线之间的夹角也均为120°，以进一步提高应变测量装置的稳定性和精确性。

此外，测量杆10与定位轴30的数量也可均为两个、四个、五个或更多；此外，测量杆10与定位轴30的数量也可不同，例如，测量杆10设置三个，定位轴30设置四个，本公开对此不作限制。

如图1所示，第一连接杆101的长度等于第二连接杆102的长度，及靶标件103位于测量杆10的中间部位。通过将靶标件103设置在测量杆10的中间部位，能够进一步提升应变测量装置的精确度。当然，第一连接杆101的长度与第二连接杆102的长度可不同，第一连接杆101的长度可大于或小于第二连接杆102的长度，本公开对此不做限制。

本公开还提供了一种应变测量方法，如图4所示，该测量方法包括：

步骤S100、将上述的应变测量装置设于目标测试件上；

步骤S200、对靶标件施加一预设拉力；

步骤S300、对目标测试件施加一载荷，获取应变测量装置输出的应变值；

步骤S400、判断目标测试件是否为等径杆件；

步骤S510、若目标测试件不为等径杆件，对目标测试件与靶标件进行有限元计算，或者，对所述目标测试件与所述靶标件进行多次载荷试验；

步骤S600、获取目标测试件的应变与载荷关系的第一曲线，以及靶标件的应变与载荷关系的第二曲线；

步骤S700、拟合所述第一曲线与所述第二曲线的曲线斜率，通过所述第一曲线与所述第二曲线的曲线斜率的比值，确定所述应变测量装置的应变放大倍数；

步骤S800、根据应变值与应变放大倍数，确定目标测试件的实际应变值。

本公开提供的应变测量方法，当目标测试件为等径件时，例如等径杆，测量杆与等径杆并联，测量杆与等径杆能够同步进行的形变，测量杆中的靶标件与连接杆串联，且靶标件的弹性模量相对连接杆较大，使等径杆的变形量基本都集中在靶标件上，从而实现对等径杆的应变测量。此外，由于靶标件占测量杆的整体长度较小，且目标测试件的变形量基本都集中在靶标件上，使得应变测量装置能够对等径杆的应变放大一定的倍数，根据靶标件的长度与测量杆的长度确定应变放大倍数，然后根据靶标件的应变值与靶标件的应变放大倍数，能够确定出等径杆的实际应变值。此外，当等径杆载荷较小时候，产生的微应变也很小，将应变放大一定的倍数，能够降低微应变的飘零现象带来的影响，提高应变测量的精确度。

如图5所示，本公开提供的测量方法还包括：

步骤S520、若所述目标测试件为等径杆件，根据所述靶标件的长度与所述测量杆的长度确定应变放大倍数；或者，对所述目标测试件与所述靶标件进行多次载荷试验。

本公开提供的应变测量方法，当目标测试件不为等径件时，例如，如图1所示的被测件时，被测件并非均匀等径杆，固定环固定两端为锥面，施加载荷端截面直径与测试件主体直径不同，这种结构需要具体考虑截面效应的影响，本公开通过分析得到目标测试件的应变与载荷关系的第一曲线，以及靶标件的应变与载荷关系的第二曲线，从而确定出应变测量装置的应变放大倍数，提高了应变测量的精准度。

下面对本公开实施方式的制造方法的各步骤进行详细说明：

在步骤S100中，将上述的应变测量装置设于目标测试件上。

如图2所示，将应变测量装置设于目标测试件上。

在步骤S200中，对靶标件施加一预设拉力。

具体地，对第一连接杆与第二连接杆之间的靶标件进行拉伸预紧，施加一预设拉力，消除安装间隙，并产生预拉变形，使得并测量装置能够测试拉伸和压缩变形。如图2所示，可通过调整螺母在连接杆上的位置，使得对第一连接杆与第二连接杆之间的靶标件进行拉伸预紧。

在步骤S300中，对目标测试件施加一载荷，获取应变测量装置输出的应变值。

具体地，对目标测试件施加一载荷，当目标测试件受到载荷产生形变时，靶标件也产生相应的形变从而输出一应变值。

在步骤S400中，判断目标测试件是否为等径件。

具体地，该步骤为判断目标测试件是否为等径件，如图2所示，目标测试件为不等径件，其施加载荷端截面直径与测试件主体直径不同。

在步骤S510中，若目标测试件不为等径件，对目标测试件与靶标件进行有限元计算；或者，对所述目标测试件与所述靶标件进行多次载荷试验。

如图2和图3所示，目标测试件为不等径件，其施加载荷端截面直径与测试件主体直径不同。对目标测试件与靶标件进行有限元计算，分别得到目标测试件以及靶标件在不同预设载荷下的应变值。

或者，对目标测试件与靶标件进行多次载荷试验，可通过在目标测试件表面上贴设一应变片，对目标测试件施加多个不同的预设载荷，得出目标测试件与靶标件在不同预设载荷时对应的应变值。

在步骤S520中，若目标测试件为等径件，根据靶标件的长度与测量杆的长度确定应变放大倍数；或者，对所述目标测试件与所述靶标件进行多次载荷试验。

具体地，当目标测试件为等径件时，即目标测试件的何处的直径相同。假设测量杆的长度为L1，靶标件的长度为L2，目标测试件变形量和靶标件的变形量相等，均假设为d，那么被测构件上的应变ε₁和靶标件上的应变ε₂分别为：

应变放大的比例Amp为：

通过设计第一固定环与第二固定环之间的测量杆的长度L1和并联靶标件长度L2，就可以得到不同放大倍数的应变放大并联装置，应变测量方法简单，快捷。

或者，当目标测试件为等径件时，可对目标测试件与所述靶标件进行多次载荷试验，通过在目标测试件上贴设一应变传感器，对目标测试件施加多个不同的预设载荷，得出目标测试件与靶标件在不同预设载荷时对应的应变值。

此外，当目标测试件为等径件时，还可对目标测试件与靶标件进行有限元计算，分别得到目标测试件以及靶标件在不同预设载荷下的应变值，本公开对此不做限制。

在步骤S600中，获取目标测试件的应变与载荷关系的第一曲线，以及靶标件的应变与载荷关系的第二曲线。

具体地，根据对目标测试件与靶标件进行有限元计算得到的目标测试件以及靶标件在不同载荷下的应变值，确定目标测试件的应变与载荷关系的第一曲线，以及靶标件的应变与载荷关系的第二曲线。

或者，根据对目标测试件与所述靶标件进行多次载荷试验得出的目标测试件与靶标件在不同预设载荷时对应的应变值，确定目标测试件的应变与载荷关系的第一曲线，以及靶标件的应变与载荷关系的第二曲线。

在步骤S700中，拟合所述第一曲线与所述第二曲线的曲线斜率，通过所述第一曲线与所述第二曲线的曲线斜率的比值，确定所述应变测量装置的应变放大倍数。

具体地，对第一曲线与第二曲线进行拟合，确定第一曲线与第二曲线的曲线斜率，根据第一曲线的曲线斜率与第二曲线的曲线斜率的比值确定应变放大倍数。

在步骤S800中，根据应变值与应变放大倍数，确定目标测试件的实际应变值。

具体地，测量装置测量的应变值除以应变放大倍数即为目标测试件的实际应变值。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (8)

1.一种应变测量装置，其特征在于，包括：

测量杆，用于并联在目标被测件上，所述测量杆包括依次连接的第一连接杆、靶标件和第二连接杆，所述第一连接杆与所述第二连接杆相离的端部分别与所述目标测试件连接；

其中，所述第一连接杆与所述第二连接杆的材料弹性模量至少为所述靶标杆的材料弹性模量的五十倍。

2.根据权利要求1所述的应变测量装置，其特征在于，所述应变测量装置还包括：

第一固定环，用于套设于所述目标测试件的第一端上，并与所述第一连接杆连接；

第二固定环，用于套设于所述目标测试件的第二端上，并与所述第一连接杆连接。

3.根据权利要求2所述的应变测量装置，其特征在于，所述应变测量装置还包括：

至少一个定位轴，一端与所述第一固定环连接，另一端与所述第二固定环连接。

4.根据权利要求2所述的应变测量装置，其特征在于，所述测量杆设置有多个，均匀分布在所述第一固定环与所述第二固定环之间。

5.根据权利要求3所述的应变测量装置，其特征在于，所述测量杆与所述定位轴的数量相同，且所述测量杆与所述定位轴均匀分布在所述第一固定环与所述第二固定环之间。

6.根据权利要求2所述的应变测量装置，其特征在于，所述第一固定环与所述第二固定环上均设有第一通孔，所述第一连接杆与所述第二连接杆相离的两端上均设有外螺纹且分别穿出所述第一通孔，所述第一连接杆与所述第二连接杆穿出所述第一通孔的端部上均设有螺母，通过调整所述螺母，能够给所述靶标件施加一预设拉力。

7.根据权利要求3所述的应变测量装置，其特征在于，所述定位轴包括定位轴主体与位于所述定位轴主体两端的插接部，所述第一固定环与所述第二固定环上均设有第二通孔，所述插接部与所述第二通孔间隙配合。

8.根据权利要求7所述的应变测量装置，其特征在于，所述插接部的直径大于或等于所述定位轴主体的直径。

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