專利名稱：應(yīng)變傳感器靈敏度系數(shù)的標定裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)變傳感器設(shè)計制造領(lǐng)域，尤其是非粘貼式應(yīng)變傳感器靈敏度系數(shù)的標定裝置及方法。
背景技術(shù)：
船舶與海洋結(jié)構(gòu)物以及大型橋梁等鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域需要對其結(jié)構(gòu)使用過程中的動響應(yīng)進行長期而可靠的測量，監(jiān)測結(jié)構(gòu)整體或局部的應(yīng)變大小，以便對結(jié)構(gòu)的安全性進行評估。傳統(tǒng)的粘貼式的電阻應(yīng)變片由于粘貼膠水隨時間會產(chǎn)生老化的問題，一般使用期不超過1年，不能滿足上述大型鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)安全性的長期可靠的監(jiān)測。非粘貼式的應(yīng)變傳感器的正好彌補了傳統(tǒng)粘貼式應(yīng)變傳感器長期可靠性的缺陷。為可靠地測量上述結(jié)構(gòu)物的動響應(yīng)，這種非粘貼式的應(yīng)變傳感器的靈敏度系數(shù)需要得到精確的標定，現(xiàn)有技術(shù)尚缺乏針對對非粘貼式應(yīng)變傳感器靈敏度系數(shù)的標定方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足進行研究和改進，提供了應(yīng)變傳感器靈敏度系數(shù)的標定裝置和方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
應(yīng)變傳感器靈敏度系數(shù)的標定裝置，包括工字鋼，工字鋼的上、下兩端分別連接工裝夾頭，兩個工裝夾頭分別設(shè)置定位槽，工字鋼分別通過該定位槽與上、下工裝夾頭焊接，工字鋼的一側(cè)面板設(shè)置側(cè)裝塊、且沿面板縱向中心線上粘貼布置四個電阻應(yīng)變片，工字鋼的另一側(cè)面板的對應(yīng)位置粘貼布置五個電阻應(yīng)變片，工字鋼的腹板上開有兩個安裝孔，腹板的一側(cè)面沿縱向中心線上粘貼布置四個電阻應(yīng)變片，腹板另一側(cè)面板的對稱位置粘貼布置五個電阻應(yīng)變片。應(yīng)變傳感器靈敏度系數(shù)的標定方法，其特征在于包括如下步驟
(1)將工字鋼的腹板、兩側(cè)面板上的應(yīng)變傳感器、應(yīng)變片都接到動態(tài)應(yīng)變儀中，標定時， 對拉伸試驗機的加載量進行分檔，為0KN、100KN、200KN、250KN、200KN、100KN和OKN共7檔的一個包括加載和卸載的過程；
(2)通過拉伸試驗機分檔加載后得到由動態(tài)應(yīng)變儀采集面板和腹板上的共20個應(yīng)變信號數(shù)據(jù)，分別得到各粘貼式應(yīng)變片的加載響應(yīng)曲線和非粘貼式應(yīng)變傳感器的加載響應(yīng)曲線.
一入 ，
(3)根據(jù)面板上9個粘貼式應(yīng)變片的加載曲線，得到每個應(yīng)變片對應(yīng)的工字鋼拉伸應(yīng)變系數(shù)，分別記為Cml，Cm2,…，Cm9，單位為μ ε /ΚΝ，腹板上的每個應(yīng)變片對應(yīng)的工字鋼拉伸應(yīng)變系數(shù)分別記為Cfl, Cf2,…，Cf9 ；
(4)根據(jù)非粘貼式應(yīng)變傳感器加載曲線，得到對應(yīng)面板(側(cè)裝)和腹板(垂裝)上傳感器的拉伸系數(shù)，記為Cm和Cf，單位為1/KN。最終的靈敏度系數(shù)GFm (側(cè)裝)和GFf (垂裝)的計算公式為
3GFm= [ (Cml+Cm2+."+Cm9) /9] /Cm ； GFf= [ (Cfl+Cf2+—+Cf9) /9]/Cf
本發(fā)明的技術(shù)效果在于結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，可以為非粘貼式應(yīng)變傳感器的實際應(yīng)用提供精確可靠的靈敏度系數(shù)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的爆炸示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種應(yīng)變傳感器靈敏度系數(shù)的標定裝置，見圖1、圖2其包括工字鋼 7,工字鋼7的上、下兩端分別連接工裝夾頭1、工裝夾頭4。見圖2，以工裝夾頭4為例，工裝夾頭4與工字鋼7的連接端面設(shè)置與其對應(yīng)的定位槽41，工裝夾頭1與工字鋼7的連接端面上同樣開有定位槽，工字鋼7安裝在定位槽41內(nèi)，工字鋼與工裝夾頭1、工裝夾頭4焊接成一體，以保證工字鋼受拉時的軸向受力狀態(tài)。在工字鋼7中部的一側(cè)面板上，分別對應(yīng)應(yīng)變傳感器的縱向尺寸焊接兩塊帶有側(cè)裝孔的鋼塊3，應(yīng)變傳感器側(cè)向安裝時可以與這兩塊鋼塊通過側(cè)向的螺栓連接固定。在工字鋼7中部的腹板上打開有兩個螺栓孔5，其孔間距與孔徑與應(yīng)變傳感器垂向安裝孔對應(yīng)，應(yīng)變傳感器與工字鋼7通過兩個螺栓孔5以及螺栓進行垂向的連接固定。工字鋼7兩側(cè)面板上分別粘貼電阻式應(yīng)變片2，其中安裝傳感器的一側(cè)面板上沿著面板的縱向中心線布置四個電阻式應(yīng)變片2，另一側(cè)面板對稱位置布置4片應(yīng)變片2，另外在側(cè)裝應(yīng)變傳感器的對稱位置也布置一片應(yīng)變片(圖中未畫出)，應(yīng)變片2的布置避開標定裝置上、下工裝夾頭的應(yīng)力集中區(qū)域。工字鋼7腹板安裝有應(yīng)變傳感器的一側(cè)沿著腹板的縱向中心線粘貼布置有四片電阻式應(yīng)變片3，在腹板的另一側(cè)對稱地布置四片應(yīng)變片3 (圖中未畫出)，另外在垂裝應(yīng)變傳感器的對稱位置也布置一片應(yīng)變片3 (圖中未畫出)。通過本發(fā)明進行應(yīng)變傳感器靈敏度系數(shù)的標定時，需要安裝到量程為300KN的拉伸試驗機上，可以同時進行面板上側(cè)向安裝的應(yīng)變傳感器和腹板上垂向安裝的應(yīng)變傳感器的靈敏度系數(shù)的標定。工字鋼7面板和腹板上的應(yīng)變傳感器、應(yīng)變片都接到動態(tài)應(yīng)變儀中， 這樣共20個應(yīng)變信號通過動態(tài)應(yīng)變儀傳輸?shù)叫盘柌杉嬎銠C中。標定時，對拉伸試驗機的加載量進行分檔，為0KN、100KN、200KN、250KN、200KN、100KN和OKN共7檔的一個包括加載和卸載的過程。通過相應(yīng)的計算方法，可精確地對側(cè)向安裝和垂向安裝的應(yīng)變傳感器同時進行靈敏度系數(shù)的標定，為非粘貼式應(yīng)變傳感器的實際應(yīng)用提供精確可靠的靈敏度系數(shù)。靈敏度系數(shù)標定方法如下通過拉伸試驗機分檔加載后得到由動態(tài)應(yīng)變儀采集面板和腹板上的共20個應(yīng)變信號數(shù)據(jù)，分別得到各粘貼式應(yīng)變片的加載響應(yīng)曲線和非粘貼式應(yīng)變傳感器的加載響應(yīng)曲線。根據(jù)面板上9個粘貼式應(yīng)變片的加載曲線，得到每個應(yīng)變片對應(yīng)的工字鋼拉伸應(yīng)變系數(shù)，分別記為Cml，Cm2，"《，Cm9，單位為μ ε/ΚΝ。對應(yīng)地，腹板上的每個應(yīng)變片對應(yīng)的工字鋼拉伸應(yīng)變系數(shù)分別記為Cfl，Cf2,…，Cf9。根據(jù)非粘貼式應(yīng)變傳感器加載曲線，得到對應(yīng)面板(側(cè)裝)和腹板(垂裝)上傳感器的拉伸系數(shù)，記為Cm和Cf，單位為1/KN。最終的靈敏度系數(shù)GFm (側(cè)裝)和GFf (垂裝)的計算公式為 GFm= [ (Cml+Cm2+."+Cm9) /9] /Cm ； GFf= [ (Cfl+Cf2+—+Cf9) /9]/Cf ο
本發(fā)明所述的靈敏度系數(shù)為反映某設(shè)計變量對可靠度的影響系數(shù)，即輸出變量與輸入變量之間的關(guān)系，為本領(lǐng)域的公知技術(shù)。前述拉伸應(yīng)變系數(shù)C的計算方法如下設(shè)加載量為xl，x2,. . . , xn,對應(yīng)的應(yīng)變片響應(yīng)量為yl，y2,. . . , yn,根據(jù)最小二乘法對上述數(shù)據(jù)進行最佳直線擬合，有y=Cx+b關(guān)系，C即為與每個χ值相對應(yīng)的系數(shù)。
權(quán)利要求
1.應(yīng)變傳感器靈敏度系數(shù)的標定裝置，其特征在于包括工字鋼，所述工字鋼的上、下兩端分別連接工裝夾頭，所述兩個工裝夾頭分別設(shè)置定位槽，所述工字鋼分別通過該定位槽與上、下工裝夾頭焊接，所述工字鋼的一側(cè)面板設(shè)置側(cè)裝板、且沿面板縱向中心線上粘貼布置四個電阻應(yīng)變片，所述工字鋼的另一側(cè)面板的對應(yīng)位置粘貼布置五個電阻應(yīng)變片，所述工字鋼的腹板上開有兩個安裝孔，所述腹板的一側(cè)面沿縱向中心線上粘貼布置四個電阻應(yīng)變片，所述腹板另一側(cè)面板的對稱位置粘貼布置五個電阻應(yīng)變片。
2.應(yīng)變傳感器靈敏度系數(shù)的標定方法，其特征在于包括如下步驟(1)將工字鋼的腹板、兩側(cè)面板上的應(yīng)變傳感器、應(yīng)變片都接到動態(tài)應(yīng)變儀中，標定時， 對拉伸試驗機的加載量進行分檔，為0KN、100KN、200KN、250KN、200KN、100KN和OKN共7檔的一個包括加載和卸載的過程；(2)通過拉伸試驗機分檔加載后得到由動態(tài)應(yīng)變儀采集面板和腹板上的共20個應(yīng)變信號數(shù)據(jù)，分別得到各粘貼式應(yīng)變片的加載響應(yīng)曲線和非粘貼式應(yīng)變傳感器的加載響應(yīng)曲線.一入 ，(3)根據(jù)面板上9個粘貼式應(yīng)變片的加載曲線，得到每個應(yīng)變片對應(yīng)的工字鋼拉伸應(yīng)變系數(shù)，分別記為Cml，Cm2,…，Cm9，單位為μ ε /ΚΝ，腹板上的每個應(yīng)變片對應(yīng)的工字鋼拉伸應(yīng)變系數(shù)分別記為Cfl, Cf2,…，Cf9 ；(4)根據(jù)非粘貼式應(yīng)變傳感器加載曲線，得到對應(yīng)面板(側(cè)裝)和腹板(垂裝)上傳感器的拉伸系數(shù)，記為Cm和Cf，單位為1/KN。
3.最終的靈敏度系數(shù)GFm(側(cè)裝)和GFf (垂裝)的計算公式為GFm= [ (Cml+Cm2+—+Cm9) /9]/Cm,GFf= [ (Cfl+Cf2+—+Cf9) /9]/Cf ο
全文摘要
本發(fā)明公開了應(yīng)變傳感器靈敏度系數(shù)的標定裝置和標定方法，包括工字鋼，工字鋼的上、下兩端分別連接工裝夾頭，兩個工裝夾頭分別設(shè)置定位槽，工字鋼分別通過該定位槽與上、下工裝夾頭焊接，工字鋼的一側(cè)面板設(shè)置側(cè)裝板、且沿面板縱向中心線上粘貼布置四個電阻應(yīng)變片，工字鋼的另一側(cè)面板的對應(yīng)位置粘貼布置五個電阻應(yīng)變片，工字鋼的腹板上開有兩個安裝孔，腹板的一側(cè)面沿縱向中心線上粘貼布置四個電阻應(yīng)變片，腹板另一側(cè)面板的對稱位置粘貼布置五個電阻應(yīng)變片；通過前述結(jié)構(gòu)進行試驗研究可以精確測得所需的靈敏度系數(shù)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，可以為非粘貼式應(yīng)變傳感器的實際應(yīng)用提供精確可靠的靈敏度系數(shù)。
文檔編號G01B7/16GK102243058SQ20111009478
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者吳世海, 汪雪良, 胡嘉駿, 顧學(xué)康, 魏納新 申請人:中國船舶重工集團公司第七○二研究所