專利名稱：系泊船舶撞擊能量傳感器及其測(cè)量撞擊能量的方法
系泊船舶撞擊能量傳感器及其測(cè)量撞擊能量的方法主要應(yīng)用在海洋工程系泊船舶模型試驗(yàn)中，屬于海洋工程模型試驗(yàn)領(lǐng)域。
海洋工程系泊船舶模型試驗(yàn)在我國最先起于1974年。1973年我國開始建造第一座10萬噸原油出口碼頭，本工程設(shè)計(jì)由大連理工大學(xué)承擔(dān)，有關(guān)該工程的模型試驗(yàn)也由大連理工大學(xué)承擔(dān)。該種模型試驗(yàn)在國內(nèi)也是首次進(jìn)行，在模型試驗(yàn)中需進(jìn)行系泊船舶撞擊能量的測(cè)試。由于沒有現(xiàn)成可用的傳感器，自制了測(cè)力測(cè)變位裝置傳感器。
現(xiàn)有的測(cè)力測(cè)變位裝置傳感器由橡膠體、反力計(jì)和變位計(jì)三部分組成。船撞擊橡膠體，橡膠體將力傳到反力計(jì)上同時(shí)自身發(fā)生壓縮變形，變形時(shí)帶動(dòng)變位計(jì)，根據(jù)反力計(jì)和變位計(jì)的同步測(cè)量結(jié)果可計(jì)算撞擊能量。由于變位計(jì)為一懸臂磷銅片，它的存在影響護(hù)舷本身的變形，造成護(hù)舷彈性的增大，致使試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生偏差；變位計(jì)的懸臂磷銅片，下端支于護(hù)舷頂板上，在船舶的外力作用下，有時(shí)會(huì)彈出，造成試驗(yàn)失??；測(cè)力計(jì)、變位計(jì)均為懸臂梁結(jié)構(gòu)，貼的電阻絲片均裸露在外，很容易被損壞；測(cè)力計(jì)、變位計(jì)為分體結(jié)構(gòu)，每次試驗(yàn)前，必須進(jìn)行組裝，并分別標(biāo)定，花費(fèi)較多時(shí)間。
實(shí)際試驗(yàn)中，護(hù)舷的個(gè)數(shù)可能多個(gè)，撞擊的次數(shù)15～120，分析工作量大，只能評(píng)經(jīng)驗(yàn)挑取，進(jìn)行示波圖的分析，誤差較大。
本發(fā)明的目的是提供一種一體準(zhǔn)確快速測(cè)量、設(shè)備安全工作的系泊船舶撞擊能量傳感器及其測(cè)量撞擊能量的方法。
本發(fā)明的工作原理是變參數(shù)傳感器，傳感器測(cè)力片用懸臂梁結(jié)構(gòu)、電阻參數(shù)變化，測(cè)變位用電容參數(shù)變化、其結(jié)構(gòu)為滑動(dòng)式懸板，測(cè)變位時(shí)不影響護(hù)舷的變形，將測(cè)力、測(cè)變位組合成一體，便于安裝，測(cè)量所用電器元件集中放置在一個(gè)合金鋁制方盒中不裸露在外，不宜損壞。
試驗(yàn)船舶在外力作用下，船舶撞擊到，使測(cè)變形板(3)滑動(dòng)，使盒體(10)中金屬圈(5)、金屬圈(12)和金屬圈(15)構(gòu)成的電容發(fā)生變化，撞擊塊(2)移動(dòng)的同時(shí)，使模型護(hù)舷(1)被壓縮，其反力作用到測(cè)力板(4)，導(dǎo)致盒體(10)中的感應(yīng)片(7)、感應(yīng)片(8)、感應(yīng)片(13)和感應(yīng)片(14)的電阻發(fā)生變化，這樣就將模型護(hù)舷(1)在外力作用下的變形和力，分別轉(zhuǎn)化為兩個(gè)電的信號(hào)，根據(jù)事先的標(biāo)定，可同步計(jì)算出變形和力的大小，從而計(jì)算出撞擊能量。數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置(16)記錄兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)是撞擊力，一個(gè)是護(hù)舷的變形，并要求同步記錄，變形達(dá)到最大時(shí)，所對(duì)應(yīng)的力，被測(cè)出，然后根據(jù)力與變形的關(guān)系，計(jì)算出能量，即能量E＝1/2h*f。試驗(yàn)時(shí)，可有n個(gè)護(hù)舷，每組試驗(yàn)有m個(gè)波浪作用。這樣一組試驗(yàn)將有n×m個(gè)能量E。單個(gè)能量計(jì)算出來后，還要進(jìn)行組合，現(xiàn)以兩個(gè)護(hù)舷為例。護(hù)舷A和護(hù)舷B。在一列波浪作用下，首先以護(hù)舷A為準(zhǔn)，如撞擊6次得出6個(gè)能量值，為A1～A6。同時(shí)護(hù)舷B相應(yīng)撞擊6次得出6個(gè)能量值，由于各護(hù)舷撞擊的不同，然后再以護(hù)舷B為準(zhǔn)，如撞擊5次得出5個(gè)能量值，為B1～B5。同時(shí)護(hù)舷A相應(yīng)撞擊5次得出5個(gè)能量值，進(jìn)行組合，得出能量E1～E11。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，系泊船舶撞擊能量傳感器包括模型護(hù)舷(1)、撞擊塊(2)、測(cè)變形板(3)、測(cè)力板(4)、固定板(6)、感應(yīng)片(7)、感應(yīng)片(8)、感應(yīng)片(13)、感應(yīng)片(14)和數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置(16)，模型護(hù)舷(1)一端與測(cè)力板(4)連接，另一端與測(cè)變形板(3)連接，撞擊塊(2)固定在測(cè)變形板(3)上，感應(yīng)片(7)和感應(yīng)片(14)與測(cè)力板(4)的下面連接，感應(yīng)片(8)和感應(yīng)片(13)與測(cè)力板(4)的上面連接，感應(yīng)片(7)、感應(yīng)片(8)、感應(yīng)片(13)和感應(yīng)片(14)連接成惠斯登電橋與數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置(16)連接，它特殊在，還包括金屬圈(5)、固定板(9)、盒體(10)、棒(11)、金屬圈(12)和金屬圈(15)，將穿過固定在測(cè)變形板(3)上的金屬圈(5)、金屬圈(12)的套有金屬圈(15)的棒(11)固定在固定板(9)上，將固定板(9)與盒體(10)固定連接，金屬圈(5)、金屬圈(12)和金屬圈(15)構(gòu)成的電容與數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置(16)連接，測(cè)力板(4)的另一與端盒體(10)連接。
金屬圈(5)和金屬圈(12)從上、下穿過測(cè)變形板(3)的孔連接在一起，并固定在測(cè)變形板(3)上。
金屬圈(15)嵌在棒(11)上。
撞擊撞擊塊(2)，使測(cè)變形板(3)向下移動(dòng)，通過模型護(hù)舷(1)對(duì)測(cè)力板(4)施加力，它特殊在，測(cè)變形板(3)向下移動(dòng)時(shí)，金屬圈(5)、金屬圈(12)和金屬圈(15)構(gòu)成的電容發(fā)生變化，將測(cè)變形板(3)位置變化和模型護(hù)舷(1)變形的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，輸出到數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置(16)，測(cè)出模型護(hù)舷(1)的變形；測(cè)力板(4)受力后，感應(yīng)片(7)、感應(yīng)片(8)、感應(yīng)片(13)和感應(yīng)片(14)的電阻發(fā)生變化，將測(cè)力板(4)的受力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，輸出到數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置，測(cè)出撞擊在模型護(hù)舷(1)上的力，數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置(16)根據(jù)力與變形的關(guān)系，得到撞擊在模型護(hù)舷(1)上的能量。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)變位板是采用可位移的型式，避免了在測(cè)試過程中對(duì)護(hù)舷彈性的影響；電器元件集中裝在一個(gè)封閉的方盒內(nèi)，起到了保護(hù)作用，延長(zhǎng)了儀器的使用壽命；整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，適用于各類橡膠護(hù)舷，便于更換。由于本傳感器為一整體，安裝簡(jiǎn)便。使用本測(cè)量方法后，可大大提高工作效率，同時(shí)保證了試驗(yàn)精度下面結(jié)合附圖和是實(shí)力對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的A-A剖視圖，將模型護(hù)舷(1)一端與測(cè)力板(4)固定連接，另一端與測(cè)變形板(3)固定連接，撞擊塊(2)固定在測(cè)變形板(3)上，測(cè)力板(4)的另一與端盒體(10)連接，感應(yīng)片(7)和感應(yīng)片(14)與測(cè)力板(4)的下面連接，感應(yīng)片(8)和感應(yīng)片(13)與測(cè)力板(4)的上面連接，感應(yīng)片(7)、感應(yīng)片(8)、感應(yīng)片(13)和感應(yīng)片(14)連接成惠斯登電橋與數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置(16)連接，金屬圈(5)和金屬圈(12)邊沿凸起，從上、下穿過測(cè)變形板(3)的孔通過絲扣連接在一起，并固定在測(cè)變形板(3)上，將穿過固定在測(cè)變形板(3)上的金屬圈(5)、金屬圈(12)的嵌有金屬圈(15)的棒(11)固定在固定板(9)上，將固定板(9)與盒體(10)固定連接；金屬圈(5)、金屬圈(12)和金屬圈(15)構(gòu)成的電容與數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置(16)連接。
撞擊撞擊塊(2)，使測(cè)變形板(3)向下移動(dòng)，通過模型護(hù)舷(1)對(duì)測(cè)力板(4)施加力，它特殊在，測(cè)變形板(3)向下移動(dòng)時(shí)，金屬圈(5)、金屬圈(12)和金屬圈(15)構(gòu)成的電容發(fā)生變化，將測(cè)變形板(3)位置變化和模型護(hù)舷(1)變形的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，輸出到數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置(16)，測(cè)出模型護(hù)舷(1)的變形；測(cè)力板(4)受力后，感應(yīng)片(7)、感應(yīng)片(8)、感應(yīng)片(13)和感應(yīng)片(14)的電阻發(fā)生變化，將測(cè)力板(4)的受力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，輸出到數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置，測(cè)出撞擊在模型護(hù)舷(1)上的力，數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置(16)根據(jù)力與變形的關(guān)系，得到撞擊在模型護(hù)舷(1)上的能量。
權(quán)利要求
1.系泊船舶撞擊能量傳感器包括模型護(hù)舷(1)、撞擊塊(2)、測(cè)變形板(3)、測(cè)力板(4)、固定板(6)、感應(yīng)片(7)、感應(yīng)片(8)、感應(yīng)片(13)、感應(yīng)片(14)和數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置(16)，模型護(hù)舷(1)一端與測(cè)力板(4)連接，另一端與測(cè)變形板(3)連接，撞擊塊(2)固定在測(cè)變形板(3)上，感應(yīng)片(7)和感應(yīng)片(14)與測(cè)力板(4)的下面連接，感應(yīng)片(8)和感應(yīng)片(13)與測(cè)力板(4)的上面連接，感應(yīng)片(7)、感應(yīng)片(8)、感應(yīng)片(13)和感應(yīng)片(14)連接成惠斯登電橋與數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置(16)連接，其特征在于，還包括金屬圈(5)、固定板(9)、盒體(10)、棒(11)、金屬圈(12)和金屬圈(15)，將穿過固定在測(cè)變形板(3)上的金屬圈(5)、金屬圈(12)的套有金屬圈(15)的棒(11)固定在固定板(9)上，將固定板(9)與盒體(10)固定連接，金屬圈(5)、金屬圈(12)和金屬圈(15)構(gòu)成的電容與數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置(16)連接，測(cè)力板(4)的另一與端盒體(10)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系泊船舶撞擊能量傳感器，其特征在于，金屬圈(5)和金屬圈(12)從上、下穿過測(cè)變形板(3)的孔連接在一起，并固定在測(cè)變形板(3)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系泊船舶撞擊能量傳感器，其特征在于，金屬圈(15)嵌在棒(11)上。
4.用權(quán)利要求1所述的系泊船舶撞擊能量傳感器測(cè)量撞擊能量的方法是，撞擊撞擊塊(2)，使測(cè)變形板(3)向下移動(dòng)，通過模型護(hù)舷(1)對(duì)測(cè)力板(4)施加力，其特征在于，測(cè)變形板(3)向下移動(dòng)時(shí)，金屬圈(5)、金屬圈(12)和金屬圈(15)構(gòu)成的電容發(fā)生變化，將測(cè)變形板(3)位置變化和模型護(hù)舷(1)變形的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，輸出到數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置(16)，測(cè)出模型護(hù)舷(1)的變形；測(cè)力板(4)受力后，感應(yīng)片(7)、感應(yīng)片(8)、感應(yīng)片(13)和感應(yīng)片(14)的電阻發(fā)生變化，將測(cè)力板(4)的受力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，輸出到數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置，測(cè)出撞擊在模型護(hù)舷(1)上的力，數(shù)據(jù)測(cè)量處理裝置(16)根據(jù)力與變形的關(guān)系，得到撞擊在模型護(hù)舷(1)上的能量。
全文摘要
系泊船舶撞擊能量傳感器及其測(cè)量撞擊能量的方法屬于海洋工程試驗(yàn)?zāi)Ｐ皖I(lǐng)域。由測(cè)量模型護(hù)舷(1)的變形和受力兩部分組成,通過測(cè)量測(cè)變形板(3)上的電容變化和測(cè)力板(4)上惠斯登電橋中的電阻變化,得到模型護(hù)舷(1)的變形和受力值,從而得到模型護(hù)舷受撞擊的能量。其性能穩(wěn)定,大大提高試驗(yàn)速度,安裝簡(jiǎn)便,試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度較高。
文檔編號(hào)G01L5/00GK1363831SQ0110150
公開日2002年8月14日 申請(qǐng)日期2001年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月2日
發(fā)明者王鳳龍, 孫楊, 劉長(zhǎng)山 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)