一種動(dòng)態(tài)量測角位移的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地震工程結(jié)構(gòu)變形實(shí)時(shí)監(jiān)測的技術(shù)領(lǐng)域，尤其適于在地震、機(jī)電振動(dòng) 等快速加載條件下的工程結(jié)構(gòu)部件間角位移的快速動(dòng)態(tài)變形測量，適合在小尺寸模型試驗(yàn) 中或工程監(jiān)測中采用，特別是將動(dòng)態(tài)角位移量測轉(zhuǎn)變成線位移量測的一種動(dòng)態(tài)量測角位移 的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在地震、機(jī)電振動(dòng)等動(dòng)載作用下，結(jié)構(gòu)部件間會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的相對(duì)角位移的動(dòng)態(tài)快 速變化，如測量±建工程中的鋼結(jié)構(gòu)懸臂梁固結(jié)端動(dòng)態(tài)角位移。該角度變化值大小將直接 關(guān)系到結(jié)構(gòu)的可靠度W及評(píng)價(jià)塑性角的產(chǎn)生與發(fā)展，繼而在某些情況下會(huì)嚴(yán)重降低結(jié)構(gòu)的 使用期限，會(huì)關(guān)系到工程結(jié)構(gòu)的抗震安全與否。目前，角位移測量裝置大多是基于光柵、角 位移傳感器等運(yùn)用電子傳感器來直接測量角位移的。較本發(fā)明來說所采用的直接測量角位 移的裝置安裝要求高，結(jié)構(gòu)體型較大，造價(jià)昂貴，往往局限于測量緩慢變化的角位移，不利 于在地震、機(jī)電振動(dòng)等高頻荷載作用下的快速動(dòng)態(tài)變化的角位移的測量，且不適用于在± 木結(jié)構(gòu)模型動(dòng)載試驗(yàn)中一次性大量采用。另外基于精密螺紋絲杠將動(dòng)態(tài)角位移量測轉(zhuǎn)換成 指定方向的線位移量測的裝置在±木工程結(jié)構(gòu)快速變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測的技術(shù)領(lǐng)域中尚未見 報(bào)導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明是一種動(dòng)態(tài)量測角位移的裝置，克服現(xiàn)有裝置不能方便應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)部 件間快速動(dòng)態(tài)變化角位移的測量W及小尺寸模型試驗(yàn)和工程實(shí)時(shí)監(jiān)測中；解決現(xiàn)有角位移 測量裝置安裝要求高，造價(jià)昂貴，不利于在±木結(jié)構(gòu)模型動(dòng)載試驗(yàn)中一次性大量采用的現(xiàn) 狀。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0005] 本發(fā)明的一種動(dòng)態(tài)量測角位移的裝置，包括金屬板a、金屬板b、螺紋套筒、套筒、 限位孔、精密螺紋絲杠、方形桿、金屬應(yīng)變載片、應(yīng)變片、應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀、結(jié)構(gòu)面a和結(jié)構(gòu) 面b ;金屬板a固定在結(jié)構(gòu)面a上，金屬板b固定在結(jié)構(gòu)面b上，金屬板a和金屬板b均連接 有螺紋套筒，螺紋套筒外接有套筒，套筒內(nèi)設(shè)置限位孔；精密螺紋絲杠裝填在螺紋套筒中， 精密螺紋絲杠的一端外接方形桿，方形桿穿過限位孔，方形桿與套筒之間設(shè)置金屬應(yīng)變載 片，金屬應(yīng)變載片上貼有應(yīng)變片，應(yīng)變片通過電導(dǎo)線連接于應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀。
[0006] 在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在螺紋套筒和精密螺紋絲杠之間W及限位孔處添加適量機(jī)油， W保證構(gòu)件相互作用時(shí)的光滑性，減少動(dòng)態(tài)角位移量測誤差。
[0007] 對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的測量精度要求，可改變彎曲應(yīng)變載片的形狀W達(dá)到所需精度。采 用避免測量設(shè)備對(duì)所測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反向約束作用的彎曲應(yīng)變載片，一般選用剛度小、質(zhì)量輕 的彎曲應(yīng)變載片。
[000引本發(fā)明將動(dòng)態(tài)角位移轉(zhuǎn)變成指定方向的線位移，并根據(jù)線位移和彎曲應(yīng)變載片應(yīng) 變量測值的比例關(guān)系，利用技術(shù)成熟的應(yīng)變片技術(shù)動(dòng)態(tài)量測線位移，最后反推出角位移的 值。其測值可靠，數(shù)據(jù)分析簡單，利于地震、機(jī)電振動(dòng)等短時(shí)快速加載過程中結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)角位 移的量測。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010] 圖2是本發(fā)明的裝置沿軸屯、的平面剖視圖。
[0011] 圖3是本發(fā)明的螺紋套筒、金屬板、套筒和方形孔裝配示意圖。
[0012] 圖中；1金屬板a, 2金屬板b，3螺紋套筒，4套筒，5限位孔，6精密螺紋絲杠，7方 形桿，8金屬應(yīng)變載片，9應(yīng)變片，10應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀，11結(jié)構(gòu)面a, 12結(jié)構(gòu)面b。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖，詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0014] 如圖所示，在金屬板a的一條邊上間段布置螺紋套筒3,在金屬板b的一條邊上也 間斷布置帶螺紋套筒3,確保螺紋套筒3的中屯、軸與兩金屬板下表面的轉(zhuǎn)動(dòng)軸重合。在螺紋 套筒3的一端外接一個(gè)與螺紋套筒3等直徑的套筒4,保證金屬套筒5和螺紋套筒3的中屯、 軸處在同一直線上，并在套筒4中設(shè)置一個(gè)限位孔5。
[0015] 如圖所示，螺紋套筒3相互之間咬合在一起，使兩金屬板能繞螺紋套筒3的中屯、軸 轉(zhuǎn)動(dòng)。將精密螺紋絲杠6裝填在螺紋套筒3中，確保螺紋套筒3的螺紋和精密螺紋絲杠6 的螺紋咬合在一起。根據(jù)螺紋的特性，螺紋套筒3轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與精密螺紋絲杠6沿指定方 向前進(jìn)或后退的距離是成比例的，其比例系數(shù)為I，該就建立了結(jié)構(gòu)面動(dòng)態(tài)角位移0與精 密螺紋絲杠沿指定方向線位移L的數(shù)值關(guān)系。其表達(dá)關(guān)系式如下：
[0016] 目二 CL
[0017] 在精密螺紋絲杠6的一端外接方形桿7,并使方形桿恰好穿過布置在套筒4內(nèi)的限 位孔6, W保證在測量過程中精密螺紋絲杠4不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，只能沿著指定方向運(yùn)動(dòng)，從而保證 測量的精確性。
[001引在套筒4和方形桿7之間連接彎曲應(yīng)變載片8,并在彎曲應(yīng)變載片8上貼上應(yīng)變 片9。彎曲應(yīng)變載片8的剛度小，質(zhì)量輕，基本避免了測量設(shè)備對(duì)所測結(jié)構(gòu)的反向約束作用。 在測量過程中，應(yīng)保證彎曲應(yīng)變載片始終處在彈性范圍內(nèi)。應(yīng)變片9的應(yīng)變量測值是通過 應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀10實(shí)時(shí)監(jiān)測跟蹤的。根據(jù)應(yīng)變片9的應(yīng)變量測值e與精密螺紋絲杠6的 線位移L的比例關(guān)系，其比例系數(shù)為a。貝阿W確定出應(yīng)變量測值e和線位移的L數(shù)值表 達(dá)式，其表達(dá)式如下所示：
[0019] e = aL
[0020] 最后聯(lián)立兩表達(dá)式可W得出結(jié)構(gòu)面動(dòng)態(tài)角位移0和應(yīng)變量測值e的數(shù)值關(guān)系， 其表達(dá)式如下所示： 多
[0021] Q 二-G
[0022] 金屬板a是固定在結(jié)構(gòu)面a上的，金屬板b是固定在結(jié)構(gòu)面b上的。在兩結(jié)構(gòu)面 交線處挖出一部分，放入螺紋套筒，使裝置能很好的固定在結(jié)構(gòu)面上。則金屬板的轉(zhuǎn)動(dòng)角位 移就等于結(jié)構(gòu)面的角位移。
[0023] 通過該個(gè)裝置，該就將空間動(dòng)態(tài)角位移量測問題轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變成了線位移量測問題，繼 而可W利用成熟的應(yīng)變片測量技術(shù)實(shí)時(shí)快速監(jiān)測結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)角位移變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種動(dòng)態(tài)量測角位移的裝置，其特征在于： 該裝置包括金屬板a、金屬板b、螺紋套筒（3)、套筒（4)、限位孔（5)、精密螺紋絲杠 (6)、方形桿（7)、金屬應(yīng)變載片（8)、應(yīng)變片（9)、應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀（10)、結(jié)構(gòu)面a和結(jié)構(gòu)面b;金屬板a固定在結(jié)構(gòu)面a上，金屬板b固定在結(jié)構(gòu)面b上，金屬板a和金屬板b均連接 有螺紋套筒（3)，螺紋套筒（3)外接有套筒（4)，套筒（4)內(nèi)設(shè)置限位孔（5);精密螺紋絲杠 (6)裝填在螺紋套筒（3)中，精密螺紋絲杠（6)的一端外接有方形桿（7)，方形桿（7)穿過 限位孔（5)，方形桿（7)與套筒（4)之間設(shè)置金屬應(yīng)變載片（8)，金屬應(yīng)變載片（8)上貼有 應(yīng)變片（9)，應(yīng)變片（9)通過電導(dǎo)線連接于應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀（10)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：采用避免測量設(shè)備對(duì)所測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反向 約束作用的彎曲應(yīng)變載片。
3. 采用權(quán)利要求1或2所述裝置動(dòng)態(tài)量測角位移的方法，其特征在于以下步驟： 在金屬板a的一條邊上間段布置螺紋套筒（3)，在金屬板b的一條邊上也間斷布置帶螺 紋套筒（3)，確保螺紋套筒（3)的中心軸與兩金屬板下表面的轉(zhuǎn)動(dòng)軸重合；在螺紋套筒（3) 的一端外接一個(gè)與螺紋套筒（3)等直徑的套筒（4)，保證金屬套筒（5)和螺紋套筒（3)的中 心軸處在同一直線上，并在套筒（4)中設(shè)置一個(gè)限位孔（5); 螺紋套筒（3)相互之間咬合在一起，使兩金屬板能繞螺紋套筒（3)的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；將精 密螺紋絲杠（6)裝填在螺紋套筒（3)中，確保螺紋套筒（3)的螺紋和精密螺紋絲杠（6)的 螺紋咬合在一起；根據(jù)螺紋的特性，螺紋套筒（3)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與精密螺紋絲杠（6)沿指定方 向前進(jìn)或后退的距離是成比例的，其比例系數(shù)為I，建立結(jié)構(gòu)面動(dòng)態(tài)角位移0與精密螺紋 絲杠沿指定方向線位移L的數(shù)值關(guān)系；其表達(dá)關(guān)系式如下： 0. CL 在精密螺紋絲杠（6)的一端外接方形桿（7)，并使方形桿恰好穿過布置在套筒（4)內(nèi)的 限位孔（6)，以保證在測量過程中精密螺紋絲杠（4)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，只能沿著指定方向運(yùn)動(dòng)； 在套筒（4)和方形桿（7)之間連接彎曲應(yīng)變載片（8)，并在彎曲應(yīng)變載片（8)上貼上 應(yīng)變片（9);應(yīng)變片（9)的應(yīng)變量測值是通過應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀（10)實(shí)時(shí)監(jiān)測跟蹤的；根據(jù) 應(yīng)變片（9)的應(yīng)變量測值e與精密螺紋絲杠（6)的線位移L的比例關(guān)系，其比例系數(shù)為a; 則確定出應(yīng)變量測值e和線位移的L數(shù)值表達(dá)式，其表達(dá)式如下所示： e=aL； 聯(lián)立兩表達(dá)式得出結(jié)構(gòu)面動(dòng)態(tài)角位移0和應(yīng)變量測值e的數(shù)值關(guān)系，其表達(dá)式如下 所示：
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種動(dòng)態(tài)量測角位移的裝置及方法，該裝置將金屬板a固定在結(jié)構(gòu)面a上，金屬板b固定在結(jié)構(gòu)面b上，金屬板a和金屬板b均連接有的螺紋套筒，螺紋套筒外接有套筒，在套筒內(nèi)設(shè)置限位孔；精密螺紋絲杠裝填在螺紋套筒之中，精密螺紋絲杠的一端外接有方形桿，方形桿穿過限位孔，在方形桿與套筒之間設(shè)置金屬應(yīng)變載片，金屬應(yīng)變載片上貼有應(yīng)變片，應(yīng)變片通過電導(dǎo)線連接于應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀。本發(fā)明將繞軸心轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移轉(zhuǎn)換成指定方向的線位移，以應(yīng)變片技術(shù)動(dòng)態(tài)測量值為依據(jù)，有利于在地震、機(jī)電振動(dòng)等快速加載條件下工程結(jié)構(gòu)部件間快速動(dòng)態(tài)變化的角位移的測量，適合在小尺寸模型試驗(yàn)中或工程監(jiān)測中采用。
【IPC分類】G01B7-30
【公開號(hào)】CN104567655
【申請?zhí)枴緾N201510026841
【發(fā)明人】李建波, 梅潤雨, 周磊, 劉俊, 林皋
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月19日