梁式倾角传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种梁式倾角传感器，在悬臂梁的悬置末端设置重块，当悬臂梁相对水平面发生倾斜时，该重块对悬臂梁施加的弯矩发生变化，悬臂梁的应变亦随之变化，进而由应变片检测该应变而获得悬臂梁的倾斜角度的变化信息。本实用新型专利技术提供的梁式倾角传感器精度高、受温度变化影响小，造价低。

【技术实现步骤摘要】
梁式倾角传感器
本技术涉及一种倾角传感器，尤其是一种梁式倾角传感器。
技术介绍
目前国内外有各种倾角传感器，如MEMS(即微机电系统Micro-Electro-MechanicalSystem的缩写)倾角传感器、光纤光栅倾角传感器、光学倾角传感器(即光电水平仪)等。其中，MEMS倾角传感器是一种运用惯性原理的加速度传感器，即通过测量重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角来实现倾角测量，其特点是测试精度高、测量范围较大，缺点是容易受到温度影响，价格高。光纤光栅倾角传感器是通过测量光通过光纤光栅后波长的变化，来测量引起该变化的物理量，如温度、应力、应变等，光纤光栅倾角传感需通过物理转换将测得的物理量转换成为倾角。其缺点是测试精度比MEMS倾角传感器的精度低，受温度变化影响大、价格高，而且无法同时测量多轴向应变。光电水平仪是采用光学分度头法、多面棱体法等进行角度测量，其利用线列CCD，借助光电转换的原理，可获得直接的数字信号输出。其优点是具有很好的实时性和较高的精度、测量范围大等，其缺点是易受下雨、雾天等环境条件的影响，且需在现场测试，成本高。由此可知，目前尚没有一种精度高、受温度变化影响小、造价低的倾角传感器。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本技术提供一种梁式倾角传感器，在悬臂梁的悬置末端设置重块，当悬臂梁相对水平面发生倾斜时，该重块对悬臂梁施加的弯矩发生变化，悬臂梁的应变亦随之变化，进而由应变片检测该应变而获得悬臂梁的倾斜角度的变化信息。本技术提供的梁式倾角传感器精度高、受温度变化影响小，造价低。(二)技术方案为了达到上述目的，本技术采用的主要技术方案包括：一种梁式倾角传感器，其包括：基座；悬臂梁，所述悬臂梁具有相对的第一端和第二端，以及相对的第一侧面和第二侧面，所述第一端固定于所述基座，所述第二端自由悬置，所述第一侧面和/或第二侧面与竖直向下方向具有预定夹角α；重块，所述重块具有预定质量m，设置于所述第二端的末端；以及至少一个应变片，所述应变片设置在所述第一侧面和/或第二侧面上靠近所述第一端的位置，与所述重块的重心之间具有预定距离L，用于检测所述悬臂梁因所述重块的重力在水平方向的分力F的变化而产生的应变变化。优选地，所述的梁式倾角传感器中，预定夹角α大于0°。优选地，所述的梁式倾角传感器中，所述基座具有安装槽或安装孔，所述悬臂梁具有安装部，所述安装部与所述安装槽或安装孔相适配。优选地，所述的梁式倾角传感器，还包括：固定件，所述悬臂梁通过所述固定件固定于所述安装槽或安装孔。优选地，所述的梁式倾角传感器中，所述基座由左基座和右基座构成，所述安装槽或安装孔的一部分设于所述左基座，另一部分设于所述右基座，二者组合构成所述安装槽或安装孔；所述安装部嵌入于所述安装槽或安装孔，所述固定件为螺栓，所述螺栓穿过与所述安装槽或安装孔相分离的穿孔将所述安装部夹固于所述基座。优选地，所述的梁式倾角传感器中，所述悬臂梁为金属。优选地，所述的梁式倾角传感器中，多个应变片对称地设置于所述悬臂梁的第一侧面和第二侧面上。(三)有益效果本技术的有益效果是：本技术的梁式倾角传感器，包括具有预设悬置角度的悬臂梁，及在悬臂梁的悬置末端设置的重块，利用该重块在竖直方向的重力对悬臂梁的固定端施加基础弯矩，并由应变片检测悬臂梁固定端相应的基础应变；当悬臂梁相对水平面发生倾斜时，该重块在竖直方向的重力对悬臂梁施加的实时弯矩发生变化，悬臂梁固定端的实时应变也发生变化。由应变片检测悬臂梁固定端的实时应变，并通过与基础应变对比，即可得到悬臂梁的倾斜角度变化信息。该种结构设置将微小的倾斜角度变化转换成梁结构的应变变化，在显著提高倾角检测精度的同时，得以利用传统的应变测试技术，使传感器受温度变化的影响大大减小，而且造价得以降低。附图说明图1为本技术的工作原理示意图；图2为本技术的另一工作原理示意图；图3为本技术一个实施例的结构示意图(正剖视图)；图4为图3的I-I向剖视图；图5为本技术另一个实施例的结构示意图(正视图)。【附图标记说明】1：悬臂梁；2：重块；3：应变片；4：基座；5：连接螺栓；6：固定螺栓。具体实施方式为了更好的解释本技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本技术作详细描述。如图1所示，本技术提供的梁式倾角传感器的工作原理为：在一端固定，另一端以角度α悬置的悬臂梁1的悬置末端设置质量为m，重力为G的重块2，则重块2作用于悬臂梁1的第二端的在水平方向的分力F为：F＝Gtanα。重块2作用于横截面为矩形的悬臂梁1的第一端的弯矩M、应力σ和应变ε分别为：M＝FLcosα；其中，W为应变片粘贴处梁本体的抗弯截面模量，b为应变片粘贴处梁本体的宽度，h为应变片粘贴处梁本体的厚度，E为梁所使用的材料的弹性模量。如图2所示，本技术提供的梁式倾角传感器跟随其所固定设置的结构刚性运动而相对于水平面倾斜角度β时，重块2作用于悬臂梁1的第二端的在水平方向的分力F＇为：F′＝Gtan(α+β)重块2作用于横截面为矩形的悬臂梁1的第一端的弯矩M＇、应力σ＇和应变ε＇分别为：M′＝F′Lcos(α+β)；应变增量为：在悬臂梁1的固定端设置多个应变片并将该多个应变片组成电桥，则通过检测梁本体的应变可以间接地监测检测到悬臂梁相对于水平面的倾斜角度的变化。需要说明的是，以上各公式以矩形截面梁为例。在具体实施时，可以根据测试需要，设置具有圆形、椭圆形、及各种所需形状的横截面的梁本体。同样地，在具体实施时，可以根据测试需要，设置金属或非金属等各类材质的梁本体。尤其在考虑到野外安装环境下的耐雨淋耐腐蚀要求，可以对金属材质的梁本体进行防腐表面处理。同样地，在具体实施时，可以根据测试需要，设置能够较好地对梁本体施加弯矩的重块，该重块的材质、外部轮廓和形状可以灵活选择。同样地，在具体实施时，在将悬臂梁固定在待测结构时，可以采用将悬臂梁安装在基座上，并将基座安装在待测结构上的固定方式；在将悬臂梁安装在基座上时，可以采用分别在基座上和梁本体上设置相互适配的连接件将基座和梁本体连接在一起；也可以采用将基座和梁本体一体式制作的方式将基座和梁本体连接在一起。本技术提供的梁式倾角传感器将倾斜角度的微小变化放大为梁本体的应变变化，在显著提高倾角检测精度的同时，利用传统的应变测试技术，使倾角传感器受温度变化的影响大大减小，而且传感器的造价得以降低。为了实现倾斜角度的微小变化放大为梁本体的应变变化，本技术提供的梁式倾角传感器的尺寸较大，因此，更适合应用于对传感器的安装尺寸没有限制、对倾角测试精度要求高的场合，如桥梁墩台的倾斜、相对沉降、大跨度桥梁的挠度测试等。在具体实施时，根据选择的梁本体的材料的容许应力和应变，以及倾斜角度的测量范围，按上述公式设计计算悬臂梁的厚度h、宽度b、长度L和重物的重量G，即可实现精准、便捷地对待测结构的倾斜角进行测量。相应地，在梁本体为各处横截面均为矩形形状时，该重块采用尺寸相适配的长方体外形。如图3和图4所示，本技术一个实施例的梁式倾角传感器，包括基座4，悬臂梁1，悬臂梁1具有相对的第一端和第二端，以及相对的第一侧面和第二侧面，该第一端固定于基座1，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梁式倾角传感器，其特征在于，其包括：基座；悬臂梁，所述悬臂梁具有相对的第一端和第二端，以及相对的第一侧面和第二侧面，所述第一端固定于所述基座，所述第二端自由悬置，所述第一侧面和/或第二侧面与竖直向下方向具有预定夹角α；重块，所述重块具有预定质量m，设置于所述第二端的末端；以及至少一个应变片，所述应变片设置在所述第一侧面和/或第二侧面上靠近所述第一端的位置，与所述重块的重心之间具有预定距离L，用于检测所述悬臂梁因所述重块的重力在水平方向的分力F的变化而产生的应变变化。

【技术特征摘要】
1.一种梁式倾角传感器，其特征在于，其包括：基座；悬臂梁，所述悬臂梁具有相对的第一端和第二端，以及相对的第一侧面和第二侧面，所述第一端固定于所述基座，所述第二端自由悬置，所述第一侧面和/或第二侧面与竖直向下方向具有预定夹角α；重块，所述重块具有预定质量m，设置于所述第二端的末端；以及至少一个应变片，所述应变片设置在所述第一侧面和/或第二侧面上靠近所述第一端的位置，与所述重块的重心之间具有预定距离L，用于检测所述悬臂梁因所述重块的重力在水平方向的分力F的变化而产生的应变变化。2.如权利要求1所述的梁式倾角传感器，其特征在于，预定夹角α大于0°。3.如权利要求1所述的梁式倾角传感器，其特征在于，所述基座具有安装槽或安装孔，所述悬臂梁具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄茂忠，李志伟，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，中国铁道科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京,11