一种三维相对位移传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种三维相对位移传感器，其特征是将两个相互独立的支座分别固定在两个被测目标结构上，以两个支座分别作为夹板，在一对相互平行的夹板之间形成有矩形夹持空间；三片正方形铝片铝片固定连接在两个支座之间；在三片铝片的平面上分别粘贴有由四个电阻应变片构成的惠斯通电路，电阻应变片依据铝片根据结构位移产生变形而发生应变，惠斯通电路会根据电阻应变片的应变值输出电压，根据惠斯通电路输出电压与结构位移的线性比例关系获得两个被测目标之间在Z方向、Y方向和X方向上的相对位移量。本发明专利技术在节约监测成本和简化施工方式的同时，可以实时监测桥梁梁板等各种结构之间的相对位移。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维相对位移传感器，更具体地说是应用在桥梁等结构监测中的三维相对位移传感器。
技术介绍
在利用预制钢筋混凝土梁或钢梁对现浇钢筋混凝土板进行支撑的桥梁结构中，梁板之间的剪切连接件不仅存在有疲劳和腐蚀的损伤，也可能存在有因车辆荷载产生过应力。梁板间的相对位移会导致桥梁刚度大幅下降，因此，梁板之间的相对位移量的监测是桥梁健康监测的重要组成部分。在传统的方法中，位移量是用数值算法从测得的加速度和应力中提取，但是数值算法的困难在于很难确定起始或者边界条件，条件的不确定可能带来很大的测量误差。LVDT可以直接用来测量结构的位移，但是LVDT对温度的影响比较敏感，且测量范围有限。LVDT的安装需要一个相对于结构绝对稳定且非常靠近结构的位置，在实际桥梁的监测中很难满足这一条件。激光位移传感器基于光学技术可以用来测量位移，但其安装同样需要满足非常苛刻的条件。其它的非接触式位移测量装备包括激光多普勒测振仪、GPS和微波干涉仪，视觉方法也为结构位移的测量提供了可替换的方案，数字图像处理系统也可以用来提取位移。这些装备及方法虽然可以用于监测相对位移量，实际应用费用太高不够经济，亦或施工安装困难，同时，应用在实际结构中时极易受到天气和光线等环境的影响，带来工作可靠性问题。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种相对位移传感器，以期在保证精度和经济性的前提下，安装固定简单，不增加额外的测试设备，能较好地实现梁板间的实时相对位移量的测量。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术三维相对位移传感器的结构特点是：在所述传感器中，两个相互独立的支座分别固定在两个被测目标结构上，以所述两个支座分别作为夹板，在一对相互平行的夹板之间形成有矩形夹持空间；三片铝片位于所述夹持空间中，并固定连接在两个支座之间；所述三片铝片均为正方形铝片，分别是第一铝片、第二铝片和第三铝片；在所述三片铝片的平面上分别粘贴有由四个电阻应变片构成的惠斯通电路，所述的电阻应变片依据铝片根据结构位移产生变形而发生应变，所述惠斯通电路根据电阻应变片的应变值输出电压，依据所述惠斯通电路的输出电压与结构位移的线性比例关系，分别获得两个被测目标之间在Z方向、Y方向和X方向上的相对位移量，所述Z方向、Y方向和X方向是指XOYZ坐标系中的Z轴向、Y轴向和X轴向。本专利技术三维相对位移传感器的结构特点也在于：所述三片铝片按如下方式设置：第一铝片，其平面是与XOZ面平行，粘贴在第一铝片上的四个电阻应变片采用对角双面布置，用于测量第一铝片(1)在Z向上的剪切变形，获得两个被测目标之间在Z方向上的相对位移量；第二铝片，其平面是与XOY面平行，粘贴在第二铝片上的四个电阻应变片采用对角双面布置，用于测量第二铝片在Y向上的剪切变形，获得两个被测目标之间在Y方向上的相对位移量；第三铝片，其平面是与XOZ面平行，粘贴在第三铝片上的四个电阻应变片采用垂直双面布置，用于测量第三铝片在X向上的拉伸或压缩变形，获得两个被测目标之间在X方向上的相对位移量；所述对角双面布置是指：四个电阻应变片以铝片中心为中心，在沿铝片的两条对角线上对称分布，所述四个电阻应变片两两分处在铝片的正面和背面，处在铝片正面的两只电阻应变片分处在铝片的两条对角线上；处在铝片背面的两只电阻应变片同样分处在铝片的两条对角线上；并且，处在铝片正面和背面同一方向的对角线上的两只电阻应变片分处在惠斯通电路中相对的两只桥臂上。所述垂直双面布置是指：四个电阻应变片以铝片中心为中心，两两分别沿Z向和X向对称分布，所述四个电阻应变片两两分处在铝片的正面和背面，处在铝片正面的两只电阻应变片分处在Z向和X向上；处在铝片背面的两只电阻应变片同样分处在Z向和X向上；并且，处在铝片正面和背面同一方向上的两只电阻应变片分处在惠斯通电路中相对的两只桥臂上。本专利技术三维相对位移传感器的结构特点也在于：所述支座设置为由底座和立板构成的“L”形结构，利用底座与被测目标结构通过螺栓固定连接，以所述立板为夹板。本专利技术三维相对位移传感器的结构特点也在于：所述三片铝片是采用边长为15mm、厚度1mm的正方形铝制片，所述支座和立板选用碳钢材料。与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：1、本专利技术利用惠斯通电路将电阻应变片的变形量转换为检测电压进行输出，进而获得梁板之间的三维相对位移量，很好地实现了由应变传感器对梁板结构进行实时三维相对位移的监测，功能可靠；2、本专利技术在第一铝片和第二铝片中将四个电阻应变片设置为对角双面布置的形式，可以有效消除拉伸、压缩、弯曲和扭转对于检测结果的影响，利用剪切变形准确获得两个被测目标结构之间在Z向和Y向上的相对位移量。3、本专利技术在第三铝片中将四个电阻应变片设置为垂直双面布置的形式，可以有效消除剪切、弯曲和扭转对于检测结果的影响，利用拉伸和压缩变形准确获得两个被测目标结构在X向上的相对位移量。4、本专利技术适用于桥梁梁板三维相对位移的长期实时测量，也适用于类似梁与梁之间、钢结构桁架之间的三维相对位移的监测。5、本专利技术结构简单、成本低、便于安装，并不增加额外的测试设备，易于实现。附图说明图1a和图1b为本专利技术不同视角结构示意图；图2a、图2b和图2c分别为本专利技术主视、侧视和剖视结构示意图；图3a为本专利技术四个电阻应变片在铝片上采用对角双面布置的铝片正面结构示意图；图3b为图3a所示四个电阻应变片在铝片上采用对角双面布置的铝片背面结构示意图；图4a为本专利技术四个电阻应变片在铝片上采用垂直双面布置的铝片正面结构示意图；图4b为图4a所示四个电阻应变片在铝片上采用垂直双面布置的铝片背面结构示意图；图5为本专利技术中所采用的惠斯通电路原理示意图；图中标号：1第一铝片，2第二铝片，3第三铝片，4底座，5立板。具体实施方式参见图1a、图1b、图2a、图2b和图2c，本实施例中三维相对位移传感器的结构形式是：在传感器中，两个相互独立的支座分别固定在两个被测目标结构上，以两个支座分别作为夹板，在一对相互平行的夹板之间形成有矩形夹持空间；支座设置为由底座4和立板5构成的“L”形结构，利用底座4与被测目标结构通过螺栓固定连接，以立板5为夹板；三片铝片位于所述夹持空间中，并固定连接在两个支座之间；所述三片铝片均为正方形铝片，分别是第一铝片1、第二铝片2和第三铝片3；在所述三片铝片的平面上分别粘贴有由四个电阻应变片构成的惠斯通电路，电阻应变片依据铝片根据结构位移产生变形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维相对位移传感器，其特征是：在所述传感器中，两个相互独立的支座分别固定在两个被测目标结构上，以所述两个支座分别作为夹板，在一对相互平行的夹板之间形成有矩形夹持空间；三片铝片位于所述夹持空间中，并固定连接在两个支座之间；所述三片铝片均为正方形铝片，分别是第一铝片(1)、第二铝片(2)和第三铝片(3)；在所述三片铝片的平面上分别粘贴有由四个电阻应变片构成的惠斯通电路，所述的电阻应变片依据铝片根据结构位移产生变形而发生应变，所述惠斯通电路根据电阻应变片的应变值输出电压，依据所述惠斯通电路的输出电压与结构位移的线性比例关系，分别获得两个被测目标之间在Z方向、Y方向和X方向上的相对位移量，所述Z方向、Y方向和X方向是指XOYZ坐标系中的Z轴向、Y轴向和X轴向。

【技术特征摘要】
1.一种三维相对位移传感器，其特征是：在所述传感器中，两个相互独立的支座分别固
定在两个被测目标结构上，以所述两个支座分别作为夹板，在一对相互平行的夹板之间形成
有矩形夹持空间；三片铝片位于所述夹持空间中，并固定连接在两个支座之间；所述三片铝
片均为正方形铝片，分别是第一铝片(1)、第二铝片(2)和第三铝片(3)；在所述三片铝片的平面
上分别粘贴有由四个电阻应变片构成的惠斯通电路，所述的电阻应变片依据铝片根据结构位
移产生变形而发生应变，所述惠斯通电路根据电阻应变片的应变值输出电压，依据所述惠斯
通电路的输出电压与结构位移的线性比例关系，分别获得两个被测目标之间在Z方向、Y方
向和X方向上的相对位移量，所述Z方向、Y方向和X方向是指XOYZ坐标系中的Z轴向、
Y轴向和X轴向。
2.根据权利要求1所述的三维相对位移传感器，其特征是所述三片铝片按如下方式设置：
第一铝片(1)，其平面是与XOZ面平行，粘贴在第一铝片(1)上的四个电阻应变片采用对
角双面布置，用于测量第一铝片(1)在Z向上的剪切变形，获得两个被测目标之间在Z方向上
的相对位移量；
第二铝片(2)，其平面是与XOY面平行，粘贴在第二铝片(2)上的四个电阻应变片采用对
角双面布置，用于测量第二铝片(2)在Y向上的剪切变形，获得两个被测目标之间在Y方向上
的相对位移量；
第三铝片(3)，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佐才，马梦琳，任伟新，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34