本发明专利技术公开了一种适用于压电动态力传感器灵敏度标定的高量程静动力加载机构，包括静力加载系统、动力加载系统、二层框架平台、钢绞线、锁具、静力传感器及其显示器、压电动态力传感器及其信号采集系统，静力加载系统由油压推力作用筒及其调节控制系统、静载横梁、静载支撑、销钉及耳片组成；动力加载系统由动载横梁、动载支撑、电磁释放钩、螺杆、地锚、销钉、耳片、U形扣、螺杆及螺母组成。本发明专利技术在进行静动力加载时利用了杠杆原理，大大增加了载荷的量程，加载机构能在提供1800kN静载基础上提供500kN的动载，可用于高应力环境中(如矿山、边坡工程中)进行动载监测的传感器的灵敏度标定。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种适用于压电动态力传感器灵敏度标定的高量程静动力加载机构，包括静力加载系统、动力加载系统、二层框架平台、钢绞线、锁具、静力传感器及其显示器、压电动态力传感器及其信号采集系统，静力加载系统由油压推力作用筒及其调节控制系统、静载横梁、静载支撑、销钉及耳片组成；动力加载系统由动载横梁、动载支撑、电磁释放钩、螺杆、地锚、销钉、耳片、U形扣、螺杆及螺母组成。本专利技术在进行静动力加载时利用了杠杆原理，大大增加了载荷的量程，加载机构能在提供1800kN静载基础上提供500kN的动载，可用于高应力环境中(如矿山、边坡工程中)进行动载监测的传感器的灵敏度标定。【专利说明】一种适用于压电动态力传感器灵敏度标定的高量程静动力加载机构
本专利技术涉及压电动态力传感器标定试验的
，具体涉及一种高量程的静动力加载机构，可用于高预应力条件下压电动态力传感器标定试验中，精确标定传感器的灵敏度系数，主要应用在传感器测试及其它涉及静动力加载的领域。
技术介绍
在矿山及大型的边坡工程中都需要用到动力传感器对可能发生的滑坡等灾害事故进行监测和预警，这种动力传感器一般都随锚索一起深埋于地下，处于相对较高的应力环境中，因此这类传感器要求既能够承受较高的地应力，又能在高地应力作用下具有足够的动态特性来监测足够高幅值的扰动，如岩爆、塌方、滑坡等地冲击力。动力传感器在投入使用之前都要对其灵敏度进行标定，灵敏度的标定是指获得传感器响应信号的峰值与输入动载幅值的比值。标定机构需要能够满足传感器的载荷需求，对于应用于矿山监测预警系统的动力传感器的标定机构，一定要具有高量程的静动力加载能力，否则无法检验传感器的强度和动态特性。目前，国内外尚未见有关如此高量程的静动力加载机构的文献报导。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种适用于压电动态力传感器灵敏度标定的高量程静动力加载机构，模拟地下环境中高应力和高冲击力的特点，精确标定出压电动态力传感器的灵敏度系数，安装操作简单，标定结果可靠性高。本专利技术要解决其技术问题所采用的技术方案是:一种适用于压电动态力传感器灵敏度标定的高量程静动力加载机构，所述的加载机构包括一套静力加载系统和一套动力加载系统，静力加载系统可使压电动态力传感器处于较高的预应力下，动力加载系统可给压电动态力传感器施加阶跃动载，静力加载系统包括静载横梁、油压推力作用筒、调节控制系统、第一耳片、静载支撑、第二耳片、第一锁具、第三耳片、第一销钉、第二销钉及第三销钉；动力加载系统包括动载支撑，第四耳片、第五销钉、第四销钉、动载横梁、第一 U形扣、电磁释放钩、第二U形扣、螺杆、地锚、螺母及电磁释放钩控制器;其中，静力加载时，静载横梁与连接油压推力作用筒的第一耳片、连接静载支撑的第二耳片及连接于六根钢绞线上端的第一锁具的第三耳片分别通过第一销钉、第二销钉及第三销钉进行连接，形成了三个铰;油压推力作用筒的底端和静载支撑的底端都固定在二层框架平台的上层上表面上，钢绞线上端被第一锁具锁死，中间通过框架平台上层，下端被第二锁具锁死，第二锁具上端连接压电动态力传感器及静力传感器，静力传感器上端顶住框架平台上层的下表面，通过拉伸机可对钢绞线进行预紧，预紧后钢绞线与第一锁具和第二锁具处于“卡死”状态，通过调节控制系统，可以使油压推力作用筒产生向上的推力，通过监测静力传感器显示器的读数，可以使系统达到并保持在预应力设计值，此时静力加载完成;静力加载完成后要进行动力加载，动力加载的第一步是施加二次静载，第二步是将二次静载快速释放，形成阶跃动载，具体来讲，上端与框架平台的上层下表面固连的动载支撑下端存在一个孔，与第二锁具连接的第四耳片下端也存在一个孔，可以利用第五销钉和第四销钉与同样位置存在两个孔的动载横梁进行连接，形成三个铰，在动载横梁的右端，利用第一 U形扣使动载横梁与电磁释放钩连接，电磁释放钩再通过第二 U形扣与螺杆相连，螺杆穿过固定于二层框架平台下层上表面的地锚与螺母连接，拧动螺母可以使螺杆向下移动，进而通过电磁释放钩、动载横梁及第四耳片向下拉伸第二锁具形成二次静载，通过监测静力传感器显示器读数可控制二次静载达到设计值，调节电磁释放钩控制器将二次静载快速释放，其幅值成为了压电动态力传感器受到的阶跃动载，通过信号采集系统可以获得压电动态力传感器对于此阶跃动载的电压响应时域信号，电压信号的峰值与阶跃动载的幅值之比即为压电动态力传感器灵敏度的标定结果。进一步的，利用第一销钉、第二销钉、第三销钉对静载横梁与第一耳片、第三耳片、第二耳片进行连接，利用第五销钉、第四销钉和第一 U形扣对动载支撑、第四耳片和电磁释放钩进行连接，连接后的静力加载系统和动力加载系统各自成为了一种杠杆系统，利用杠杆原理，大大增加了静动力加载的量程。进一步的，压电动态力传感器的灵敏度标定指的是确定传感器中输出的电压信号与输入的力的信号的比值，本机构中就是指信号采集系统所采集到的压电动态力传感器对动力加载系统所施加的阶跃动载的电压响应峰值与阶跃动载的幅值之比。进一步的，为补偿静动力加载过程中静载横梁和动载横梁倾斜引起水平距离的缩减，第一销钉、第二销钉、第五销钉及第一 U形扣的直径都小于其对应所插孔的直径。进一步的，第一锁具、第二锁具与其对应连接的第三耳片、第四耳片是采用螺纹连接，第一锁具、第二锁具为外螺纹结构，第三耳片、第四耳片为内螺纹结构，拉伸机对钢绞线和第一锁具、第二锁具进行预紧后，再将第三耳片和第四耳片拧在第一锁具和第二锁具上。进一步的，第一锁具、第二锁具中被钢绞线穿过的圆孔都为“锥形”孔，从锥形孔的大口向内塞入“卡片”并通过拉伸机施加预紧力后，可使第一锁具和第二锁具分别在钢绞线两端处于“卡死”状态。进一步的，静力传感器和压电动态力传感器都为空心圆柱形结构，其内部可以通过六根等角度分布的钢绞线。进一步的，所述的六根钢绞线的总强度大于设计的静动力幅值，且六根钢绞线呈等角度分布，确保压电动态力传感器受力均匀。进一步的，静载支撑和油压推力作用筒、动载支撑及地锚分别固定安装于二层框架平台的上层上表面、上层下表面及下层上表面。本专利技术与现有技术相比具有以下优点:(I)本专利技术能够提供高量程的静动载，动载能够在静载的基础上施加，能够真实模拟动力传感器的工作特点；(2)本专利技术在对压电动态力传感器进行标定时能够提供不同幅值的静动载，标定结果可靠性高；(3)本专利技术在静动力加载时利用了杠杆原理，大大提高了载荷的量程，通过对加载横梁中圆孔位置的改变，可以自由的提高或降低量程，因此，机构除了进行高量程的传感器标定试验之外，还可应用于其它需要静动力加载的试验中；(4)本专利技术结构简单，安装使用方便，通过传统的机械加工就可实现，工艺性好，成本低。【附图说明】图1为本专利技术实施例1的结构示意图。图中，I为静载横梁，2为油压推力作用筒，3为第一耳片，4为静载支撑，5为第二耳片，6为钢绞线，7为第一锁具，8为第三耳片，9为第一销钉，10为第二销钉，11为第三销钉，12为二层框架平台，13为第二锁具，14为压电动态力传感器，15为静力传感器，16为拉伸机，17为调节控制系统，18为静力传感器显示器，19为动载支撑，20为第四耳片，21为第五销钉，22为第四销钉，23为动载横梁，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适用于压电动态力传感器灵敏度标定的高量程静动力加载机构，所述的加载机构包括一套静力加载系统和一套动力加载系统，静力加载系统可使压电动态力传感器处于较高的预应力下，动力加载系统可给压电动态力传感器施加阶跃动载，其特征在于：静力加载系统包括静载横梁(1)、油压推力作用筒(2)、调节控制系统(17)、第一耳片(3)、静载支撑(4)、第二耳片(5)、第一锁具(7)、第三耳片(8)、第一销钉(9)、第二销钉(10)及第三销钉(11)；动力加载系统包括动载支撑(19)，第四耳片(20)、第五销钉(21)、第四销钉(22)、动载横梁(23)、第一U形扣(24)、电磁释放钩(25)、第二U形扣(26)、螺杆(27)、地锚(28)、螺母(29)及电磁释放钩控制器(30)；其中，静力加载时，静载横梁(1)与连接油压推力作用筒(2)的第一耳片(3)、连接静载支撑(4)的第二耳片(5)及连接于六根钢绞线(6)上端的第一锁具(7)的第三耳片(8)分别通过第一销钉(9)、第二销钉(10)及第三销钉(11)进行连接，形成了三个铰；油压推力作用筒(2)的底端和静载支撑(4)的底端都固定在二层框架平台(12)的上层上表面上，钢绞线(6)上端被第一锁具(7)锁死，中间通过框架平台(12)上层，下端被第二锁具(13)锁死，第二锁具(13)上端连接压电动态力传感器(14)及静力传感器(15)，静力传感器(15)上端顶住框架平台(12)上层的下表面，通过拉伸机(16)可对钢绞线(6)进行预紧，预紧后钢绞线(6)与第一锁具(7)和第二锁具(13)处于“卡死”状态，通过调节控制系统(17)，可以使油压推力作用筒(2)产生向上的推力，通过监测静力传感器显示器(18)的读数，可以使系统达到并保持在预应力设计值，此时静力加载完成；静力加载完成后要进行动力加载，动力加载的第一步是施加二次静载，第二步是将二次静载快速释放，形成阶跃动载，具体来讲，上端与框架平台(12)的上层下表面固连的动载支撑(19)下端存在一个孔，与第二锁具(13)连接的第四耳片(20)下端也存在一个孔，可以利用第五销钉(21)和第四销钉(22)与同样位置存在两个孔的动载横梁(23)进行连接，形成两个铰，在动载横梁(23)的右端，利用第一U形扣(24)使动载横梁(23)与电磁释放钩(25)连接，电磁释放钩(25)再通过第二U形扣(26)与螺杆(27)相连，螺杆(27)穿过固定于二层框架平台(12)下层上表面的地锚(28)与螺母(29)连接，拧动螺母(29)可以使螺杆(27)向下移动，进而通过电磁释放钩(25)、动载横梁(23)及第四耳片(20)向下拉伸第二锁具(13)形成二次静载，通过监测静力传感器显示器(18)读数可控制二次静载达到设计值，调节电磁释放钩控制器(30)将二次静载快速释放，其幅值成为了压电动态力传感器(14)受到的阶跃动载，通过信号采集系统(31)可以获得压电动态力传感器(14)对于此阶跃动载的电压响应时域信号，电压信号的峰值与阶跃动载的幅值之比即为压电动态力传感器灵敏度的标定结果。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：程伟，李名，李雄飞，陈江攀，郑照明月，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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