用于构件倾斜角测量的测试方法技术

本发明专利技术公开了一种用于构件倾斜角测量的测试装置，包括活动卡接于构件上的扣件和安装于所述扣件上的测试仪；所述测试仪包括壳体，位于壳体内的应变片、应变梁和重力摆；所述重力摆固定于所述应变梁的底部；所述应变片设于所述应变梁的侧壁；所述应变片还电连接有数据处理器；当构件发生倾斜，所述重力摆对所述应变梁产生的拉力发生变化，从而使得应变片发生形变，所述应变片的形变信息传输至所述数据处理器，对应计算出所述构件的倾角和倾斜方向。本发明专利技术还公开了一种用于构件倾斜角测量的测试方法。采用本发明专利技术，既能测量倾斜角，也能测量出倾斜方向，同时还具有安装便捷、测量效率高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测量
，具体涉及一种用于构件倾斜角测量的测试装置及其测试方法。
技术介绍
构件与水平线或水平面所成的角称为该构件的倾斜角。通过测量构件的倾斜角，可以定量描述该构件的倾斜或倾斜变化的程度。现有两种测量构件倾斜角的方法：第一种：采用光学仪器的人工测量方法，光学仪器有经纬仪、全站仪等。例如使用经纬仪测量某杆件的倾斜度，通过测量杆件底面中心与顶面中心的水平角和观测点与杆件的距离，计算两点间的水平偏移量；通过测量杆件底面中心、顶面中心分别和观测点的竖直角，计算两点间的高度，最后通过水平偏移量和高度即可计算得到杆件的倾角，两次倾斜角之差即为倾斜角变化。该方法对视线要求较高，操作繁琐，测量频率较低，人工工作强度大。第二种：采用倾角传感器的测量方法。倾角传感器具有操作简单、视线要求低、采样频率高、自动化程度高等特点，已经被广泛应用，但是现有的倾角传感器测量方法只能测量出倾斜角，但是对于倾斜方位也无法准确测量出，且在传感器的安装和操作等方面比较复杂，影响工作效率。因此，提供一种可测量倾斜方位，安装方便，操作简单，更高效的倾斜角测量装置及方法有着重要的实际工程意义。
技术实现思路
为了解决上述关于倾斜角测量过程中安装繁琐，效率低的问题，本专利技术的第一目的是提供一种用于构件倾斜角测量的测试装置，既能测量倾斜角，也能测量出倾斜方向，同时还具有安装便捷、测量效率高的特点。为实现上述目的，本专利技术按以下技术方案予以实现的：本专利技术所述的用于构件倾斜角测量的测试装置，包括活动卡接于构件上的扣件和安装于所述扣件上的测试仪；所述测试仪包括壳体，位于壳体内的应变片、应变梁和重力摆；所述重力摆固定于所述应变梁的底部；所述应变片设于所述应变梁的侧壁；所述应变片还电连接有数据处理器；当构件发生倾斜，所述重力摆对所述应变梁产生的拉力发生变化，从而使得应变片发生形变，所述应变片的形变信息传输至所述数据处理器，对应计算出所述构件的倾角和倾斜方向。进一步地，所述数据处理器包括计算模块，分别与所述计算模块连接的电桥、A/D转换模块和电源模块；所述电桥的输入端与所述应变片连接。进一步地，所述应变片设有四片，分别分布于参考坐标系中的X轴和Y轴上，并且位于同一圆上。进一步地，所述参考坐标系中的Z轴为应变梁的轴线，并且以远离重力摆的方向为其正方向。进一步地，所述测试仪还包括有数据传输模块；所述测试仪通过所述数据传输模块连接有云计算平台。进一步地，所述壳体内还设有密封测试箱；所述应变片、应变梁和重力摆安装于所述密封测试箱内。为了解决上述问题，本专利技术的第二目的是提供一种用于构件倾斜角测量的测试方法，具有测量准确、效率高的特点。为实现上述目的，本专利技术按以下技术方案予以实现的：本专利技术所述的用于构件倾斜角测量的测试方法，包括如下步骤：将测试仪安装于构件上；采集应变片的形变信息；根据所述形变信息，计算所述构件的倾角和倾斜方向。进一步地，在将所述测试仪安装与构件之前，建立参考坐标系X、Y、Z轴，并且将应变梁的轴线设为Z轴，以远离重力摆的方向为其正方向；所述应变片设置为四片，并且分别分布于参考坐标系中的X轴和Y轴的方向上。进一步地，采集应变片的形变信息的步骤，具体是：构件在倾斜过程中，采用测试仪采集所述应变信息，具体利用所述重力摆对所述应变梁产生的拉力发生变化，从而使得应变片发现形变，该形变信息计算公式如下：ε1＝εz+εx(1)ε3＝εz-εx(2)ε2＝εz+εy(3)ε4＝εz-εy(4)式中：ε1、ε2、ε3、ε4分别为四片应变片对应的的应变值；应变梁受力分解为分别沿X轴、Y轴、Z轴方向的分力Fx、Fy、Fz；εx为Fx产生的弯矩作用下的应变值；εy为Fy产生的弯矩作用下的应变值；εz为Fz作用下的应变值。进一步地，根据形变信息，计算所述构件的倾角和倾斜方向的步骤，具体是：根据形变信息，计算所述构件的倾角和倾斜方向的步骤，具体是：所述形变信息会导致其接入电路中的电阻发生变化，所述电桥则将该电阻变化转换为电压信号，根据该电压信号运算出对应的倾角和倾斜方法，运用的公式如下：所述应变片的应变转换为电压信号输出其中：K0为应变片灵敏系数，U为电桥输出电压，e为电桥输入电压；将应变梁受力分解为分别沿X轴、Y轴、Z轴方向的分力Fx、Fy、Fz：Fx＝Gsinθcosγ(6)Fy＝Gsinθsinγ(7)Fz＝Gcosθ(8)式中：G为重力摆的重力；γ为倾斜时，重力摆在应变梁剖面上的投影与X轴的夹角；FxLW=Eϵx=E(ϵ1-ϵ32)---(9)]]>FyLW=Eϵy=E(ϵ2-ϵ42)---(10)]]>Fz=EϵzA=EA(ϵ1+ϵ2+ϵ3+ϵ44)---(11)]]>式中：W为应变梁抗弯截面模量，E为应变梁弹性模量，A为应变梁截面面积，L为应变梁长度；由式(5)、(8)和式(11)得到倾斜角：由式(3)、(4)、(5)和式(10)得到倾斜方向(与X轴夹角)：γ的范围为(-180°～180°)，当γ为负值时，表示倾斜方向与Y轴正方向相反。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)采用活动卡在被测构件上的扣件，然后测试仪安装在所述扣件上，因此，只需将扣件卡在被测构件上，即可完成安装，方便快捷；(2)当构件发生倾斜形成的倾角，也就是重力摆与应变梁之间形成的夹角，此时应变梁自身的受力也会发生改变，从而使得贴于其表面的应变片也相应发生形变，该形变信息被数据处理器接收，从而相应计算出构件的倾角和倾斜方向，准确、高效。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：图1是本专利技术所述的用于构件倾斜角测量的测试装置在使用过程中的状态图；图2是本专利技术图1中A的放大图；图3是本专利技术所述的用于构件倾斜角测量的测试装置中测试仪的结构示意图；图4是本专利技术所述的用于构件倾斜角测量的测试装置中数据处理器的电路原理框图；图5是本专利技术所述的用于构件倾斜角测量的测试装置中应变片的安装示意图；图6是本专利技术所述的用于构件倾斜角测量的测试方法的流程图。图中：1：扣件11：扣环12：连接头2：测试仪21：壳体22：重力摆23：应变梁24：应变片241：第一应变片242：第二应变片243：第三应变片244：第四应变片25：数据处理器251：计算模块252：电桥253：A/D转换模块254：电源模块255：数据传输模块26：密封测试箱3：构件具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术所述的用于构件倾斜角测量的测试装置，通过在测试仪2上安装一扣件1，该扣件1可以活动卡接在被测构件3上。因此，需要安装时，直接将该扣件1卡接在被测构件3上即可，操作极其简单。具体结合附图2所示，所述扣件1包括扣环11和连接头12，所述扣环11是用于包裹住所述被测构件3，因此其形状会因构件3的不同而改变，可以是如图所示的圆环状，也可以是方环状，还可以是三角环状，同时，其可以是如图的一片式，即只需要一个连接头12进行连接；还可以是两片式，即扣环11为两个半环状，通过两个连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于构件倾斜角测量的测试装置，其特征在于：包括活动卡接于构件上的扣件和安装于所述扣件上的测试仪；所述测试仪包括壳体，位于壳体内的应变片、应变梁和重力摆；所述重力摆固定于所述应变梁的底部；所述应变片设于所述应变梁的侧壁；所述应变片还电连接有数据处理器；当构件发生倾斜，所述重力摆对所述应变梁产生的拉力发生变化，从而使得应变片发生形变，所述应变片的形变信息传输至所述数据处理器，对应计算出所述构件的倾角和倾斜方向。

【技术特征摘要】
1.一种用于构件倾斜角测量的测试装置，其特征在于：包括活动卡接于构件上的扣件和安装于所述扣件上的测试仪；所述测试仪包括壳体，位于壳体内的应变片、应变梁和重力摆；所述重力摆固定于所述应变梁的底部；所述应变片设于所述应变梁的侧壁；所述应变片还电连接有数据处理器；当构件发生倾斜，所述重力摆对所述应变梁产生的拉力发生变化，从而使得应变片发生形变，所述应变片的形变信息传输至所述数据处理器，对应计算出所述构件的倾角和倾斜方向。2.根据权利要求1所述的用于构件倾斜角测量的测试装置，其特征在于：所述数据处理器包括计算模块，分别与所述计算模块连接的电桥、A/D转换模块和电源模块；所述电桥的输入端与所述应变片连接。3.根据权利要求2所述的用于构件倾斜角测量的测试装置，其特征在于：所述应变片设有四片，分别分布于参考坐标系中的X轴和Y轴上，并且位于同一圆上。4.根据权利要求4所述的用于构件倾斜角测量的测试装置，其特征在于：所述参考坐标系中的Z轴为应变梁的轴线，并且以远离重力摆的方向为其正方向。5.根据权利要求2所述的用于构件倾斜角测量的测试装置，其特征在于：所述数据处理器连接有数据传输模块；所述测试仪通过所述数据传输模块连接有云计算平台。6.所述权利要求1所述的用于构件倾斜角测量的测试装置，其特征在于：所述壳体内还设有密封测试箱；所述应变片、应变梁和重力摆安装于所述密封测试箱内。7.一种用于构件倾斜角测量的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：建立参考坐标系X、Y、Z轴；采集应变片的形变信息；根据所述形变信息，计算所述构件的倾角和倾斜方向。8.根据权利要求7所述的用于构件倾斜角测量的测试方法，其特征在于：建立参考坐标系X、Y、Z轴的步骤，具体为：将应变梁的轴线设为Z轴，以远离重力摆的方向为其正方向；以应变片分布的圆周建立参考坐标系中的X轴和Y轴。9.根据权利要求8所述的用于构件倾斜角测量的测试方法，其特征在于：采集应变片的形变信息的步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏键，陈航，胡贺松，陈仁进，
申请(专利权)人：广州市建筑科学研究院有限公司，广州建设工程质量安全检测中心有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44