一种弯曲式应变放大机构及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种弯曲式应变放大机构及其使用方法，包括刚性杆，刚性杆的一端固定连接有弹性梁的一端，使用方法为将弯曲式应变放大机构的两点固定在被测物体上作为固定点，其中至少一个固定点设置在刚性杆上；与刚性杆固定连接的弹性梁连接有应变测量装置。本发明专利技术机构简单，制作方便，轻巧易用，加贴应变片后，可以沿所测量物体的应变方向将该机构固定在各种需要测量微小应变的物体表面，安装简单快捷，固定牢靠，使用十分灵活方便。该机构测量时环境噪声引起的相对误差与直接使用应变片测量相比不变，但系统误差相对测量值的比值减小，降低了测量的相对误差，进一步提高精度。

Curved strain amplifying mechanism and method of use thereof

The invention discloses a bending strain amplification mechanism and method of use, including rigid rods, one rigid rod is fixedly connected with one end of the elastic beam, using the method for two-point bending strain amplification mechanism is fixed on the object measured as a fixed point, wherein at least one fixed point on the rigid rod; the elastic beam is fixedly connected with the rigid rod connected with strain measuring device. The invention has simple structure, convenient manufacture, light and easy to use, with strain gauges, objects could be fixed on the surface of the body all need to measure the micro strain along the direction of strain measurement of objects, simple and easy installation, reliable fixation, convenience in use. The relative error caused by environmental noise measurement of the mechanism and the direct use of strain gauge measurement compared to unchanged, but the ratio of relative system error measurement value decreases, reducing the relative error of measurement, to further improve the accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种弯曲式应变放大机构及其使用方法
本专利技术属于工程测量领域、传感器领域，具体为一种将直线形变应变值按比例放大为弯曲形变应变值并且使信噪比不变，但系统误差减小的弯曲式应变放大机构及其使用方法。
技术介绍
缩略语和关键术语定义：(1)弯曲式应变放大机构(BendingStrainAmplificationMechanism，可简写为BSAM)。(2)相对误差(relativeerror)：相对误差指的是测量所造成的绝对误差与被测量〔约定〕真值之比。乘以100％所得的数值，以百分数表示。一般来说，相对误差更能反映测量的可信程度。相对误差等于测量值减去真值的差的绝对值除以真值，再乘以百分之一百。(3)系统误差(systemerror，简称SE)：系统误差是在一定的测量条件下，对同一个被测尺寸进行多次重复测量时，误差值的大小和符号保持不变；或者在条件变化时，按一定规律变化的误差。系统误差是与分析过程中某些固定的原因引起的一类误差，它具有重复性、单向性、可测性。系统误差的特点是测量结果向一个方向偏离，其数值按一定规律变化。(4)应变(strain)：物体在受到外力作用下会产生一定的变形，变形的程度称应变。应变有正应变(线应变)，切应变(角应变)及体应变。本文所说的是正应变，即单位长度的伸长，用ε表示，计算公式为δ＝Lb-L0，式中L0是物体变形前的长度，Lb是物体变形后的长度，δ是变形后的伸长量，ε单位为1,AD方向产生应变大小为ε0，D点测点(放在最左端或者最右端均可)产生应变大小为ε1。(5)δ是变形后的伸长量,参见(4)，单位同长度单位。(6)推导实例示意图中：L1:A、D的距离；L2：BC梁长度；2y为BC梁宽度；粗箭头表示被测物体变形方向(测点A、D的连线方向)。(7)k为本弯曲式应变放大机构的应变放大系数，表示本机构测量应变值相对实际结构测点发生应变值大小的放大倍数，单位为1，θ：由刚性杆和弹性梁连接方式决定的系数，固定连接为24，简支连接为12，其余连接方式在12～24之间，通过实验测定标定θ,进而确定应变放大系数k。在工程测量领域，需要测量各个方向的力与力矩，而传统方法通过应变片测得弹性梁的拉压、弯凹和扭转三种变形方式下的应变值，来获得所需的应力数据。但当机构刚度很大，机构发生的应变很小，若直接在机构测点上粘贴应变片来测量应变大小，由于现有的应变片的灵敏度不够，会导致测量值准确度不高。而应变放大机构可解决这一问题，该机构原理是指在不影响被测试件应变的条件下，通过变形传递使某部位(一般为弹性体)机械应变以一定比例放大被测试件应变，从而满足应变片的灵敏度要求。应变放大的应用领域包括称重传感器、机械机构变形监测、各种大型工程机构疲劳损伤监测。采用应变放大技术对工程机构表面应变测量时，应变放大机构需要满足大型工程机构具有长寿命、低应力应变的工程特点。现有的应变放大机构主要包括中间收缩变截面放大机构、位移集中放大机构、槽形放大机构、弓形应变放大机构、单分量应变放大机构。中间收缩变截面放大机构使该截面缩小处产生应变集中而起到应变放大作用；位移集中应变放大机构两端为大刚度金属片,中间是软质填充材料，填充材料是疲劳设计重点，其两端粘贴在金属上；槽形变形元件应变放大机构,中间部分腐蚀加工成机构槽沟,应变片贯穿在槽沟的上面；单分量应变放大机构四周是刚度很大的梁，中间设置弹性应变梁用以放大框架上指定方向测点的应变。变截面倍增器机构刚度过大,放大系数小,容易发生疲劳破坏；位移集中放大机构的机构复杂，可靠性和整体性差,制造工艺难以控制，易损坏；槽形变形元件应变放大机构放大倍数与寿命受槽沟数量的多少与尺寸加工精度、连接出的应力集中等因素影响，放大倍数的范围仅是2-10倍，加工难度大,成本高,结构本身容易产生疲劳破坏；单分量应变放大机构整体笨重，安装制作不便，限制了其使用范围，由于周围竖向干扰力众多，其受噪声影响很大，会增大测量值的系统误差。综上所述现有的应变放大机构存在机构过于复杂，受环境噪声干扰会增大系统误差，易疲劳破坏，导致安装支座困难，测量的应变值不准确，测量灵敏度降低，测量装置使用寿命短等缺点。在测量大型工程结构的微小应变时，现有机构放大的测量值和环境温差应变值是一个数量级，导致相对误差过大，现有应变放大测量装置难以满足大型工程结构长寿命、低应力应变的工程特点，需要重新设计新的测量机构形式。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种弯曲式应变放大机构及其使用方法，本专利技术机构简单，制作方便，轻巧易用，加贴应变片后，可以沿所测量物体的应变方向将该机构固定在各种需要测量微小应变的物体表面，安装简单快捷，固定牢靠，使用十分灵活方便。该机构测量时环境噪声引起的相对误差与直接使用应变片测量相比不变，但系统误差相对测量值的比值减小，降低了测量的相对误差，进一步提高精度。本专利还通过构件连接方式的改变提高测量装置的疲劳寿命。本专利可以测量大型工程结构的微小应变，由于测量的系统误差减小，保证很好的测量灵敏度，提高测量值的准确性，具有很高的工程应用价值。为达到上述技术效果，本专利技术的技术方案是：一种弯曲式应变放大机构，包括刚性杆，刚性杆的一端固定连接有弹性梁的一端。进一步的改进，所述刚性杆为两个，两个刚性杆的一端分别与弹性梁的两端固定。进一步的改进，所述刚性杆为两个，两个刚性杆的一端相互固定，另一端分别与弹性梁的两端固定连接形成三角形，弹性梁的中部成形有安装孔。进一步的改进，所述弹性梁的长度与宽度之比为。进一步的改进，所述刚性杆和弹性梁通过螺栓连接机构连接固定。进一步的改进，所述刚性杆和弹性梁焊接固定。一种弯曲式应变放大机构的使用方法，将弯曲式应变放大机构的两点固定在被测物体上作为固定点，其中至少一个固定点设置在刚性杆上；与刚性杆固定连接的弹性梁连接有应变测量装置。进一步的改进，所述刚性杆的一端与弹性梁的一端固定连接；刚性杆的另一端和弹性梁的另一端固定在被测物体上；应变测量装置安装在弹性梁中部。进一步的改进，所述刚性杆为两个，两个刚性杆的一端分别与弹性梁的两端固定连接；两个刚性杆的另一端分别固定在被测物体的不同部位；应变测量装置安装在弹性梁中部。进一步的改进，所述刚性杆为两个，两个刚性杆的一端分别与弹性梁的两端固定连接；两个刚性杆的另一端相互固定；弹性梁上设置有安装孔；两个刚性杆的相互固定处和安装孔固定在被测物体上；应变测量装置安装在弹性梁中部本专利技术具有如下优点:(1)对比现有的应变放大机构，弯曲式应变放大机构装置简单，制作方便，轻巧易用，可以沿所测量物体的应变方向将该机构固定在各种需要测量微小应变的物体表面。由于结构简单，便于更换构件，方便维修；若有承受循环压力要求，构件可采用螺栓连接，减少应力集中，增加测量机构的疲劳寿命。(2)弯曲式应变放大机构可以把实际应变值放大测量，相对于使用应变片直接测量和现有的应变放大机构，本机构环境噪声引起的相对误差不变，但系统误差减小，进一步提高了测量精度。(3)本专利可以测量大型工程结构的微小应变，亦可应用称重测量、医学测量、机械结构测量等等。对比现有的应变放大机构，由于本机构系统误差减小，保证很好的测量灵敏度，提高测量值的准确性。本专利具有极大的工程应用价值，在其他许多领域都有潜在的应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弯曲式应变放大机构，其特征在于，包括刚性杆，刚性杆的一端固定连接有弹性梁(3)的一端。

【技术特征摘要】
1.一种弯曲式应变放大机构，其特征在于，包括刚性杆，刚性杆的一端固定连接有弹性梁(3)的一端。2.如权利要求1所述的弯曲式应变放大机构，其特征在于，所述刚性杆为两个，两个刚性杆的一端分别与弹性梁(2)的两端固定。3.如权利要求2所述的弯曲式应变放大机构，其特征在于，所述刚性杆为两个，两个刚性杆的一端相互固定，另一端分别与弹性梁(2)的两端固定连接形成三角形，弹性梁(2)的中部成形有安装孔(5)。4.如权利要求1所述的弯曲式应变放大机构，其特征在于，所述弹性梁(2)的长度与宽度之比为3。5.如权利要求1-4任一所述的弯曲式应变放大机构，其特征在于，所述刚性杆和弹性梁(2)通过螺栓连接机构(7)连接固定。6.如权利要求1-4任一所述的弯曲式应变放大机构，其特征在于，所述刚性杆和弹性梁(2)焊接固定。7.一种弯曲式应变放大机构的使用方法，其特征在于，将弯曲式应变放大机构的两点固定在被测物体上作为固...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓露，何维，王召，毕涛，王维，陈雅仙，张利，肖强，聂磊，聂新民，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43