一种大变形位移传感器和测量方法技术

本发明专利技术公开了一种大变形位移传感器和测量方法，其包括：壳体；可旋转平移的位移转向组件，设置在所述壳体上；测绳，设置在所述位移转向组件上；滑移组件，设置在所述壳体上并与所述位移转向组件连接；若干变形梁，设置在所述壳体上；若干弹簧，一端与所述滑移组件连接，另一端与所述变形梁连接；以及若干探测元件，设置在所述变形梁上。本发明专利技术可实现结构大变形的高精度连续跟踪监测。

【技术实现步骤摘要】
一种大变形位移传感器和测量方法
本专利技术涉及结构健康监测
，尤其涉及的是一种大变形位移传感器，适用于边坡滑移和结构变形监测，特别是高精度小变形和大变形连续测量。
技术介绍
变形和位移监测是结构安全监测和评估的重要组成部分，对于确保工程结构安全服役具有重要意义。随着我国交通基础设施建设逐步向西部扩展，将会出现越来越多的路堑边坡。由于山区交通基础设施周边地质环境复杂，滑坡、泥石流等地质灾害时有发生，成为影响线路安全运营的主要隐患。其中，土质边坡失稳前变形往往较大，使得常规接触式位移传感器难以连续跟踪监测，而非接触式位移传感器成本较高、实时性差，容易造成误报漏报。因此，现有位移和变形监测技术有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种大变形位移传感器和测量方法，用于高精度小变形和大变形连续测量，重点解决结构大变形的高精度连续监测难题。本专利技术的技术方案如下：一种大变形位移传感器，其包括：壳体；可旋转平移的位移转向组件，设置在所述壳体上；测绳，设置在所述位移转向组件上；滑移组件，设置在所述壳体上并与所述位移转向组件连接；若干变形梁，设置在所述壳体上；若干弹簧，一端与所述滑移组件连接，另一端与所述变形梁连接；以及若干探测元件，设置在所述变形梁上。本专利技术的进一步设置，所述位移转向组件包括：旋转筒，所述测绳缠绕于所述旋转筒上；丝杠，穿设于所述滑移组件和所述旋转筒，并与所述旋转筒连接；轴承，设置在所述旋转筒上并与所述滑移组件连接；储能弹簧，设置在所述轴承与所述滑移组件之间。本专利技术的进一步设置，所述旋转筒表面具有螺纹结构，所述测绳缠绕在所述螺纹结构上；其中，所述丝杠和所述旋转筒的螺距相等。本专利技术的进一步设置，所述滑移组件包括：至少一根导轨，固定在所述壳体底部；支架，设置在所述导轨上并与所述轴承连接；以及滑块，分别与所述导轨和所述支架连接。本专利技术的进一步设置，所述支架的刚度大于所述弹簧的刚度。本专利技术的进一步设置，所述壳体上设置有第一侧面孔，所述测绳穿设于所述第一侧面孔，且所述测绳的引出方向与所述旋转筒的轴向垂直。本专利技术的进一步设置，所述第一侧面孔为从里到外呈线性增大的锥形孔。本专利技术的进一步设置，所述大变形位移传感器还包括尾线，所述尾线与所述探测元件连接；其中，所述探测元件为电学测量元件或光纤光栅测量元件；所述壳体上设置有第二侧面孔，所述尾线从所述第二侧面孔引出。本专利技术的进一步设置，所述大变形位移传感器还包括若干限位部，所述限位部设置在所述壳体上并位于所述变形梁一侧。本专利技术的进一步设置，所述壳体包括相对设置在所述壳体两侧的第一凸台，所述丝杠设置在所述第一凸台上，所述变形梁设置在位于所述壳体一侧的所述第一凸台上；所述支架包括相对设置在所述支架上的第二凸台，所述轴承设置在所述第二凸台上。基于同样的专利技术构思，本专利技术还提供了一种大变形位移传感器测量方法，应用于所述的大变形位移传感器中，所述方法包括步骤：测绳在被测物体牵引下带动所述位移转向组件旋转；其中，所述位移转向组件旋转的圈数为n：其中，x为被测物体位移，R为位移转向组件绕线半径；所述位移转向组件带动所述滑移组件同步水平移动；其中，滑移组件的水平位移量为ΔL，且所述滑移组件的水平位移量与所述位移转向组件的水平位移量相等：ΔL＝na；其中，a为位移转向组件的导程；所述滑移组件对所述弹簧施加载荷，并作用于所述变形梁上以使所述变形梁发生弯曲变形，其中，所述变形梁应变为ε，且所述滑移组件的水平位移量与所述弹簧的变形量相等：ε＝f1(ΔL,k,z)；其中，ΔL为弹簧的变形量，k为弹簧系数，z为与变形梁几何和力学参数相关的综合系数，f1为对应的映射关系；所述探测元件对所述变形梁产生的应变进行探测，并通过采集设备输出，其中，采集设备输出量Y表示为：y＝f2(ε)；其中，f2为对应的映射关系；建立所述探测元件的输出量与所述测绳的位移量之间的关系；其中，位移转向组件绕线半径R、位移转向组件导程a、弹簧系数k以及综合系数z为给定值，且函数f1和函数f2为确定的映射关系，根据函数f1和函数f2的映射关系建立所述探测元件的输出量与所述测绳的位移量之间的映射关系为：y＝f(x)。本专利技术的进一步地设置，所述探测元件为电学测量元件或光纤光栅测量元件；若所述探测元件为电学测量元件，则所述探测元件分别与采集设备和无线传输设备连接；若所述探测元件为光纤光栅测量元件，则多个所述探测元件复用串接后连接至光纤光栅调解仪。本专利技术所提供的一种大变形位移传感器和测量方法，其包括：壳体；可旋转平移的位移转向组件，设置在所述壳体上；测绳，设置在所述位移转向组件上；滑移组件，设置在所述壳体上并与所述位移转向组件连接；若干变形梁，设置在所述壳体上；若干弹簧，一端与所述滑移组件连接，另一端与所述变形梁连接；以及若干探测元件，设置在所述变形梁上。本专利技术可实现结构大变形的连续跟踪监测。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1是本专利技术中大变形位移传感器的结构示意图。图2是本专利技术中大变形位移传感器的局部结构示意图。图3是本专利技术中位移测量方法的流程示意图。图4是混合型悬臂梁结构示意图。附图中各标记：1、壳体；11、第一凸台；12、第一侧孔；13、第二侧孔；2、位移转向组件；21、旋转筒；22、丝杠；23、轴承；24、储能弹簧；3、测绳；4、滑移组件；41、导轨；42、支架；421、第二凸台；43、滑块；5、探测组件；51、变形梁；52、弹簧；53、探测元件；54、尾线；6、限位部。具体实施方式在进行变形较大的监测时，常规接触式位移传感器难以连续跟踪监测，而非接触式位移传感器成本较高、实时性差，容易造成误报漏报。本专利技术提供一种位移传感器和测量方法，尤其涉及一种大变形位移传感器，适用于边坡滑移和结构变形监测，特别适用于高精度小变形和大变形连续跟踪测量，解决了结构大变形的高精度连续监测难题。为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”与“所述”可泛指单一个或复数个。另外，若本专利技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大变形位移传感器，其特征在于，包括：/n壳体；/n可旋转平移的位移转向组件，设置在所述壳体上；/n测绳，设置在所述位移转向组件上；/n滑移组件，设置在所述壳体上并与所述位移转向组件连接；/n若干变形梁，设置在所述壳体上；/n若干弹簧，一端与所述滑移组件连接，另一端与所述变形梁连接；以及/n若干探测元件，设置在所述变形梁上。/n

【技术特征摘要】
1.一种大变形位移传感器，其特征在于，包括：
壳体；
可旋转平移的位移转向组件，设置在所述壳体上；
测绳，设置在所述位移转向组件上；
滑移组件，设置在所述壳体上并与所述位移转向组件连接；
若干变形梁，设置在所述壳体上；
若干弹簧，一端与所述滑移组件连接，另一端与所述变形梁连接；以及
若干探测元件，设置在所述变形梁上。


2.根据权利要求1所述的大变形位移传感器，其特征在于，所述位移转向组件包括：
旋转筒，所述测绳缠绕于所述旋转筒上；
丝杠，穿设于所述滑移组件和所述旋转筒，并与所述旋转筒连接；
轴承，设置在所述旋转筒上并与所述滑移组件连接；
储能弹簧，设置在所述轴承与所述滑移组件之间。


3.根据权利要求2所述的大变形位移传感器，其特征在于，所述旋转筒表面具有螺纹结构，所述测绳缠绕在所述螺纹结构上；其中，所述丝杠和所述旋转筒的螺距相等。


4.根据权利要求2所述的大变形位移传感器，其特征在于，所述滑移组件包括：
至少一根导轨，固定在所述壳体底部；
支架，设置在所述导轨上并与所述轴承连接；其中，所述支架的刚度大于所述弹簧的刚度；以及
滑块，分别与所述导轨和所述支架连接。


5.根据权利要求2所述的大变形位移传感器，其特征在于，所述壳体上设置有第一侧面孔，所述测绳穿设于所述第一侧面孔，且所述测绳的引出方向与所述旋转筒的轴向垂直；其中，所述第一侧面孔为从里到外呈线性增大的锥形孔。


6.根据权利要求1所述的大变形位移传感器，其特征在于，所述大变形位移传感器还包括尾线，所述尾线与所述探测元件连接；其中，所述探测元件为电学测量元件或光纤光栅测量元件；所述壳体上设置有第二侧面孔，所述尾线从所述第二侧面孔引出。


7.根据权利要求1所述的大变形位移传感器，其特征在于，所述大变形位移传感器还包括若干限位部，所述限位部设置在所述壳体上并位于所述变形梁一侧。


8.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰，杜彦良，杜博文，赵维刚，许红彬，李忠志，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44