专利名称：应变传感器灵敏度系数的标定装置和方法
技术领域：
本发明涉及应变传感器设计制造领域，尤其是非粘贴式应变传感器灵敏度系数的标定装置及方法。
背景技术：
船舶与海洋结构物以及大型桥梁等钢结构领域需要对其结构使用过程中的动响应进行长期而可靠的测量，监测结构整体或局部的应变大小，以便对结构的安全性进行评估。传统的粘贴式的电阻应变片由于粘贴胶水随时间会产生老化的问题，一般使用期不超过1年，不能满足上述大型钢结构的结构安全性的长期可靠的监测。非粘贴式的应变传感器的正好弥补了传统粘贴式应变传感器长期可靠性的缺陷。为可靠地测量上述结构物的动响应，这种非粘贴式的应变传感器的灵敏度系数需要得到精确的标定，现有技术尚缺乏针对对非粘贴式应变传感器灵敏度系数的标定方法。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足进行研究和改进，提供了应变传感器灵敏度系数的标定装置和方法。为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案
应变传感器灵敏度系数的标定装置，包括工字钢，工字钢的上、下两端分别连接工装夹头，两个工装夹头分别设置定位槽，工字钢分别通过该定位槽与上、下工装夹头焊接，工字钢的一侧面板设置侧装块、且沿面板纵向中心线上粘贴布置四个电阻应变片，工字钢的另一侧面板的对应位置粘贴布置五个电阻应变片，工字钢的腹板上开有两个安装孔，腹板的一侧面沿纵向中心线上粘贴布置四个电阻应变片，腹板另一侧面板的对称位置粘贴布置五个电阻应变片。应变传感器灵敏度系数的标定方法，其特征在于包括如下步骤
(1)将工字钢的腹板、两侧面板上的应变传感器、应变片都接到动态应变仪中，标定时， 对拉伸试验机的加载量进行分档，为0KN、100KN、200KN、250KN、200KN、100KN和OKN共7档的一个包括加载和卸载的过程；
(2)通过拉伸试验机分档加载后得到由动态应变仪采集面板和腹板上的共20个应变信号数据，分别得到各粘贴式应变片的加载响应曲线和非粘贴式应变传感器的加载响应曲线.
一入 ，
(3)根据面板上9个粘贴式应变片的加载曲线，得到每个应变片对应的工字钢拉伸应变系数，分别记为Cml，Cm2,…，Cm9，单位为μ ε /ΚΝ，腹板上的每个应变片对应的工字钢拉伸应变系数分别记为Cfl, Cf2,…，Cf9 ；
(4)根据非粘贴式应变传感器加载曲线，得到对应面板(侧装)和腹板(垂装)上传感器的拉伸系数，记为Cm和Cf，单位为1/KN。最终的灵敏度系数GFm (侧装)和GFf (垂装)的计算公式为
3GFm= [ (Cml+Cm2+."+Cm9) /9] /Cm ； GFf= [ (Cfl+Cf2+—+Cf9) /9]/Cf
本发明的技术效果在于结构简单、安装方便，可以为非粘贴式应变传感器的实际应用提供精确可靠的灵敏度系数。
图1为本发明的结构示意图； 图2为图1的爆炸示意图。
具体实施例方式本发明公开了一种应变传感器灵敏度系数的标定装置，见图1、图2其包括工字钢 7,工字钢7的上、下两端分别连接工装夹头1、工装夹头4。见图2，以工装夹头4为例，工装夹头4与工字钢7的连接端面设置与其对应的定位槽41，工装夹头1与工字钢7的连接端面上同样开有定位槽，工字钢7安装在定位槽41内，工字钢与工装夹头1、工装夹头4焊接成一体，以保证工字钢受拉时的轴向受力状态。在工字钢7中部的一侧面板上，分别对应应变传感器的纵向尺寸焊接两块带有侧装孔的钢块3，应变传感器侧向安装时可以与这两块钢块通过侧向的螺栓连接固定。在工字钢7中部的腹板上打开有两个螺栓孔5，其孔间距与孔径与应变传感器垂向安装孔对应，应变传感器与工字钢7通过两个螺栓孔5以及螺栓进行垂向的连接固定。工字钢7两侧面板上分别粘贴电阻式应变片2，其中安装传感器的一侧面板上沿着面板的纵向中心线布置四个电阻式应变片2，另一侧面板对称位置布置4片应变片2，另外在侧装应变传感器的对称位置也布置一片应变片(图中未画出)，应变片2的布置避开标定装置上、下工装夹头的应力集中区域。工字钢7腹板安装有应变传感器的一侧沿着腹板的纵向中心线粘贴布置有四片电阻式应变片3，在腹板的另一侧对称地布置四片应变片3 (图中未画出)，另外在垂装应变传感器的对称位置也布置一片应变片3 (图中未画出)。通过本发明进行应变传感器灵敏度系数的标定时，需要安装到量程为300KN的拉伸试验机上，可以同时进行面板上侧向安装的应变传感器和腹板上垂向安装的应变传感器的灵敏度系数的标定。工字钢7面板和腹板上的应变传感器、应变片都接到动态应变仪中， 这样共20个应变信号通过动态应变仪传输到信号采集计算机中。标定时，对拉伸试验机的加载量进行分档，为0KN、100KN、200KN、250KN、200KN、100KN和OKN共7档的一个包括加载和卸载的过程。通过相应的计算方法，可精确地对侧向安装和垂向安装的应变传感器同时进行灵敏度系数的标定，为非粘贴式应变传感器的实际应用提供精确可靠的灵敏度系数。灵敏度系数标定方法如下通过拉伸试验机分档加载后得到由动态应变仪采集面板和腹板上的共20个应变信号数据，分别得到各粘贴式应变片的加载响应曲线和非粘贴式应变传感器的加载响应曲线。根据面板上9个粘贴式应变片的加载曲线，得到每个应变片对应的工字钢拉伸应变系数，分别记为Cml，Cm2，"《，Cm9，单位为μ ε/ΚΝ。对应地，腹板上的每个应变片对应的工字钢拉伸应变系数分别记为Cfl，Cf2,…，Cf9。根据非粘贴式应变传感器加载曲线，得到对应面板(侧装)和腹板(垂装)上传感器的拉伸系数，记为Cm和Cf，单位为1/KN。最终的灵敏度系数GFm (侧装)和GFf (垂装)的计算公式为 GFm= [ (Cml+Cm2+."+Cm9) /9] /Cm ； GFf= [ (Cfl+Cf2+—+Cf9) /9]/Cf ο
本发明所述的灵敏度系数为反映某设计变量对可靠度的影响系数，即输出变量与输入变量之间的关系，为本领域的公知技术。前述拉伸应变系数C的计算方法如下设加载量为xl，x2,. . . , xn,对应的应变片响应量为yl，y2,. . . , yn,根据最小二乘法对上述数据进行最佳直线拟合，有y=Cx+b关系，C即为与每个χ值相对应的系数。
权利要求
1.应变传感器灵敏度系数的标定装置，其特征在于包括工字钢，所述工字钢的上、下两端分别连接工装夹头，所述两个工装夹头分别设置定位槽，所述工字钢分别通过该定位槽与上、下工装夹头焊接，所述工字钢的一侧面板设置侧装板、且沿面板纵向中心线上粘贴布置四个电阻应变片，所述工字钢的另一侧面板的对应位置粘贴布置五个电阻应变片，所述工字钢的腹板上开有两个安装孔，所述腹板的一侧面沿纵向中心线上粘贴布置四个电阻应变片，所述腹板另一侧面板的对称位置粘贴布置五个电阻应变片。
2.应变传感器灵敏度系数的标定方法，其特征在于包括如下步骤(1)将工字钢的腹板、两侧面板上的应变传感器、应变片都接到动态应变仪中，标定时， 对拉伸试验机的加载量进行分档，为0KN、100KN、200KN、250KN、200KN、100KN和OKN共7档的一个包括加载和卸载的过程；(2)通过拉伸试验机分档加载后得到由动态应变仪采集面板和腹板上的共20个应变信号数据，分别得到各粘贴式应变片的加载响应曲线和非粘贴式应变传感器的加载响应曲线.一入 ，(3)根据面板上9个粘贴式应变片的加载曲线，得到每个应变片对应的工字钢拉伸应变系数，分别记为Cml，Cm2,…，Cm9，单位为μ ε /ΚΝ，腹板上的每个应变片对应的工字钢拉伸应变系数分别记为Cfl, Cf2,…，Cf9 ；(4)根据非粘贴式应变传感器加载曲线，得到对应面板(侧装)和腹板(垂装)上传感器的拉伸系数，记为Cm和Cf，单位为1/KN。
3.最终的灵敏度系数GFm(侧装)和GFf (垂装)的计算公式为GFm= [ (Cml+Cm2+—+Cm9) /9]/Cm,GFf= [ (Cfl+Cf2+—+Cf9) /9]/Cf ο
全文摘要
本发明公开了应变传感器灵敏度系数的标定装置和标定方法，包括工字钢，工字钢的上、下两端分别连接工装夹头，两个工装夹头分别设置定位槽，工字钢分别通过该定位槽与上、下工装夹头焊接，工字钢的一侧面板设置侧装板、且沿面板纵向中心线上粘贴布置四个电阻应变片，工字钢的另一侧面板的对应位置粘贴布置五个电阻应变片，工字钢的腹板上开有两个安装孔，腹板的一侧面沿纵向中心线上粘贴布置四个电阻应变片，腹板另一侧面板的对称位置粘贴布置五个电阻应变片；通过前述结构进行试验研究可以精确测得所需的灵敏度系数。本发明结构简单、安装方便，可以为非粘贴式应变传感器的实际应用提供精确可靠的灵敏度系数。
文档编号G01B7/16GK102243058SQ20111009478
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者吴世海, 汪雪良, 胡嘉骏, 顾学康, 魏纳新 申请人:中国船舶重工集团公司第七○二研究所