一种采用多位移传感器的空间位移测量装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种采用多位移传感器的空间位移测量装置及方法。三台位移传感器分别通过力传感器固定在支撑结构底座上，支撑结构支承框架的特定位置留有预留孔；三条钢丝绳一端共同固定在测点上，另一端分别通过相应的预留孔与各自的位移传感器连接，位移传感器和力传感器通过数据线连接到无纸记录仪上。本发明在实现在测量位移的同时，可测量位移传感器受到的外力，对设备实现监测，提高了测量的可靠性。采用本发明提供的计算公式可以通过位移传感器的测量值，求出测点的空间位置，从而得到测点的空间位移。本发明突破了目前位移传感器的单方向一维测量，实现了测点的空间三维测量。本发明原理清晰、结构简单、性能稳定。
【专利说明】一种采用多位移传感器的空间位移测量装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及位移测量装置，特别涉及一种在建筑结构耐火试验中使用的采用多位 移传感器的空间位移测量装置及方法。
【背景技术】
[0002] 目前的位移测量装置都是使用一个位移传感器测量一个测点。根据位移传感器的 测量原理，该装置只能测量该测点的特定方向的位移，即一维位移。受限于位移传感器的维 度不足，在实际使用中，一般都是选取待测量物体待测点一个主要的位移方向进行测量。
[0003] 在建筑结构耐火试验中发现，大多数情况下结构的破坏形式是按照设计的方式进 行，即结构沿着设定的主要方向由于强度不足引起了破坏；不过同时发现，有时破坏的形式 并未按照设定的主要方向发展，而是沿着其他方向产生破坏，即结构上认为的失稳破坏形 式。现有的测量方式无法测出非选取方向的位移，从而无法反映出各种情况下的真实位移 情况，为后续的结构分析带来了不足。
【发明内容】
[0004] 鉴于现有位移测量装置存在的不足，本发明提供一种采用多位移传感器的空间位 移测量装置及方法。该装置及方法适用于建筑结构耐火试验中对测点空间三维位移进行测 量。
[0005] 本发明为实现上述目的，所采取的技术方案是：一种采用多位移传感器的空间位 移测量装置，其特征在于：包括挂钩/磁钩、钢丝绳、支撑结构、第一位移传感器、第二位移 传感器、第三位移传感器、第一力传感器、第二力传感器、第三力传感器、无纸记录仪和数据 线；所述的支撑结构由一块底板和焊接在底板上的支承框架构成；第一力传感器、第二力 传感器和第三力传感器水平间隔固定在支承框架上，三台力传感器测量面分别固定第一位 移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器，三台位移传感器的测量端各连接一条钢丝 绳；三条钢丝绳分别从支撑结构的支承框架上的预留孔中穿过，并通过挂钩/磁钩固定到 需要测量的测点上；第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第一力传感器、第 二力传感器和第三力传感器通过数据线分别接到无纸记录仪上。
[0006] 本发明所述的一种采用多位移传感器的空间位移测量装置的测量方法是：所述的 第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器共同测量一个测点的位移，并通过以 下算法进行空间三维位移求解：
[0007] 假设测量试件上的测点为P，将所述空间位移测量装置放置在测量平台上，在空间 上选取P以外任一点为坐标系〇点，建立坐标轴，此时P点坐标为（X，y, Z);在坐标系中选 取不在一条直线上的A、B、C三点，作为支撑结构支承框架上的三个钢丝绳预留孔，其坐标 分别为（xa, ya, za)、（xb, yb, zb)、（X。，y。，z。）；设A所在位置为坐标系原点0,设AB、AC的距离 均为b，试验开始之前，首先测量出AP、BP、CP的距离分别为rA，rB，r。，则有方程组：
[0008] x2+y2+z2 = rA2
【权利要求】
1. 一种采用多位移传感器的空间位移测量装置，其特征在于：包括挂钩/磁钩（I)、钢 丝绳（2)、支撑结构（3)、第一位移传感器（4)、第二位移传感器（5)、第三位移传感器（6)、 第一力传感器（7)、第二力传感器（8)、第三力传感器（9)、无纸记录仪（10)和数据线（11); 所述的支撑结构（3)由一块底板（3. 1)和焊接在底板（3. 1)上的支承框架（3. 2)构成；第 一力传感器（7)、第二力传感器（8)和第三力传感器（9)水平间隔固定在支承框架（3.2) 上，三台力传感器测量面分别固定第一位移传感器（4)、第二位移传感器（5)和第三位移传 感器（6)，三台位移传感器的测量端各连接一条钢丝绳（2);三条钢丝绳（2)分别从支撑结 构（3)的支承框架（3.2)上的预留孔（3.3)中穿过，并通过挂钩/磁钩（1)固定到需要测 量的测点上；第一位移传感器（4)、第二位移传感器（5)、第三位移传感器（6)、第一力传感 器（7)、第二力传感器（8)和第三力传感器（9)通过数据线（11)分别接到无纸记录仪（10) 上。
2. -种采用如权利要求1所述的采用多位移传感器的空间位移测量装置的测量方法， 其特征在于：所述的第一位移传感器（4)、第二位移传感器（5)和第三位移传感器（6)共同 测量一个测点的位移，并通过以下算法进行空间三维位移求解： 假设测量试件上的测点为P，将所述空间位移测量装置放置在测量平台上，在空间上选 取P以外任一点为坐标系O点，建立坐标轴,此时P点坐标为（X，y, z);在坐标系中选取不 在一条直线上的A、B、C三点，作为支撑结构支承框架上的三个钢丝绳预留孔，其坐标分别 为（xa，ya，za)、（xb，yb，z b)、（Xuyc^ze);设A所在位置为坐标系原点0,设AB、AC的距离均为 b，试验开始之前，首先测量出AP、BP、CP的距离分别为rA，rB，r。，则有方程组：
当t时刻时，测点P发生移动，到达P'点时，坐标为（1'，7'，2')，此时六、8、(：距离测点 P的距离分别变化了 ArA、ArB、Are ;此时测点P'满足以下方程组：
通过公式⑷可以求得，测点的三维方向的位移分别为： Ax = x -X Ay = y'-y Az = z'-z ----------------------------------(5) 在试验开始时，打开无纸记录仪记录各位移传感器的信号，同时监测力传感器的数值， 确保设备处于正常工作状态；试验结束后，将采集到的数据从无纸记录仪中传输到计算机 中，依据公式（2)、公式（4)和公式（5)，即求出测点的空间三维位移值。
3.根据权利要求1所述的一种采用多位移传感器的空间位移测量装置，其特征在于： 所述支撑结构（3)的支承框架（3.2)上的钢丝绳预留孔（3.3)在空间呈三角形分布。
【文档编号】G01B21/02GK104344799SQ201410723470
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】赵华利, 白斌, 阮涛, 刁晓亮 申请人:公安部天津消防研究所