一种水下钢结构应力检测装置及其制备方法与流程

本发明涉及应变测试，具体的说是一种水下钢结构应力检测装置及其制备方法。

背景技术：

1、在高井深竖井掘进机检测项目中，通常使用应力检测装置测试设备在运行工况下钢结构的真实受力状态，以掌握水下大型旋转钢结构设备的强度和刚度，并通过对比分析长达1个月的应力应变数据，观察钢结构运行情况，进行疲劳寿命预估。然而目前的应力检测装置多是在露天环境下使用的，无法在深水下进行长时间的检测，且恶劣的工作环境对数据的提取及检测装置的使用寿命也会造成较大的影响。

2、不仅如此，在矿山机械领域，掘进机的机械臂在水中卷起的砂石持续对应变片及装置剐蹭撞击，水下应用传感器易受到干扰或破坏，影响其检测精度。

3、基于此，技术人员致力于寻找一种适合水下使用的、数据提取方便、使用寿命长的应力检测装置。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种水下钢结构应力检测装置及其制备方法，采用该应力检测装置能够有效的解决水下大型旋转钢结构设备的应力监测问题，实现设备运转过程中的跟踪监测。

2、为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

3、一种水下钢结构应力检测装置，包括不锈钢壳体、移动电源、应力采集发射模块、控制组件及若干应变片组；

4、其中，所述应力采集发射模块固定于不锈钢壳体内的固定架上，所述移动电源通过固定架卡设于不锈钢壳体内，所述移动电源与应力采集发射模块和控制组件电连接；

5、若干应变片组胶粘于钢结构的不同点位处，应力采集发射模块与各个应变片组电连接形成应力监测系统；

6、所述应变片组包括用于温度补偿的补偿应变片和用于采集应力应变值的工作应变片，各补偿应变片和工作应变片上均涂抹有防水固化胶；

7、待各应变片组固定于钢结构上之后，各个温度补偿应变片和工作应变片外均罩设防护罩。

8、作为优选方案，所述温度补偿应变片贴于小钢片上，后嵌磁铁，并用环氧树脂胶粘于钢结构上，所述小钢片的材质与钢结构的材质相同。

9、作为优选方案，所述移动电源包括电池和控制板，所述移动电源由外界电源通过适配器供电。

10、作为优选方案，所述控制组件包括树莓派控制芯片、a/d转换芯片和wi-fi模块，树莓派控制芯片与控制板内部连接，每间隔10min触发一次，保证移动电源持续供电，a/d转换芯片接入控制板采集移动电源电芯的电压信号模拟量后通过a/d转换输入树莓派控制芯片，再通过树莓派控制芯片将数字信号传给wi-fi模块，最后通过wi-fi模块向外发送移动电源电压信号。

11、作为优选方案，所述不锈钢壳体的侧壁上设有数据拷贝接口和无线信号接收发射接口，数据拷贝接口和无线信号接收发射接口均与应力采集发射模块相连接，无线信号接收发射接口内部设有天线，数据拷贝接口内部有usb口，数据拷贝接口和无线信号接收发射接口均能够通过防水堵头进行封堵。

12、作为优选方案，所述应力采集发射模块为sg404无线应变节点，内置无线通讯模块，外置天线。

13、作为优选方案，所述控制组件的周围固定有导热铜管。

14、作为优选方案，所述不锈钢壳体的侧壁上设有与应力采集发射模块连接的插头，应变片组水密电缆连接有能够与插头插接的插座。

15、一种水下钢结构应力检测装置的制备方法，主要包括如下步骤：

16、步骤一、制作不锈钢壳体，所述不锈钢壳体包括盒体和上盖，上盖可拆卸；

17、步骤二、将各补偿应变片和工作应变片通过水密电缆与插座相连接，然后在各补偿应变片和工作应变片上涂抹防水固化胶；

18、步骤三、在不锈钢壳体内部放入固定架，固定架与不锈钢壳体底壁焊接，应力采集发射模块固定于固定架上，移动电源通过固定架卡紧在不锈钢壳体内；

19、步骤四、将应力采集发射模块分别与插头、数据拷贝接口和无线信号接收发射接口通过内部电线连接，并将插头、数据拷贝接口和无线信号接收发射接口固定于不锈钢壳体的侧壁上，利用防水堵头对数据拷贝接口和无线信号接收发射接口进行封堵；

20、步骤五、将控制组件接入移动电源的控制板；

21、步骤六、将有机透明玻璃置于固定架上方，有机透明玻璃与不锈钢壳体内壁之间涂抹防水硅橡胶密封；

22、步骤七、安装上盖，封闭不锈钢壳体。

23、作为优选方案，步骤二中，在涂抹防水固化胶时，先涂抹至少三层n-1胶，各层的固化时间为0.5天，然后涂抹至少三层环氧树脂胶。

24、有益效果：

25、1）、本发明公开的应力检测装置包括不锈钢壳体、移动电源、应力采集发射模块、控制组件及若干应变片组；若干应变片组胶粘于钢结构的不同点位处，应力采集发射模块与各个应变片组电连接形成应力监测系统；所述应变片组包括用于温度补充的补偿应变片和用于采集应力应变值的工作应变片，本发明通过采用不锈钢壳体，并在各补偿应变片和工作应变片上均涂抹有防水固化胶；待各应变片组固定于钢结构上之后，各个温度补偿应变片和工作应变片外均罩设防护罩，将水下因素对应力检测装置带来的影响降低至最小，并能够避免水中砂石的冲击。

26、2）、本发明所使用的应力采集发射模块可通过无线信号实现非接触式数据采集控制，可使掘进机一次性完成掘进任务，无需提出井口拷贝数据；所使用的树莓派控制芯片计算力强大，通过导热铜管与装置及外界进行热交换，导热效果好，保证工作稳定，所使用的a/d转换芯片及wi-fi模块功耗低，工业级晶振稳定性强，手机app软件可接收移动电源电压信号，外部停止供电时可监测移动电源电压，及时充电，另外采用插接式连接方式，方便更换移动电源。

技术特征：

1.一种水下钢结构应力检测装置，其特征在于，包括不锈钢壳体、移动电源、应力采集发射模块、控制组件及若干应变片组；

2.根据权利要求1所述的一种水下钢结构应力检测装置，其特征在于，所述温度补偿应变片贴于小钢片上，后嵌磁铁，并用环氧树脂胶粘于钢结构上，所述小钢片的材质与钢结构的材质相同。

3.根据权利要求1所述的一种水下钢结构应力检测装置，其特征在于，所述移动电源包括电池和控制板，所述移动电源由外界电源通过适配器供电。

4.根据权利要求3所述的一种水下钢结构应力检测装置，其特征在于，所述控制组件包括树莓派控制芯片、a/d转换芯片和wi-fi模块，树莓派控制芯片与控制板内部连接，每间隔10min触发一次，保证移动电源持续供电，a/d转换芯片接入控制板采集移动电源电芯的电压信号模拟量后通过a/d转换输入树莓派控制芯片，再通过树莓派控制芯片将数字信号传给wi-fi模块，最后通过wi-fi模块向外发送移动电源电压信号。

5.根据权利要求1所述的一种水下钢结构应力检测装置，其特征在于，所述不锈钢壳体的侧壁上设有数据拷贝接口和无线信号接收发射接口，数据拷贝接口和无线信号接收发射接口均与应力采集发射模块相连接，无线信号接收发射接口内部设有天线，数据拷贝接口内部有usb口，数据拷贝接口和无线信号接收发射接口均能够通过防水堵头进行封堵。

6.根据权利要求1所述的一种水下钢结构应力检测装置，其特征在于，所述应力采集发射模块为sg404无线应变节点，内置无线通讯模块，外置天线。

7.根据权利要求1所述的一种水下钢结构应力检测装置，其特征在于，所述控制组件的周围固定有导热铜管。

8.根据权利要求1所述的一种水下钢结构应力检测装置，其特征在于，所述不锈钢壳体的侧壁上设有与应力采集发射模块连接的插头，应变片组水密电缆连接有能够与插头插接的插座。

9.一种水下钢结构应力检测装置的制备方法，其特征在于，主要包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种水下钢结构应力检测装置的制备方法，其特征在于，步骤二中，在涂抹防水固化胶时，先涂抹至少三层n-1胶，各层的固化时间为0.5天，然后涂抹至少三层环氧树脂胶。

技术总结
本发明公开了一种水下钢结构应力检测装置，该装置包括不锈钢壳体、移动电源、应力采集发射模块、控制组件及若干应变片组；应力采集发射模块固定于不锈钢壳体内的固定架上，移动电源通过固定架卡设于不锈钢壳体内，移动电源与应力采集发射模块和控制组件电连接；若干应变片组胶粘于钢结构的不同点位处，应力采集发射模块与各个应变片组电连接形成应力监测系统；应变片组包括用于温度补偿的补偿应变片和用于采集应力应变值的工作应变片，各补偿应变片和工作应变片上均涂抹有防水固化胶；各个温度补偿应变片和工作应变片外均罩设防护罩。采用该应力检测装置能够有效的解决水下大型旋转钢结构设备的应力监测问题，实现设备运转过程中的跟踪监测。

技术研发人员：徐翔,熊健,李振海,田野,高海勇,张忠杰,陈宇航,张丰松,张玉凯,董晓明
受保护的技术使用者：中信重工机械股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13