[发明专利]一种应变式线性双向大位移传感器及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种位移传感器及其检测方法，具体地是一种用于工程结构检测的应变式线性双向位移传感器及其检测方法，特别是工程结构及构件的大位移测量。 

背景技术

应用应变片可以制成测量各种参数的传感器，它们具有灵敏度高、精度高、输出为电信号以及便于自动记录和进行数据处理等优点，已被广泛使用。应变式传感器按用途可以分为测力传感器、压力传感器、位移传感器、加速度传感器等，原理应用是将应变片粘贴在弹性元件上，并接成一定的桥路，当弹性元件受力变形后，电桥就有电信号输出，应用测量仪器就可以测出所需要的参数。 

应变式传感器的弹性元件可以采用不同形式，常用的有梁式、弓形形式和弹簧组合式三种弹性元件的位移传感器。                          

 现有技术一，如附图2所示。悬臂梁应变式位移传感器是最简单结构形式的位移传感器，它的原理是将应变片粘贴在弹性元件上，并接成一定的桥路，当弹性元件受力变形后，电桥就有电信号输出，应用测量仪器即可测出所需要的参数。

上述现有技术一的不足之处是所测的位移不能太大，即如果 较小时，悬臂梁可以看成为小挠度梁，，否则会引起非线性（失真）。其原因是通过荷载逐渐增大使得悬臂梁变形，自由端不仅有垂直位移，而且还有水平位移，悬臂梁自由端的垂直位移不是。被测位移越大，引起的非线性（失真）就越大。 

现有技术二，如国内生产的应变弹簧组合式大位移传感器，其组成元件有悬臂梁、圆柱螺旋弹簧、导杆和标尺等。在悬臂梁固定端附近粘贴应变片，当测点位移传递给导杆后，导杆带动弹簧，使弹簧伸长，并使悬臂梁产生弯曲变形。因此，测点的位移是弹簧伸长量和悬臂梁自由端位移之和。 

上述现有技术二的不足之处是结构较复杂，制作周期长，制造成本高，不宜非专业生产厂家的人员制作。 

还能够获得的现有文献和技术如下： 

 [1] 吴宗岱，陶宝褀.应变电测原理及技术.国防工业出版社，1982，292～377。 

[2] 陶宝褀，王妮.电阻应变式传感器.国防工业出版社，1993，149～158。 

[3]曹天捷.集中力作用下悬臂梁几何中轴的弹性大挠度分析.中国民航大学 

学报，2007 ，Vol.25， No.5。

[4] 葛如海，储志俊.悬臂梁集中载荷大挠度弯曲变形的一种解.应用力学学 

报，1997，Vo1.14，No.4。

[5] 张彦兵, 刘永前.悬臂梁自由端受集中载荷作用考虑几何非线性时的位 

移函数.国防交通工程与技术，2005，Vo1.3，41～42。 

[6]武汉水利电力学院编.工程力学（材料力学）.高等教育出版社，1986，186～ 

363。

[7]李银山等.Maple材料力学.机械工业出版社，2009，109～159。 

上述现有悬臂梁应变式位移传感器的量程较小，最大量程在10～15mm。超出这一量程，所测位移就呈非线性。一直以来普遍认为悬臂梁应变式位移传感器只适用于测量小位移，用此种结构形式的应变式传感器测量线性双向大位移是不可能的。 

要想利用悬臂梁应变式位移传感器原理实现测量大位移就必须使悬臂梁自由端在大位移后恢复原状，大位移时悬臂梁上的任意截面最大应变应当小于材料的弹性极限；其次是解决悬臂梁自由端受集中荷载作用下几何非线性的问题。 

发明内容

基于上述现有技术，本发明要解决的具体技术问题是悬臂梁自由端受集中荷载作用下的几何非线性问题，以实现线性双向大位移的测量，并提供一种应变式线性双向大位移传器及其检测方法。                                                                                                                   

 为了解决上述问题，本发明所采取的措施是一种应变式线性双向大位移传感器及其检测方法，其所述一种应变式线性双向大位移传感器，其特征是：

一位移应变转换梁；

在所述位移应变转换梁上设置有应变片构成桥路，并连接有应变仪；

在所述位移应变转换梁的自由端插入刚性导槽内一定长度，并将刚性导槽固定在参考位置，当位移应变转换梁的固定端或刚性导槽位移时，在刚性导槽内的位移应变转换梁的自由端自动滑移和转动，其刚性导槽的位移与位移应变转换梁上的应变片处的应变是线性关系。