[实用新型]多分向刚性固体内应力微小变化监测仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测量刚性固体内应力变化的监测仪，尤其是一种精确度和灵敏度极高的能测量出微小内应力变化的监测仪，可用于检测各种大坝内应力变化，提前预测到大坝的异常，做到防患于未然。也可运用于检测桥梁、大型建筑等内应力的变化，对其形变进行分析，为桥梁、大型建筑的安全运作提供维护依据。还可用于地震的监测。 

背景技术

物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。同截面垂直的称为正应力或法向应力。 

在没有外力存在下，材料内部由于加工成型不当，温度变化，溶剂作用等原因所产生的应力。 

内应力的取消有几种方法： 

1.对物体进行热处理（只针对金属性质的工件） 

2.放到自然条件下进行消除。 

3.人工通过敲打振动等方式进行消除。 

内应力是在结构上无外力作用时保留于物体内部的应力，没有外力存在时,弹性物体内所保存的应力叫做内应力,它的特点是在物体内形成一个平衡的力系,即遵守静力学条件.按性质和范围大小可分为宏观应力,微观应力和超微观应力.按引起原因可分为热应力和套织应力.按存在时间可分为瞬时应力和残余应力.按作用方向可分为纵向应力和横向应力. 

压电效应，是材料中一种机械能与电能互换的现象，此现象最早是1880年由皮埃尔·居里(Pierre Curie)和雅克·居里（Jacques Curie）兄弟发现。压电材料可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。例如，压电材料已被用来制作智能结构，此类结构除具有自承载能力外，还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能，在未来的飞行器设计中占有重要的地位。压电效应，是某些特殊的材料中机械能与电能相互转化的现象。根据转化方向的不同，压电效应可以分为正压电效应和逆压电效应两种。 

某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失， 这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。 

压电陶瓷压力传感器具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。高灵敏度压电陶瓷对外力的敏感使它甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动，用它来制作刚性固体内应力微小变化监测仪，能精确地测出应力的微小变化。使用扫描隧道显微镜中的压电陶瓷棒，其灵敏度高达16埃/伏，对岩石中内应力微小变化引起的形变能及时作出反应。 

发明内容

本实用新型的目的是将压电陶瓷棒应用到监测仪中，提供一种灵敏度很高，且易于观测到变化的刚性固体内应力微小变化监测仪 

本实用新型是通过以下的技术方案来实现的：一种多分向刚性固体内应力微小变化监测仪，包括固定盘和固定安装在所述固定盘上的至少四套应力采集装置，和四套力电转换装置；其中，所述应力采集装置包括一打入所述刚性固体的膨胀螺钉和与所述螺钉固定连接的传导片；所述力电转换装置包括压电陶瓷棒、和带有螺旋调节装置的螺杆；其中，所述传导片与所述螺杆通过套在螺杆上的固定套固定连接，所述螺杆的端部抵住所述压电陶瓷棒的一端，所述压电陶瓷棒的另一端固定在所述固定盘上；所述4套应力采集装置和力电转换装置均匀分布在所述固定盘的4个不同方向上。 

所述压电陶瓷棒为专用于扫描隧道显微镜的高灵敏度压电陶瓷棒。 

所述监测仪还包括一数据采集器和数据输出端口，所述数据采集器的一端与所述数据输出端口连接以搜集电压变动的数据，另一端通过USB接口与计算机连接以处理和显示数据；所述数据输出端口与所述压电陶瓷棒的数据导出线相连接。 

所述监测仪包括8套应力采集装置，和8套力电转换装置，该8套应力采集装置和力电转换装置均匀分布在所述固定盘的八个不同方向上。 

所述带有螺旋调节装置的螺杆包括螺旋测微器的微调旋钮、旋钮、可动刻度、固定刻度和螺杆。 

所述压电陶瓷棒通过压电陶瓷棒固定板、压电陶瓷棒固定螺钉和压电陶瓷棒挡圈固定在所述固定盘上。 

为了方便将本实用新型在安装到刚性固体上时确定安装方向，在所述固定盘的中心设有一指南针。