[发明专利]三维风压测试仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维风压测试仪。 

背景技术

现有建筑结构模型风洞试验，往往需要采用较大缩尺比例模型，然而受风洞截面积与风速限制，造成风洞的边界层中雷诺模型规律不满足，影响建筑结构模型风洞试验是否可以真实地、准确地反映实际建筑结构风荷载。建筑表面风压的原型实测是解决这一问题极为重要的途径，并为现有风洞试验模拟手段和方法提供基准和验证。现有风压实测方法是在建筑结构表面开孔，通过设计管路系统，运用微差压传感器对表面风压进行原型测试。但受管路系统频率失真、实际建筑使用条件限制和在极端气候条件下（如台风强风雨天气），测压孔洞极易堵塞等因素影响，现有风压测试方法很难提供可靠、准确的原型实测结果。 

发明内容

为了克服现有风压测试方法在强风雨天气候条件下存在局限和失真的问题，本发明提供了一种测试原理简单、测试精度高、频响特性、稳定性好，并能广泛适用于强风雨（如台风）天气条件下建筑结构表面风压测试的三维风压测试仪。 

本发明所述的三维风压测试仪，其特征在于：包括底盘、顶面受荷薄板、侧面受荷薄板、单臂梁力学传感器、密封腔体、单片机，所有的单臂梁力学传感器通过第一连接座或者第二连接座固定在所述 的底盘上，并且所述的底盘、顶面受荷薄板、侧面受荷薄板对应一个单臂梁力学传感器，每个单臂梁力学传感器上都固定一个连接块，所述的底盘、顶面受荷薄板、侧面受荷薄板固定在相应的单臂梁力学传感器的连接块上，共同围成一个空心的壳体；所述的密封腔体安装在所述的壳体内部，所述的密封腔体通过导管与外界大气相通；伸入密封腔体内的所述的导管上安装压差传感器，所述的压差传感器的探头伸出密封腔体与所述的壳体内部连通；所有的单臂梁力学传感器以及所述的压力传感器通过信号线分别与固定在底盘内表面与单片机相连的电路板相连。 

所述的壳体包括一块圆盘形的底盘、一块正六边形的顶面受荷薄板、七块梯形的侧面受荷薄板，所述的底盘与所述的侧面受荷薄板之间、所述的侧面受荷薄板与所述的顶面受荷薄板之间均留有间隙。 

所述的底盘与所述的顶面受荷薄板平行，各侧面受荷薄板与所述的底盘之间的夹角为60度。 

所述的底盘的底部配有吸盘。 

所述的底盘与对应的单臂梁力学传感器之间、所述的顶面受荷薄板与相应的单臂梁力学传感器之间、所述的侧面受荷薄板与相应的单臂梁力学传感器之间胶接连接块。 

所述的导管与所述的底盘垂直。 

所述的单片机采用STM32F103C8T6,有2个Spi接口，16通道ADC，64KB flash，其中模数转换元器件，即A/D转换器选用ads1110，在最高精度16bit转换情况下，15次/秒，平均两秒采样8个通道。 

所述的单臂梁力学传感器参数为：外形尺寸47.0mm*10.0mm*6.0mm，量程为0-300g，输出灵敏度为1.0±0.1毫伏/伏，非线性误差±0.03％，安全超载可达150％，四角误差为±0.05％/cm。 

所述的压差传感器为菲思卡尔Freescale MPX12D压力传感器。 

所述的压差传感器不带放大，不带温度补偿，测量范围：0-10kpa、输出电压：55mV、测量方式：差压。 

所述顶面受荷薄板的边长为42.7mm；所述的侧面受荷薄板上底长42.7mm、下底长62mm、高50mm，每块薄板的受荷面积为26.2cm2。 

安装时先将第一连接座及第二连接座安装于底盘上，在第一连接座及第二连接座上安装单臂梁力学传感器，并将单臂梁力学传感器及压差传感器上的信号线连接到电路板上，再将电路板与压差传感器固定到底盘上，最后将顶面受荷薄板及侧面梯形受荷薄板通过连接块胶接在单臂梁力学传感器及压差传感器上；安装时要注意各受荷薄板之间留有足够的空隙，受荷薄板与导管之间也应留有一定的空隙，保证导管口与底盘垂直，顶面受荷薄板保持水平，各侧面受荷薄板与底盘之间的夹角保持为60度；测量前用防风罩挡住仪表，或者选择无风环境进行初始化归零操作，来流风速压力作用于受荷面板的不同受荷表面，对各表面形成不同的压力，对作用于各表面的力进行分解，可以得到合力的方向及大小，从而显示来流的风压等级、方向，再通过置于仪表内的单片机所测得的数值，可还原出实际方向。