[发明专利]一种钻孔应变仪整机性能测试装置及测试方法

权利要求书

1.一种钻孔应变仪整机性能测试装置，其特征在于，包括测试底座，所述测试底座上设有测试筒，应变仪探头置于测试筒内部中心，应变仪探头内部沿周向均匀间隔设有数个传感元件，数个传感元件位于不同高度，应变仪探头通过线缆分别与外部的主机及高频数据采集器相连；还包括位移给定模块和形变检测模块，所述位移给定模块包括相对测试筒左右对称设置的压电陶瓷致动器和微调螺杆，压电陶瓷致动器外侧端穿过测试筒通过线缆与压电陶瓷控制器相连，内侧端与应变仪探头外壁相接触，微调螺杆外侧端穿过测试筒，内侧端压紧应变仪探头外壁；所述形变检测模块由相对测试筒左右对称设置的两个微位移传感器组成，两个微位移传感器的外侧端均穿过测试筒，内侧端均与应变仪探头外壁相接触。

2.根据权利要求1所述的一种钻孔应变仪整机性能室内测试装置，其特征在于，所述数个待测传感元件包括一号传感元件、二号传感元件、三号传感元件和四号传感元件，数个待测传感元件在周向依次间隔45°设置。

3.根据权利要求2所述的一种钻孔应变仪整机性能测试装置，其特征在于，所述测试底座顶部设有旋转模块，带动测试筒旋转，所述旋转模块包括旋转底座、蜗轮蜗杆传动组件和电机，所述旋转底座上设有环形轨道，环形轨道上均匀间隔设有数个滚轮，蜗轮置于环形轨道上与蜗杆相配置，所述电机输出轴与蜗杆一端相联，测试筒底部与涡轮顶部相连。

4.根据权利要求3所述的一种钻孔应变仪整机性能测试装置，其特征在于，所述测试筒为不锈钢材质。

5.一种钻孔应变仪整机性能测试测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)灵敏度及格值测量，将应变仪探头置于测试筒内，通过线缆与外部主机相连，旋转调整测试筒的角度，并通过垫片调整应变仪探头的高度，使两个微位移传感器分别与一号传感元件的左右两端相对应设置，压电陶瓷致动器和微调螺杆相对测试筒左右对称设置，两个微位移传感器均与压电陶瓷致动器和微调螺杆相隔90°，压电陶瓷致动器外侧端穿过测试筒通过线缆与压电陶瓷控制器相连，通过压电陶瓷控制器使压电陶瓷致动器间歇产生位移量l₁、l₂，两个微位移传感器测量位移量分别为L₁₁、L₁₂、L₂₁、L₂₂，一号传感元件的径向位移值分别为ΔL₁、ΔL₂，ΔL₁＝L₁₂-L₁₁，ΔL₂＝L₂₂-L₂₁，得出一号传感元件的径向总位移值为ΔL＝ΔL₁+ΔL₂，同时一号传感元件将位移量转换为电压测量值U₁、U₂，通过连接电缆送到主机并记录，得出电压差值ΔU＝U₂-U₁，得出一号传感元件的灵敏度S＝ΔU/ΔL,重复以上步骤多次测量得出一号传感元件的灵敏度均值S_m，同时得出格值η，η＝ΔL/ΔU·D，其中，D为应变仪探头的内径，计算得出格值均值η_m；

松开压紧应变仪探头的微调螺杆，启动旋转模块将测试筒逆时针旋转45°，使两个微位移传感器分别与二号传感元件的左右两端相对应设置，再将微调螺杆旋转压紧应变仪探头外壁，待机械稳定一段时间后开始重复以上步骤测量二号传感器元件的灵敏度和格值；

重复上述以上步骤依次测量三号、四号传感器元件的灵敏度和格值，完成四分量应变仪四个方向传感元件的灵敏度和格值精确测量；

S2)线性度测量，旋转调整测试筒的角度，并通过垫片调整应变仪探头的高度，压电陶瓷致动器和微调螺杆相对一号传感元件的左右两端设置，压电陶瓷控制器使压电陶瓷致动器间隔等步距给定位移量L_i，步距为应变仪探头量程满度值的10％，同时一号传感元件将位移量转换为电压测量值U_i，通过连接电缆送到主机并记录，并通过最小二乘法对电压值进行拟合得出电压拟合值u_i，得出一号传感元件的线性度δ＝Δu_max/ΔU_FS，Δu_max为电压拟合值与电压测量值差值Δu的最大值，ΔU_FS为电压测量值的最大差值；

松开压紧应变仪探头的微调螺杆，启动旋转模块将测试筒逆时针旋转45°，使压电陶瓷致动器和微调螺杆相对二号传感元件的左右两端设置，再将微调螺杆旋转压紧应变仪探头外壁，待机械稳定一段时间后开始重复以上步骤测量二号传感器元件的线性度；

重复上述以上步骤依次测量三号、四号传感器元件的线性度，完成四分量应变仪四个方向传感元件的线性度精确测量；

S3)频带范围测量，旋转调整测试筒的角度，并通过垫片调整应变仪探头的高度，压电陶瓷致动器和微调螺杆相对一号传感元件的左右两端设置，压电陶瓷控制器向压电陶瓷致动器输入相同幅度不同频率的正弦波电压信号，使压电陶瓷致动器产生正弦波位移信号，该信号传递给应变仪探头筒壁，用高频数据采集器存储一号传感元件输出的数据和波形，进而分析应变仪的频带范围；

松开压紧应变仪探头的微调螺杆，启动旋转模块将测试筒逆时针旋转45°，使压电陶瓷致动器和微调螺杆相对二号传感元件的左右两端设置，再将微调螺杆旋转压紧应变仪探头外壁，待机械稳定一段时间后开始重复以上步骤测量二号传感器元件的频带范围；

重复上述以上步骤依次测量三号、四号传感器元件的频带范围，完成四分量应变仪四个方向传感元件的频带范围精确测量。