一种大标距振弦式应变计

摘要

本发明涉及应变计技术领域，公开了一种大标距振弦式应变计，其特征在于：包括自电缆端至测量端依次设置的电缆端法兰部件、钢弦激振测量部件、测量端法兰部件，所述电缆端法兰部件包括电缆端法兰和用于将电缆固定在电缆端法兰上的电缆接头，所述测量端法兰部件包括波纹管和测量端法兰，所述波纹管一端与测量端法兰连接，另一端与电缆端法兰连接，所述钢弦激振测量部件设置于电缆端法兰、波纹管和测量端法兰三者围成的空腔内，所述钢弦激振测量部件包括设置于电缆端法兰的空腔内的钢弦激振测量装置、弹簧、弹簧拉杆、钢弦护管和张拉于钢弦护管内的钢弦。本发明的有益效果为能够实现振弦式应变计的大标距测量，同时有益于提升仪器的应变量测量范围。

说明书

技术领域

本发明涉及应变计技术领域，具体为一种大标距振弦式应变计。

背景技术

为了解建筑物的应力分布情况，工程上一般通过安装应变计用于监测建筑物的应变，再通过力学计算来求得应力分布以及受力情况分析等。振弦式应变计以其较高精度和较易实现自动监测而在工程中得到应用。

发明专利CN105091806B公开了一种耐高压振弦式应变计，如图1所示，包括电缆接头2-6、电缆2-7、左侧法兰2-1、右侧法兰、置于左右两侧法兰之间的保护壳体2-2、置于保护壳体2-2内部的测量装置2-3、右侧固定端2-4、隔断结构2-5、钢弦2-10和钢弦护管2-8，其中，钢弦2-10张拉于钢弦护管2-8内部，并固定于左侧法兰2-1和右侧固定端2-4上，右侧固定端2-4主要用来固定钢弦2-10的另一端头，其主要作用是与左侧法兰2-1配合共同固定和张紧钢弦2-10，右侧固定端2-4与保护壳体2-2之间通过低应力焊接技术连接为一体。测量装置2-3通过注塑模2-9完全固定在钢弦护管2-8上，与钢弦护管2-8连接为一个整体结构，不会出现松动脱开的现象。这样，本发明的耐高压应变计，将测量装置2-3与钢弦护管2-8通过注模的方式完全封装为一体的结构，不存在二次固定操作，通过模具保证测量装置与钢弦护管完全对正安装，且牢固可靠，不会出现偏心和脱离的可能；然后将与测量装置2-3集成的一体化的钢弦护管2-8装入保护壳体2-2内部，钢弦2-10两侧分别与左侧法兰2-1和右侧固定端2-4固定在一起，同时，将保护壳体2-2与右侧固定端2-4及钢弦护管2-8连接处采用低应力焊接技术完全密封焊接，使测量装置2-3，钢弦2-10、钢弦护管2-8、左侧法兰2-1及右侧固定端2-4组成一体化的应变感应和测量部件，该一体化的应变感应和测量部件位于保护壳体2-2内部，与外界完全隔绝，确保耐水压可靠。

随着大型输气、输液压力管道，桥梁支撑、支架钢管，大跨度拱形钢梁，大骨料粒岩土建筑物等的应变监测需求越来越多，虽然图1中的振弦式应变计设计成整体结构，保证了耐水压能力，但还存在以下不足：1）适用范围有局限性：在工程运用过程中，大型金属构件的应力集中分布尺寸范围较大，需采用大标距仪器测量；大骨料粒岩土建筑物的应力监测需匹配相应大尺寸标距的应变计以满足需求。现有弦式应变计目前常规的标距为150mm，如果按现有结构直接把标距扩大到250mm，钢弦的张紧力非常大，钢丝固定夹持工艺较难实现，仪器的长期使用稳定性也不可靠，同时钢弦的激振与信号采集也存在较大问题；2)满量程变化量较小：大型受力钢结构件、钢管、大体积岩土工程的应变量通常比较大，应变范围可以达到20000με，而现有振弦式150mm标距应变计满量程应变变化量为3000με，无法满足大量程应变量测量的需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种大标距振弦式应变计，能够实现振弦式应变计的大标距测量，同时有益于提升仪器的应变量测量范围。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大标距振弦式应变计，包括自电缆端至测量端依次设置的电缆端法兰部件、钢弦激振测量部件、测量端法兰部件，所述电缆端法兰部件包括电缆端法兰和用于将电缆固定在电缆端法兰上的电缆接头，电缆接头主要用于电缆的密封与固定，电缆接头采用标准电缆接头，确保电缆外部耐水压可靠。所述测量端法兰部件包括波纹管和测量端法兰，测量端法兰部件主要用于对钢弦激振测量部件进行密封保护的，所述波纹管一端与测量端法兰连接，另一端与电缆端法兰连接。所述钢弦激振测量部件设置于电缆端法兰、波纹管和测量端法兰三者围成的空腔内，所述钢弦激振测量部件包括设置于电缆端法兰的空腔内的钢弦激振测量装置、弹簧、弹簧拉杆、钢弦护管和张拉于钢弦护管内的钢弦，所述弹簧的一端与钢弦的一端连接，另一端与弹簧拉杆的一端连接，所述弹簧拉杆的另一端与测量端法兰连接，所述弹簧和弹簧拉杆皆设置于钢弦护管内，所述钢弦的另一端与钢弦激振测量装置连接。

将本发明装配完成后，把其两端法兰固定在监测物上，随着建筑物的应力变化，带动钢弦的张紧与松弛，通过测量激振钢弦频率的变化得出应变变化量；本发明的应变计克服了钢弦拉伸变形量较小的问题，采用弹簧加钢弦的结构，拓展了仪器的变形范围，从而实现仪器的大应变量测量，标距达到250mm。

进一步地，所述钢弦护管一端与电缆端法兰固定连接，另一端与测量端法兰固定连接。

进一步地，所述钢弦激振测量装置的近钢弦护管的一端与钢弦护管连接。

进一步地，所述钢弦激振测量装置通过其端部嵌入钢弦护管内的方式与钢弦护管固定连接。

进一步地，所述钢弦、弹簧和弹簧拉杆三者连接后呈直线排布，钢弦、弹簧和弹簧拉杆三者连接后呈直线排布，把装配好的组件套入钢弦护管内，这样当弹簧变形张拉时即可带动钢弦张紧，通过线圈激振可实现高频振动。

进一步地，所述波纹管为不锈钢弹性伸缩管，弹性的波纹管与两侧法兰端硬性连接，仪器变形时带动测量元件与波纹管一体化同步弹性变形，整体化结构合理可靠。

进一步地，所述弹簧拉杆通过螺纹连接方式紧固在测量端法兰上。

进一步地，所述波纹管与测量端法兰、电缆端法兰的连接方式为低应力激光焊接连接，这样波纹管两端的连接缝焊接后保证仪器的外部防水密封。

进一步地，所述波纹管的一端套入测量端法兰的台阶内，并采用低应力激光焊接工艺进行熔融焊接。

进一步地，所述电缆的芯线通过隔断接头与钢弦激振测量装置的线圈芯线连接，本发明的弦芯敏感部件内置于电缆端法兰的空腔内通过焊接工艺实现可靠密封；隔断接头一端与电缆的芯线连接，另一端与钢弦激振测量装置的线圈芯线连接，隔断接头的设置，实现信号传输的同时，保证弦芯敏感部件的内侧密封，即使因电缆防水失效后，外部压力水也无法通过电缆的芯线护套进入弦芯敏感部件内部，导致仪器损坏。

优选地，所述弹簧的两端分别通过其上的挂钩与钢弦、弹簧拉杆上的销钉连接，这样一种销钉挂钩连接的方式达到弹簧两端分别与钢弦、弹簧拉杆的连接。

优选地，弹簧采用高性能弹簧，可以使应变变化量能够均匀的传导至钢弦，保证了仪器的测量性能；本发明的应变计通过增加了高性能弹簧，延展了应变计的拉伸变形量，使应变变化量可扩展至20000με，，更好的满足各式工程的监测需求。

与现有技术相比，本发明提供了一种大标距振弦式应变计，具备以下有益效果：

（1）本发明的振弦式应变计，钢弦激振测量部件与电缆端法兰固定，测量端法兰与弹簧拉杆固定，钢弦激振测量装置和弹簧拉杆两者中间采用高性能的弹簧连接；在工程使用中，被测物体产生应力应变，带动与两端法兰连接的弹簧发生变形，而弹簧的弹力直接作用在钢弦上，弹力的变化带动钢弦松紧度变化；由于钢弦自身的拉伸变形量比较小，限制了应变量的输出范围，但本发明采用弹簧，通过弹力大小的改变均匀线性的作用在钢弦上，延展了仪器形变范围，从而可实现高应变量的变化测量，进而实现了振弦式应变计的大标距测量，同时有益于提升仪器的应变量测量范围；

（2）本发明中的大标距应变计，尤其是一种标距为250mm的大应变计(行业内，大标距指标距为250mm)，主要用于监测大型输气、输液压力管道，桥梁支撑、支架钢管，大跨度拱形钢梁，大骨料粒岩土建筑物等的应变，适用于安装在监测物表面或者埋设在建筑物的内部，测量结构物内部的应变；

（3）本发明对核心钢弦激振测量部件采用了两道密封封装工艺：内部密封由隔断接头、弹簧拉杆和钢弦护管配合实现；外部密封由电缆接头、不锈钢且能弹性伸缩的波纹管、两侧法兰部件配合实现；仪器两端法兰与波纹管的对接缝通过激光焊接，使三者一体化刚性连接，可有效实现弹簧拉杆的防转功能，保证了本发明使用的稳定性，同时所形成的密封腔体保证了本发明的振弦式应变计防水密封效果，使本发明的振弦式应变计具有良好的耐水压性能；

（4）本发明的振弦式应变计主要包括钢弦激振测量部件和两端连接法兰、不锈钢弹性波纹管，然后通过激光焊接工艺实现一体化结构，装配完成的仪器适用于大标距测量，尤其是广泛通用的250mm标距；本发明设置了钢弦激振测量部件内置，线圈组件牢固的安装在钢弦外侧，保证长期测值的稳定性；通过低应力激光焊接加工工艺实现两道密封，保证了仪器可靠的耐水压性能；同时弹性波纹管与两侧法兰端硬性连接，仪器变形时带动测量元件与波纹管一体化同步弹性变形，整体化结构合理可靠。

附图说明

图1为现有的振弦式应变计的结构示意图；

图2为本发明的大标距振弦式应变计的结构示意图；

图3为本发明的大标距振弦式应变计的局部剖视结构示意图；

图4为本发明的大标距振弦式应变计电缆端法兰部件的结构示意图；

图5为本发明的大标距振弦式应变计测量部件的结构示意图；

图6为本发明的大标距振弦式应变计测量端法兰部件的结构示意图；

图7为本发明的大标距振弦式应变计焊接步骤工艺示意图。

图中附图标记的含义为：1、第一道焊缝，2、第二道焊缝，3-1、电缆接头，3-2、电缆端法兰，3-3、钢弦激振测量装置，3-4、钢弦，3-5、钢弦护管，3-6、弹簧，3-7、弹簧拉杆，3-8、波纹管，3-9、测量端法兰。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图2至图6所示，本发明的应变计，包括自电缆端至测量端依次设置的电缆端法兰3-2部件、钢弦3-4激振测量部件、测量端法兰3-9部件，所述电缆端法兰3-2部件包括电缆端法兰3-2和用于将电缆固定在电缆端法兰3-2上的电缆接头3-1，电缆接头3-1主要用于电缆的密封与固定，电缆接头3-1采用标准电缆接头3-1，确保电缆外部耐水压可靠。所述测量端法兰3-9部件包括波纹管3-8和测量端法兰3-9，测量端法兰3-9部件主要用于对钢弦3-4激振测量部件进行密封保护的，所述波纹管3-8一端与测量端法兰3-9连接，另一端与电缆端法兰3-2连接。所述钢弦3-4激振测量部件设置于电缆端法兰3-2、波纹管3-8和测量端法兰3-9三者围成的空腔内，所述钢弦3-4激振测量部件包括设置于电缆端法兰3-2的空腔内的钢弦3-4激振测量装置3-3、弹簧3-6、弹簧拉杆3-7、钢弦护管3-5和张拉于钢弦护管3-5内的钢弦3-4，所述弹簧3-6的一端与钢弦3-4的一端连接，另一端与弹簧拉杆3-7的一端连接，所述弹簧拉杆3-7的另一端与测量端法兰3-9连接，所述弹簧3-6和弹簧拉杆3-7皆设置于钢弦护管3-5内，所述钢弦3-4的另一端与钢弦3-4激振测量装置3-3连接。

在本实施例的一种具体实施方式中，所述钢弦3-4、弹簧3-6和弹簧拉杆3-7三者连接后呈直线排布，钢弦3-4、弹簧3-6和弹簧拉杆3-7三者连接后呈直线排布，把装配好的组件套入钢弦护管3-5内，这样当弹簧3-6变形张拉时即可带动钢弦3-4张紧，通过线圈激振可实现高频振动。

将本发明装配完成后，把其两端法兰固定在监测物上，随着建筑物的应力变化，带动钢弦3-4的张紧与松弛，通过测量激振钢弦3-4频率的变化得出应变变化量；本发明的应变计克服了钢弦3-4拉伸变形量较小的问题，采用弹簧3-6加钢弦3-4的结构，拓展了仪器的变形范围，从而实现仪器的大应变量测量，标距达到250mm。

在本实施例的一种具体实施方式中，弹簧3-6采用高性能弹簧3-6，可以使应变变化量能够均匀的传导至钢弦3-4，保证了仪器的测量性能；本发明的应变计通过增加了高性能弹簧3-6，延展了应变计的拉伸变形量，使应变变化量可扩展至20000με，更好的满足各式工程的监测需求。

实施例2

如图2和图3所示，为了本发明的具有良好的耐水压性能，本发明设计为一体化结构，本实施例与实施例1的区别在于：

在本实施例的一种具体实施方式中，所述钢弦护管3-5一端与电缆端法兰3-2固定连接，另一端与测量端法兰3-9固定连接。

在本实施例的一种具体实施方式中，所述钢弦3-4激振测量装置3-3的近钢弦护管3-5的一端与钢弦护管3-5连接。

在本实施例的一种具体实施方式中，所述钢弦3-4激振测量装置3-3通过其端部嵌入钢弦护管3-5内的方式与钢弦护管3-5固定连接。

在本实施例的一种具体实施方式中，所述波纹管3-8为不锈钢弹性伸缩管，弹性的波纹管3-8与两侧法兰端硬性连接，仪器变形时带动测量元件与波纹管3-8一体化同步弹性变形，整体化结构合理可靠。

在本实施例的一种具体实施方式中，所述弹簧拉杆3-7通过螺纹连接方式紧固在测量端法兰3-9上。

如图7所示，在本实施例的一种具体实施方式中，所述波纹管3-8与测量端法兰3-9、电缆端法兰3-2的连接方式为低应力激光焊接连接，这样波纹管3-8两端的连接缝焊接后保证仪器的外部防水密封。

在本实施例的一种具体实施方式中，所述波纹管3-8的一端套入测量端法兰3-9的台阶内，并采用低应力激光焊接工艺进行熔融焊接。

在本实施例的一种具体实施方式中，所述电缆的芯线通过隔断接头与钢弦3-4激振测量装置3-3的线圈芯线连接，本发明的弦芯敏感部件内置于电缆端法兰3-2的空腔内通过焊接工艺实现可靠密封；隔断接头一端与电缆的芯线连接，另一端与钢弦3-4激振测量装置3-3的线圈芯线连接，隔断接头的设置，实现信号传输的同时，保证弦芯敏感部件的内侧密封，即使因电缆防水失效后，外部压力水也无法通过电缆的芯线护套进入弦芯敏感部件内部，导致仪器损坏。

在本实施例的一种具体实施方式中，所述弹簧3-6的两端分别通过其上的挂钩与钢弦3-4、弹簧拉杆3-7上的销钉连接，这样一种销钉挂钩连接的方式达到弹簧3-6两端分别与钢弦3-4、弹簧拉杆3-7的连接。

如图7所示，将电缆端法兰部件、钢弦激振测量部件和测量端法兰部件三个部件通过低应力激光焊接工艺进行生产组装：第一道焊缝1为内部焊接，先把钢弦激振测量部件嵌入电缆端法兰3-2空腔内，连接好线圈引线后，此时对电缆端法兰3-2和波纹管3-8的对接缝采用激光焊接牢固；第二道焊缝2为外部焊接，将测量端法兰3-9与弹簧拉杆3-7通过螺纹连接紧固后，对波纹管3-8与电缆端法兰3-2、测量端法兰3-9对接缝进行激光焊接牢固。

本发明的核心钢弦激振测量部件内置于密封腔体内，线圈整体嵌入包裹钢弦的管子的外壁的凹槽内，整体结构稳固；同时，钢弦护管3-5、弹簧3-6、弹簧拉杆3-7等完全封装到不锈钢弹性波纹管内部，并完全与外界隔绝，确保了测值的稳定性与能承受可靠耐水压的目的。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。