光电式应力计制造技术

本发明专利技术公开了一种光电式应力计，包括有应变管，应变管一侧内壁上安装有两应变座，其中长度较长的应变座座端安装有短导杆，长度较短的应变座座端安装有长导杆，长导杆杆端延伸至短导杆下方，短导杆、长导杆之间设置有应变轴，应变轴上连接有连杆，连杆杆端安装有遮光板，还包括有光电采集模块，光电采集模块由光源、凸透镜、分光镜、基准光敏管、测量光敏管、基准光阑、测量光阑构成，光源的光出射光路上依次设置凸透镜、分光镜，分光镜反射光光路上依次设置基准光阑、基准光敏管，分光镜透射光光路上依次设置测量光阑、测量光敏管，遮光板伸入分光镜与测量光阑之间。本发明专利技术具有实时测量、电耗极低和采用国际标准接口输出数据的优点。

【技术实现步骤摘要】
光电式应力计
本专利技术涉及应力计领域，具体为一种用于工程中监测构筑物内部应力变化的光电式应力计。
技术介绍
目前，在工程中广泛应用的是振弦式应力计，由于这种应力计在实际测量时需要先从外部设备(读数仪)输送激励电能，之后再采集测量数据，其不足之处在于，电能功耗较大，采集周期较长，不适合用在系统化、自动化采集站点作为测量装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光电式应力计，以克服现有技术存在的不足。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为:光电式应力计，其特征在于:包括有直管状的应变管，所述应变管一侧内壁上通过刚性关联安装有两应变座，两应变座构成的直线与应变管轴向平行，两应变座分别沿应变管径向伸入应变管中且长度不同，其中长度较长的应变座座端安装有短导杆，所述短导杆与应变管轴向平行并指向长度较短的应变座，长度较短的应变座座端安装有长导杆，所述长导杆与应变管轴向平行并指向长度较长的应变座，且长导杆杆端延伸至短导杆下方，所述短导杆、长导杆之间设置有应变轴，所述应变轴的圆周曲面分别与长、短导杆相切且在切点处分别柔性关联，应变轴上连接有与应变管轴向平行并向长度较短的应变座延伸的连杆，连杆杆端安装有遮光板，还包括有光电米集模块，所述光电米集模块由光源、凸透镜、分光镜、基准光敏管、测量光敏管、基准光阑、测量光阑构成，其中光源的光出射光路上依次设置凸透镜、分光镜，分光镜反射光光路上依次设置基准光阑、基准光敏管，分光镜透射光光路上依次设置测量光阑、测量光敏管，所述连杆杆端安装的遮光板伸入分光镜与测量光阑之间并部分遮挡测量光阑。所述的一种光电式应力计，其特征在于:所述光源、凸透镜、分光镜、基准光敏管、测量光敏管、基准光阑、测量光阑封装于一个盒体内。所述的一种光电式应力计，其特征在于:所述光源采用高相干性发光二极管，基准光敏管、测量光敏管分别采用高线性光敏二极管。所述的一种光电式应力计，其特征在于:所述应变管内还设置有印刷电路板，印刷电路板上内置电路模块，所述电路模块包括MCU构成的微处理器单元、分别接入微处理器单元的差分放大器和模数转换器、接入微处理器单元和模数转换器的通用串行接口，所述光电采集模块中光源接入微处理器单元，基准光敏管、测量光敏管分别接入差分放大器，微处理器单元向光源发出控制信号，测量光敏管、基准光敏管的输出信号依次经过差分放大器、模数转换器后，通过通用串行接口输出。所述的一种光电式应力计，其特征在于:所述电路模块还包括电源管理模块、电池，所述电池供电至微处理器单元，微处理器单元通过电源管理模块管理电池。所述的一种光电式应力计，其特征在于:所述电路模块中，通用串行接口上连接有输出电缆，应变管侧壁上开有供输出电缆引出的出线孔。所述的一种光电式应力计，其特征在于:所述应变管两端管口内壁分别加工有内螺纹，且应变管两端管口中分别安装有密封应变管的堵头。本专利技术测量原理如下:在工程实践中，应变管受到外部机械力场的作用，会产生轴向压缩或拉伸的位移形变，通过长、短导杆及应力轴构成的相向搓动机构将位移形变数据进行采集并转换，可转化为相应的角形变，再通过连杆将角形变放大，并联动其控制光敏管的受光通量，从而获取与应变管位移形变同步的线性变化电量，将该变化电量放大处理后通过电缆输出，即为应力测量数据。本专利技术设计了一种新的、光机电一体化应力测量机构，并通过嵌入的微电子系统实现采集数据的自动化操作，具有实时测量、电耗极低和采用国际标准接口输出数据的优点。【附图说明】图1为本专利技术结构示意图。图2为本专利技术相向搓动机构原理示意图。图3为本专利技术光电采集模块原理示意图。图4为本专利技术电路模块原理框图。图5为本专利技术光电采集模块封装示意图。【具体实施方式】如图1-图5所示。光电式应力计,包括有直管状的应变管I,应变管I 一侧内壁上通过刚性关联安装有两应变座2、3，两应变座2、3构成的直线与应变管I轴向平行，两应变座2、3分别沿应变管I径向伸入应变管中且长度不同，其中长度较长的应变座2座端安装有短导杆4，短导杆4与应变管I轴向平行并指向长度较短的应变座3，长度较短的应变座3座端安装有长导杆5，长导杆5与应变管I轴向平行并指向长度较长的应变座2，且长导杆5杆端延伸至短导杆4下方,短导杆4、长导杆5之间设置有应变轴6,应变轴6的圆周曲面分别与长、短导杆5、4相切且在切点处分别柔性关联，应变轴6上连接有与应变管I轴向平行并向长度较短的应变座3延伸的连杆7，连杆7杆端安装有遮光板8，还包括有光电采集模块9，光电采集模块9由光源91、凸透镜92、分光镜93、基准光敏管94、测量光敏管95、基准光阑96、测量光阑97构成，其中光源91的光出射光路上依次设置凸透镜92、分光镜93，分光镜93反射光光路上依次设置基准光阑96、基准光敏管94，分光镜93透射光光路上依次设置测量光阑97、测量光敏管95，连杆7杆端安装的遮光板8伸入分光镜93与测量光阑97之间并部分遮挡测量光阑97。光源91、凸透镜92、分光镜93、基准光敏管94、测量光敏管95、基准光阑96、测量光阑97封装于一个盒体内。光源91采用高相干性发光二极管，基准光敏管94、测量光敏管95分别采用高线性光敏二极管。应变管I内还设置有印刷电路板10,印刷电路板上10内置电路模块，电路模块包括MCU构成的微处理器单元、分别接入微处理器单元的差分放大器和模数转换器、接入微处理器单元和模数转换器的通用串行接口，光电采集模块9中光源91接入微处理器单元，基准光敏管94、测量光敏管95分别接入差分放大器，微处理器单元向光源发出控制信号，测量光敏管94、基准光敏管95的输出信号依次经过差分放大器、模数转换器后，通过通用串行接口输出。电路模块还包括电源管理模块、电池，电池供电至微处理器单元，微处理器单元通过电源管理模块管理电池。电路模块中，通用串行接口上连接有输出电缆，应变管I侧壁上开有供输出电缆引出的出线孔11。应变管I两端管口内壁分别加工有内螺纹，且应变管I两端管口中分别安装有密封应变管的堵头12。本专利技术中，应变管为长度小于20cm呈轴线对称的不锈钢机械加工件，两端管口处加工符合工程安装标准的内螺纹，其管壁内侧和中空的内腔用于安装应力测量部件，并通过在管壁一侧加工的通孔将连接在光电器件上的电缆引出。内腔部件安装完成后，用与应变管同质材料制成的赌头密封应变管两端，形成封闭的机电一体化装置。如图2所示。本专利技术中，长、短导杆及应变轴构成相向搓动机构，应变座2和应变座3分别通过刚性关联安装在应变管I内壁同一侧，安装在应变座2上的短导杆4和安装在应变座3上的长导杆5能够与应变座2和应变座3之间的距离变化随动，即发生相对位移。应变轴6的圆周曲面分别与相互平行的短导杆4和长导杆5内切，并在切点线处进行柔性关联，当短导杆4、长导杆5发生相对位移时能够搓动应变轴偏转，于是，通过连杆7与应变轴6进行刚性关联的遮光板8将在其转动弧切线方向发生位移(因为弧度很小，可以认为是平移)。如图3所示。本专利技术中，遮光板8是实现力学变量转化为光电变量的关键部件，遮光板8的后方依次是光源91、凸透镜92和分光镜93,光源91发出的光照先经凸透镜92聚焦，再经分光镜93分别导出两路，一路是指向基准光敏管94的折射光，另一路是指向测量光敏管本文档来自技高网...

【技术保护点】
光电式应力计，其特征在于：包括有直管状的应变管，所述应变管一侧内壁上通过刚性关联安装有两应变座，两应变座构成的直线与应变管轴向平行，两应变座分别沿应变管径向伸入应变管中且长度不同，其中长度较长的应变座座端安装有短导杆，所述短导杆与应变管轴向平行并指向长度较短的应变座，长度较短的应变座座端安装有长导杆，所述长导杆与应变管轴向平行并指向长度较长的应变座，且长导杆杆端延伸至短导杆下方，所述短导杆、长导杆之间设置有应变轴，所述应变轴的圆周曲面分别与长、短导杆相切且在切点处分别柔性关联，应变轴上连接有与应变管轴向平行并向长度较短的应变座延伸的连杆，连杆杆端安装有遮光板，还包括有光电采集模块，所述光电采集模块由光源、凸透镜、分光镜、基准光敏管、测量光敏管、基准光阑、测量光阑构成，其中光源的光出射光路上依次设置凸透镜、分光镜，分光镜反射光光路上依次设置基准光阑、基准光敏管，分光镜透射光光路上依次设置测量光阑、测量光敏管，所述连杆杆端安装的遮光板伸入分光镜与测量光阑之间并部分遮挡测量光阑。

【技术特征摘要】
1.光电式应力计，其特征在于:包括有直管状的应变管，所述应变管一侧内壁上通过刚性关联安装有两应变座，两应变座构成的直线与应变管轴向平行，两应变座分别沿应变管径向伸入应变管中且长度不同，其中长度较长的应变座座端安装有短导杆，所述短导杆与应变管轴向平行并指向长度较短的应变座，长度较短的应变座座端安装有长导杆，所述长导杆与应变管轴向平行并指向长度较长的应变座，且长导杆杆端延伸至短导杆下方，所述短导杆、长导杆之间设置有应变轴，所述应变轴的圆周曲面分别与长、短导杆相切且在切点处分别柔性关联，应变轴上连接有与应变管轴向平行并向长度较短的应变座延伸的连杆，连杆杆端安装有遮光板，还包括有光电米集模块，所述光电米集模块由光源、凸透镜、分光镜、基准光敏管、测量光敏管、基准光阑、测量光阑构成，其中光源的光出射光路上依次设置凸透镜、分光镜，分光镜反射光光路上依次设置基准光阑、基准光敏管，分光镜透射光光路上依次设置测量光阑、测量光敏管，所述连杆杆端安装的遮光板伸入分光镜与测量光阑之间并部分遮挡测量光阑。2.根据权利要求1所述的一种光电式应力计，其特征在于:所述光源、凸透镜、分光镜、基准光敏管、测量光敏管、基准光阑、测量光阑封装于一个盒...

【专利技术属性】
技术研发人员：何宏盛，杨仲杰，梁超，刘武生，吴艾久，周健宝，张杰胜，
申请(专利权)人：中铁四局集团第一工程有限公司，
类型：发明
国别省市：