光電式抱杆撓度檢測裝置及其檢測方法
2023-05-26 11:38:51 1
專利名稱：光電式抱杆撓度檢測裝置及其檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測抱杆受力後產生撓度的測試設備，尤其涉及一種光電式抱杆撓度檢測裝置及其檢測方法。
背景技術：
目前，常用理論計算與實驗應力分析相結合的方法，進行抱杆結構的優化設計。該實驗應力分析方法，一般是在抱杆的構件上粘貼電阻應變片，測出其受力後構件的應變，經換算得出構件的強度值。對於抱杆受力後整體撓度及剛度值，只能靠做模型試驗得出。由於抱杆的模型與原型在材料、加工等的方式上有很大不同，所以模型試驗的結果往往與實際情況有較大的差異，不能滿足應用上的需求。
發明內容
本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種能原型測試抱杆整體剛度的光電式抱杆撓度檢測裝置及其檢測方法。本發明是通過以下技術方案實現的
一種光電式抱杆撓度檢測裝置，包括有抱杆、支座、基礎、雷射發射器、雷射接收器、撓度檢測儀、若干截光器、若干傾角傳感器、承載鉸和荷載，所述的抱杆的下端與所述的支座連接，支座固定在基礎上，在抱杆的截面慣性矩小方向的外側面上，上端安置所述的雷射接收器和一傾角傳感器，下端安置所述的雷射發射器和一傾角傳感器，中間等距的安置有所述的截光器和傾角傳感器，所述的雷射發射器、雷射接收器、截光器和傾角傳感器均位於截面慣性矩小方向的外側面中心線上且雷射發射器發出的雷射束能被雷射接收器接收以及被截光器攔截，所述的若干截光器和若干傾角傳感器的輸出端均與所述的撓度檢測儀連接，所述的荷載施加在抱杆的上端。採用上述的裝置進行光電式抱杆撓度檢測的檢測方法，由雷射發射器發出雷射束被雷射接收器接收，由各傾角傳感器分別測出抱杆兩端和測點的傾斜角度，由各截光器分別測出測點與雷射束的距離，得出抱杆的初始狀態；在抱杆的上端初級施加荷載，每加一級荷載，由雷射發射器重新發出雷射束，各傾角傳感器再分別測出抱杆兩端和測點的傾斜角度，各截光器在分別測出測點與雷射束的距離；將每次測量的傾斜角度和距離數據均傳入撓度檢測儀進行數據的處理，得出抱杆在端部承受荷載情況下的整體撓度。所述的雷射發射器包括有固定在底座上的罩殼，所述的罩殼頂面上開有一窗口，窗口上安裝有一插門，罩殼內部底座上安置有雷射擺射裝置一，所述的雷射擺射裝置一包括有依次固定在底座上的電機一、減速器一、呈U型槽狀的支架、制動器一和角位移傳感器一，所述的電機一的主軸與減速器一的主軸連接，減速器一的傳動軸與支架左側架壁轉軸連接，支架右側架壁轉軸與制動器一的主軸連接，制動器一的主軸的另一端與角位移傳感器一的主軸連接，在支架底部與底座之間墊有減震墊，減震墊的前後兩側分別安置有磁敏開關一，支架左右兩側的轉軸為同一中心軸線，支架圍繞該中心軸線以一角度擺動；所述的雷射擺射裝置二為在所述的雷射擺射裝置一的支架底部依次固定有電機二、減速器二、雷射發射座、制動器二和角位移傳感器二，電機二的主軸與減速器二的主軸連接，減速器二的傳動軸與雷射發射座的前側轉軸連接，雷射發射座的後側轉軸與制動器二的主軸連接，制動器二的主軸的另一端與角位移傳感器二的主軸連接，所述的雷射發射座上安裝有雷射發射元件，雷射發射座的左右兩側面上分別安裝有減振彈簧，在雷射發射座底面的左右兩端分別安置有磁敏開關二，雷射發射座前側面轉軸和後側面轉軸為同一中心軸線，雷射發射座圍繞該中心軸線以一角度擺動。所述的雷射接收器包括有安裝在底盤上的機殼，機殼頂板中心開有圓孔，在圓孔外圍的頂板上等距安裝數個光敏元件，在頂板內側，與圓孔同心的位置安裝有圓筒形調製罩，調製罩上部與機殼頂板之間安裝有調製板，下部安裝有電路板，在調製板的中心安裝有透光鏡，電路板中心安裝有光敏接收管，其中，通過透光鏡的光能照到光敏接收管上，在機殼外側設有電纜固定頭。 本發明工作原理是在抱杆的兩端承受軸向壓力時，抱杆往往是因產生的撓度過大失穩而破壞的。根據材料力學的理論，抱杆的截面慣性矩小其剛度就小，並在該截面慣性矩小的方向將產生撓度。現在抱杆截面慣性矩小方向的外側面上，抱杆的上端安置有雷射接收器，下端安置有雷射發射器，由雷射發射器發出且被雷射接收器接收的雷射束為抱杆中心線的參照線；抱杆中間等距布置的測點均安置有截光器與傾角傳感器，由截光器測得抱杆外側面至參照線的垂直距離為撓度值，由傾角傳感器測得的截面轉角值，以及兩端的傾角傳感器測得的參照線的轉角值，以此得出抱杆在受力時的整體撓度。當抱杆承受的力足夠大時，測得抱杆的整體失穩形態。所述的雷射發射器工作原理是雷射擺射裝置一由電機一的動力，經減速器一帶動支架擺動，並由撓度檢測儀根據雷射接收器的光敏接收管接收到雷射的信號，控制制動器一對支架制動，以及由傾角傳感器一量測出屆時支架的擺角。雷射擺射裝置二由電機二的動力，經減速器二帶動雷射發射座擺動，並撓度檢測儀根據雷射接收器的光敏接收管接收到雷射的信號，控制制動器二對雷射發射座制動，以及由傾角傳感器二測出屆時雷射發射座的擺角。雷射發射器發射雷射時，雷射擺射裝置一每擺動△ a微量角度後，雷射擺射裝置二擺動3角度，直至雷射擺射裝置一擺動完a角度，形成aLX3L(L為雷射發射器至雷射接收器的距離；a、P較小，視為a tga，0 tg 0 )的矩形照射面，覆蓋住雷射接收器，得以雷射發射器跟蹤雷射接收器，讓雷射從雷射接收器調製板的透光鏡照射到光敏接收管上。所述的雷射接收器的工作原理是當雷射發射器發出的雷射照射到雷射接收器的透光鏡，並通過調製罩內的光敏接收管接收，光敏接收管再向撓度檢測儀輸出接收到雷射的信號。當抱杆受力後產生了撓度的變形，雷射發射器發出的雷射偏離透光鏡，照射到調製孔周圍的數個光敏元件上，光敏元件即向撓度檢測儀輸出雷射照射點的相應位置，撓度檢測儀做出判斷，以最快速度操控雷射發射器的雷射發射元件重新對準雷射接收器的透光鏡。本發明中，抱杆是被測構件；承載鉸的作用是傳遞力，不傳遞力矩；支座的作用是抱杆支撐於基礎的連接件；基礎的作用是支承抱杆；荷載的作用是檢測用分級荷載的力；截光器的作用是量測測點處抱杆外側面至雷射參照線的距離；傾角傳感器的作用是量測測點處抱杆變形的角度；截面慣性矩小方向中心線是抱杆測點處的截面在截面慣性矩小方向的中心線；雷射發射器11的作用是為抱杆中心線作出的雷射參照線，並能在設定的角度(a、0 )內發射雷射束；底座的作用是安置雷射發射器，以及固定雷射擺射裝置一的電機一、減速器一、制動器一、角位移傳感器一及磁敏開關一；罩殼的作用是保護雷射發射器；插門的作用是保護雷射發射元件；雷射擺射裝置一的作用是讓雷射發射裝置二在X坐標方向上以a角度範圍來回擺動；電機一的作用是為支架擺動提供動力；減速器一的作用是控制支架擺動速度；制動器一的作用是為支架制動；角位移傳感器一的作用是量測支架擺動的角度；支架的作用是支承雷射擺射裝置二 ；支架左側架壁的作用是連接減速器傳動軸；支架右側架壁的作用是連接制動器的主軸；磁敏開關一的作用是控制支架2擺動的幅度；減震墊的作用是為雷射擺射裝置二擺動時減振；雷射擺射裝置二的作用是讓雷射發射元件在Y坐標方向上以P角度範圍來回擺射雷射束；電機二的作用是為雷射發射元件座擺動提供動力；減速器二的作用是控制雷射發射元件座擺動速度；制動器二的作用是雷射發射元件座制動；角位移傳感器二的作用是量測雷射發射元件座擺動的角度；雷射發射座的作用是固定雷射發射元件；雷射發射元件的作用是發射雷射束；磁敏開關的作用是控制雷射發射元件座擺動的幅度；減振彈簧的作用是為雷射發射座擺動時減振；雷射接收器的作用是接收雷射發射器發出的雷射，為抱杆中心線作出的雷射參照線；機殼的作用是固定光敏元件及調製罩；底盤的作用是固定機殼；光敏元件的作用是為檢測儀提供雷射束對準透光鏡的信息，提高雷射束對準透光鏡的速度；調製罩的作用是形成四周封閉不透光的空間；調製板的作用是安置透光鏡；透光鏡的作用是提高接收雷射束的精度，並讓雷射束照射到光敏接收管上；電路板的作用是安置光敏接收管、電子元件及電路；光敏接收管的作用是 接受雷射束的電子元件；電纜固定頭的作用是引出電纜。本發明的優點是本發明提出的一種光電式抱杆撓度檢測裝置及其檢測方法，該檢測裝置能檢測出抱杆原型受力後的整體撓度值及失穩狀態，為抱杆的受力分析、優化設計、質量檢驗提供依據，具有精度高、量程大、準確性好、結構簡單、操作簡便、造價低、實時顯示數據等的優點。
圖I為本發明裝置的正視圖。圖2為本發明裝置的俯視圖。圖3為本發明裝置的左視圖。圖4為雷射發射器的正視圖。圖5為雷射發射器的俯視圖。圖6為雷射發射器的左視圖。圖7為雷射接收器的正視圖。圖8為雷射接收器的俯視圖。
具體實施例方式—種光電式抱杆撓度檢測裝置,如圖1、2和3所不,包括有抱杆I、支座3、基礎4、雷射發射器11、雷射接收器41、撓度檢測儀、若干截光器6、若干傾角傳感器7、承載鉸2和荷載5，所述的抱杆I的下端與所述的支座3連接，支座3固定在基礎4上，在抱杆I的截面慣性矩小方向的外側面上，上端安置所述的雷射接收器41和一傾角傳感器7，下端安置所述的雷射發射器11和一傾角傳感器7，中間等距的安置有所述的截光器6和傾角傳感器7，所述的雷射發射器11、雷射接收器41、截光器6和傾角傳感器7均位於截面慣性矩小方向的外側面中心線8上且雷射發射器11發出的雷射束能被雷射接收器41接收以及被截光器6攔截，所述的若干截光器6和若干傾角傳感器7的輸出端均與所述的撓度檢測儀連接,所述的荷載5施加在抱杆I的上端。採用上述的裝置進行光電式抱杆撓度檢測的檢測方法，由雷射發射器11發出雷射束被雷射接收器41接收，由各傾角傳感器7分別測出抱杆I兩端和測點的傾斜角度，由各截光器6分別測出測點與雷射束的距離，得出抱杆I的初始狀態；在抱杆I的上端初級施加荷載5，每加一級荷載5，由雷射發射器11重新發出雷射束，各傾角傳感器7再分別測出抱杆I兩端和測點的傾斜角度，各截光器6在分別測出測點與雷射束的距離；將每次測量的傾斜角度和距離數據均傳入撓度檢測儀進行數據的處理，得出抱杆I在端部承受荷載5情況下的整體撓度。如圖4、5、6所不,所述的雷射發射器11包括有固定在底座12上的罩殼13,所述的罩殼13頂面上開有一窗口 14,窗口 14上安裝有一插門15,罩殼13內部底座12上安置有雷射擺射裝置一，所述的雷射擺射裝置一包括有依次固定在底座上的電機一 21、減速器
一22、呈U型槽狀的支架25、制動器一 23和角位移傳感器一 24,所述的電機一 21的主軸與減速器一 22的主軸連接，減速器一 22的傳動軸與支架25左側架壁轉軸連接，支架25右側架壁轉軸與制動器一 23的主軸連接，制動器一 23的主軸的另一端與角位移傳感器一 24的主軸連接，在支架25底部與底座12之間墊有減震墊27，減震墊27的前後兩側分別安置有磁敏開關一 26，支架25左右兩側的轉軸為同一中心軸線，支架圍繞該中心軸線以一角度擺動；所述的雷射擺射裝置二為在所述的雷射擺射裝置一的支架25底部依次固定有電機二31、減速器二 32、雷射發射座35、制動器二 33和角位移傳感器二 34，電機二 31的主軸與減速器二 32的主軸連接，減速器二 32的傳動軸與雷射發射座35的前側轉軸連接，雷射發射座35的後側轉軸與制動器二 33的主軸連接，制動器二 33的主軸的另一端與角位移傳感器
二34的主軸連接，所述的雷射發射座35上安裝有雷射發射元件36，雷射發射座35的左右兩側面上分別安裝有減振彈簧38，在雷射發射座35底面的左右兩端分別安置有磁敏開關二 37，雷射發射座35前側面轉軸和後側面轉軸為同一中心軸線，雷射發射座35圍繞該中心軸線以一角度擺動。如圖7和8所示，所述的雷射接收器41包括有安裝在底盤43上的機殼42，機殼42頂板中心開有圓孔，在圓孔外圍的頂板上等距安裝數個光敏元件44，在頂板內側，與圓孔同心的位置安裝有圓筒形調製罩45,調製罩45上部與機殼42頂板之間安裝有調製板46,下部安裝有電路板48，在調製板46的中心安裝有透光鏡47，電路板48中心安裝有光敏接收管49，其中，通過透光鏡47的光能照到光敏接收管49上，在機殼42外側設有電纜固定頭50。權利要求
1.一種光電式抱杆撓度檢測裝置，其特徵在於包括有抱杆、支座、基礎、雷射發射器、雷射接收器、撓度檢測儀、若干截光器、若干傾角傳感器、承載鉸和荷載，所述的抱杆的下端與所述的支座連接，支座固定在基礎上，在抱杆的截面慣性矩小方向的外側面上，上端安置所述的雷射接收器和一傾角傳感器，下端安置所述的雷射發射器和一傾角傳感器，中間等距的安置有所述的截光器和傾角傳感器，所述的雷射發射器、雷射接收器、截光器和傾角傳感器均位於截面慣性矩小方向的外側面中心線上且雷射發射器發出的雷射束能被雷射接收器接收以及被截光器攔截，所述的若干截光器和若干傾角傳感器的輸出端均與所述的撓度檢測儀連接，所述的荷載施加在抱杆的上端。
2.採用權利要求I所述的裝置進行光電式抱杆撓度檢測的檢測方法，其特徵在於由雷射發射器發出雷射束被雷射接收器接收，由各傾角傳感器分別測出抱杆兩端和測點的傾斜角度，由各截光器分別測出測點與雷射束的距離，得出抱杆的初始狀態；在抱杆的上端初級施加荷載，每加一級荷載，由雷射發射器重新發出雷射束，各傾角傳感器再分別測出抱杆兩端和測點的傾斜角度，各截光器在分別測出測點與雷射束的距離；將每次測量的傾斜角度和距離數據均傳入撓度檢測儀進行數據的處理，得出抱杆在端部承受荷載情況下的整體撓度。
3.根據權利要求I所述的光電式抱杆撓度檢測裝置，其特徵在於所述的雷射發射器包括有固定在底座上的罩殼，所述的罩殼頂面上開有一窗口，窗口上安裝有一插門，罩殼內部底座上安置有雷射擺射裝置一，所述的雷射擺射裝置一包括有依次固定在底座上的電機一、減速器一、呈U型槽狀的支架、制動器一和角位移傳感器一,所述的電機一的主軸與減速器一的主軸連接，減速器一的傳動軸與支架左側架壁轉軸連接，支架右側架壁轉軸與制動器一的主軸連接，制動器一的主軸的另一端與角位移傳感器一的主軸連接，在支架底部與底座之間墊有減震墊，減震墊的前後兩側分別安置有磁敏開關一，支架左右兩側的轉軸為同一中心軸線；所述的雷射擺射裝置二為在所述的雷射擺射裝置一的支架底部依次固定有電機二、減速器二、雷射發射座、制動器二和角位移傳感器二，電機二的主軸與減速器二的主軸連接，減速器二的傳動軸與雷射發射座的前側轉軸連接，雷射發射座的後側轉軸與制動器二的主軸連接，制動器二的主軸的另一端與角位移傳感器二的主軸連接，所述的雷射發射座上安裝有雷射發射元件，雷射發射座的左右兩側面上分別安裝有減振彈簧，在雷射發射座底面的左右兩端分別安置有磁敏開關二，雷射發射座前側面轉軸和後側面轉軸為同一中心軸線。
4.根據權利要求I所述的光電式抱杆撓度檢測裝置，其特徵在於所述的雷射接收器包括有安裝在底盤上的機殼，機殼頂板中心開有圓孔，在圓孔外圍的頂板上等距安裝數個光敏元件，在頂板內側，與圓孔同心的位置安裝有圓筒形調製罩，調製罩上部與機殼頂板之間安裝有調製板，下部安裝有電路板，在調製板的中心安裝有透光鏡，電路板中心安裝有光敏接收管，其中，通過透光鏡的光能照到光敏接收管上，在機殼外側設有電纜固定頭。
全文摘要
本發明公開了一種光電式抱杆撓度檢測裝置及其檢測方法，包括了雷射發射器、雷射接收器、截光器、傾角傳感器及撓度檢測儀，在抱杆的上端安置雷射接收器和傾角傳感器，下端安置雷射發射器和傾角傳感器、中間各測點上均安置截光器和傾角傳感器。當抱杆的端部受到荷載作用後，能檢測出該抱杆的整體撓度。本發明提出的一種光電式抱杆撓度檢測裝置及其檢測方法，該檢測裝置能檢測出抱杆原型受力後的整體撓度值及失穩狀態，為抱杆的受力分析、優化設計、質量檢驗提供依據，具有精度高、量程大、準確性好、結構簡單、操作簡便、造價低、實時顯示數據等的優點。
文檔編號G01B11/16GK102749037SQ201210153900
公開日2012年10月24日 申請日期2012年5月17日 優先權日2012年5月17日
發明者周煥林, 柳兆濤, 胡宗軍 申請人:合肥工業大學