可攜式振頻法快速測力儀器的製作方法

2023-05-25 11:46:41

專利名稱:可攜式振頻法快速測力儀器的製作方法
本發明是一種新的振頻法測力儀器。
現有的振頻法測力儀器有蘇聯ипН-7型儀器，蘇聯直到1983年9月的刊物中仍舊推薦使用此種測力儀器，法國SARET和裡昂INSA諮詢部發明的張力儀(製造預應力混凝土樓板梁用鋼絲的測量，MESURES DANS LA FABRICATION DES POUTRELLES EN BETON PRECONTRAINT PAR ARMATURES ADHERENTES，R.Massia，《Quality control of concrete structures》，June 17-21，1979，Stockholm Sweden，P.101-127)都尚未有能製成整體結構的測力儀器，操作亦不方便。中國湖南大學於1975年在湖南大學的科技資料1975.1介紹了頻率測力儀，在文中提出了「採用固定式短標距測量，使測量裝置工具化，有利於攜帶和轉移，使用很方便」的設想，但文中介紹的試驗用測力架必須懸掛或手持，測力架的工作原理是用電磁連續激振型式，使用該測力架時，為使振動的支承條件滿足固定支點的邊界條件，只能用手工操作，把兩個用槽鋼製成的夾子一個個地用很大的力夾緊，電磁激振要人工旋動微調旋鈕使激發頭與鋼絲保持最佳距離，憑人耳聽到鋼絲的最響的共振聲方法來判斷最佳距離，這點在實施測定的現場，尤其是施工現場是難於應用的，更為不能實際使用的關鍵是該測力架為鋼管杆件構成，並且與被測鋼絲平行或垂直，在這樣的結構中共振和多自由度對鋼絲固有振頻的幹擾是不可避免的。正如文中所說「某一頻段的共振很微弱、甚至出現非自振頻率」。測力架上的電磁激振器必須用較多的能量，故要採用220伏交流電源供電，這不利於施工現場的使用和轉移。由於共振和多自由度振動影響了測力電路，使測力誤差為≤±3.95%，總之文中提出了測力儀器工具化這一很好的目標，但所介紹的測力架並未能實現這個目標，文中也沒有設想出一個可以實現的測力儀器。
本發明的任務是解決適於實施測定現場，尤其是施工現場操作的、能快速進行測定的工具化的測力儀器。
按照發明的上述任務可通過下列的途徑來達到鋼絲在張緊狀態，人為擊振後即產生振頻，振頻高表示張力大，反之振頻低表示張力小，即以振頻法來測定對應的張(拉)力，這是本測力儀器的工作原理。在測試前，被測鋼絲已受有恆定的軸向張(拉)力，本測力儀器可以既方便又迅速地把鋼絲中的一段夾緊在測力儀器的兩個鉗口中，鉗口之間的鋼絲和鉗口外側的鋼絲的張(拉)力仍能保持被夾持前承受的張(拉)力的數值。測力儀器的鉗口長度與被夾持的鋼絲直徑之比不小於10，鉗口對鋼絲的夾緊力很大，使被夾的這段鋼絲兩端為固定支點，同時又受有軸向力。
測力儀器的夾緊機構是利用連杆機構，通過曲柄、偏心軸和滑塊等，由操作人員在夾緊手把上加壓，所施壓力傳遞到上鉗口時已得到幾十倍的放大，各個傳遞力的節點採用滾動摩擦付，在力的放大和傳遞中損失很小，夾緊機構的設計是對稱的，故兩上鉗口的動作同步、夾緊力均衡。由偏心軸驅動的夾緊機構的上鉗口是一個滑塊，沿燕尾槽上下滑動，其運動方向與鋼絲方向垂直。上鉗口的下端面是平面，兩上鉗口的下端面在同一水平面上。在儀器的機體上固定著可調整的下鉗口，下鉗口上有V形直槽，兩下鉗口的V形直槽的中心線是在同一直線上，當鋼絲直徑變化時，只要調整下鉗口V形槽的高度。夾緊鋼絲後，上鉗口處於夾緊行程的下始點，從而使得固定在測力儀器上的傳感器下表面到鋼絲的距離的變化控制在允許的範圍內。
在測力儀器的中央裝有帶前置放大器的傳感器。
測力儀器上設有手動蓄能式擊振機構，其特點是擊振能量相對一致，擊振鋼絲的振動波形和強迫振動的時間穩定。擊振機構的連鎖動作撳下微動開關，輸出一個和擊振時間同步的啟動基準信號。放大後的交變電壓信號和擊振初始基準信號由電纜傳送給測力電路，以顯示鋼絲的張(拉)力。
測力儀器的機體是用加強了的非金屬材料製成的，呈多邊形，機體和機構的設計避免其與鋼絲平行，以消除共振或形成多自由度的振動，預防了有淹沒或調製鋼絲振動波形的可能性。
測力儀器與地面或基礎接觸的部分裝有吸收振動的彈性件，從而使測力儀器鉗口外的鋼絲幌動、外界偶然因素對鋼絲的幹擾及擊振鋼絲的反射波對鉗口間鋼絲的幹擾等均為彈性件吸收，保證了標距內的鋼絲在擊振後的波形基本不受外界因素幹擾。
測力儀器是將夾緊機構、傳感器、擊振機構、微動開關、儀器機體等組合成一體，總重不超過10kg，短標距40-80cm，這樣，測定鋼絲的張(拉)力儀器實現了工具化，操作人員只需1人就可方便攜帶、便於現場操作，使用時無須調整即可直接進行量測。
圖1為測力儀器的總圖1.被測鋼絲鉗口夾持的外側部分，2.被測鋼絲標距內的部分，3.傳感器，4.擊振機構，5.夾緊機構，6.彈性件，7.測力儀器的機體，8.微動開關。
圖2為夾緊機構的示意圖1.夾緊手把，2.鎖緊機構，3.連杆，4.曲柄，5.上鉗口，6.偏心軸，7.滑塊。
圖3為擊振機構原理圖1.擊振撳手，2.擊振撳手的回覆彈簧，3.擊振塊組件，4.蓄能彈簧，5.小錘驅動軸，6.小錘，7.小錘回復扭簧，8.活絡杆回復扭簧，9.活絡杆，10.制動塊彈簧，11.制動塊，12.撥爪，13.撥爪驅動杆，14.微動開關。
圖4為鉗口示意圖1.被測鋼絲鉗口外側部分，2.彈性件，3.夾緊機構，4.下鉗口，5.上鉗口，6.傳感器，L.上鉗口的行程，S.傳感器下平面與鋼絲的間距。
本測力儀器是應用振頻方式，對鋼絲的張(拉)力進行測定，鋼絲係指包括鋼絲與鋼筋類，已製成命名為LYC-1A型鋼絲測力儀的樣機，其具體的實施方式為如圖1所示，採用玻璃纖維環氧樹脂板製作的呈三角形儀器機體(7)，將帶有場效應管放大器的磁阻式傳感器(3)、擊振機構(4)、夾緊機構(5)、橡皮彈性件(6)和微動開關(8)組合成一體，組成一個測定工具。操作方便，適於現場使用。鋼絲(1)、(2)被夾持在夾緊機構的鉗口中。
測力儀器的夾緊機構如圖2，操作人員壓下夾緊手把(1)，滑塊(7)下滑，通過連杆(3)和曲柄(4)將上鉗口(5)壓下夾緊鋼絲，鎖緊鎖緊機構(2);反之鬆開鎖緊機構(2)，提起夾緊手把(1)，即通過連杆系統提起上鉗口。測力儀器通過夾緊機構將鋼絲夾緊後即可使用擊振機構，如圖3，擊振方式如下壓下擊振撳手(1)，此時彈簧(2)、(4)均被壓縮，積蓄能量。當撥爪驅動杆(13)接觸到撥爪(12)後，使撥爪(12)轉動，並推動制動塊(11)，彈簧(10)被壓縮，在制動塊(11)和擊振塊組件(3)脫離的瞬間，微動開關(14)被接通，同時擊振塊組件(3)在蓄能彈簧(4)的作用下迅速下擊，轉動活絡杆(9)，並帶動小錘驅動軸(5)轉動，使小錘(6)撞擊鋼絲，使鋼絲激振。此後，小錘回復扭簧(7)與活絡杆回復扭簧(8)使小錘(6)、小錘驅動軸(5)、活絡杆(9)均回復到原來位置。活絡杆(9)將擊振塊組件(3)託回原來位置，制動塊(11)在制動塊彈簧(10)的作用下，又將擊振塊組件(3)掣住，完成了擊振。測量結束後，解除擊振撳手(1)上的壓力，撥爪驅動杆(13)在回復彈簧(2)的作用下，回到原來位置，微動開關(4)斷開，完成一次測量。測一次力的時間少於20秒。
鋼絲直徑變化時，由於在夾持時都是以夾緊機構的上鉗口的下端面為基準，故仍保持了傳感器下表面與鋼絲之間有規定的距離。鋼絲被擊振後，由於鋼絲的振動，使傳感器下平面與鋼絲的間距S產生變化，即改變了傳感器磁極和鋼絲的氣隙，使磁能量發生變化，繞在磁極上的線圈感應產生了和鋼絲振動同頻率的交變電動勢，其輸出的電動勢量為mv級，且可維持10秒。該電動勢經場效應管放大器放大150倍，與擊振微動開關(14)發出的擊振同步信號由電纜輸出。由于波形穩定，並有擊振同步信號，可由輸出的振頻信號中獲得測力誤差≤±1%精度的一次直讀測定鋼絲張(拉)力值。已製成的LYC-1A型可攜式振頻法快速測力儀器，總重為10kg。傳感器的供電電源為12伏直流。LYC-1A型測力儀已在實施測定現場實地試驗，並通過力學計量檢定，都達到了本發明的目的。
權利要求
1.本發明是一種新的振頻法，具有前置放大器的傳感器的測力儀器。其特徵在於本測力儀器帶有傳感器的機體組合成一體的夾緊機構和手動蓄能式擊振機構。
2.按照權利要求
1所述的測力儀器，其特徵在於夾緊機構為手動連杆機構，驅動偏心軸使夾緊機構的上鉗口沿與被夾緊的鋼絲垂直方向在導向機構中上下移動，兩上鉗口的下端面為夾緊基準平面，兩下鉗口有V形直槽。當被夾緊的鋼絲直徑變化時，只要調整兩下鉗口的V形槽高度即可。
3.按照權利要求
1所述的測力儀器，其特徵在於手動蓄能式擊振機構用彈簧蓄積定量的擊振能量以產生穩定的振動波形和強迫振動時間，並有彈簧機構回復各構件的初始位置，手動擊振的同時連鎖撳動微動開關，發出擊振同步信號以作為啟動測力電路延時採樣的時間基準。
4.按照權利要求
1所述的測力儀器，其特徵在於測力儀器的機體由加強了的非金屬材料製作，並呈多邊形，以避免測力儀器機體及構件與鋼絲共振或形成多自由度的振動波形，以確保鋼絲輸出的基波穩定。
5.按照權利要求
1所述的測力儀器，其特徵在于振頻傳感器為磁阻型，輸出電壓不小於mv級，且維持10秒以上，場效應管前置放大器放大倍數不小於150倍，放大後的交變電壓信號和擊振同步信號由電纜輸出。
6.按照權利要求
1所述的測力儀器，其特徵在於測力儀器配套的全部構件組成一體，連鎖動作，測力儀器總重≤10kg，方便攜帶，便於實施測定現場使用。
專利摘要
本發明是一種新的振頻法快速測力儀器。
文檔編號G01L1/10GK85103739SQ85103739
公開日1986年7月2日 申請日期1985年5月11日
發明者朱潤樞, 楊祖耀, 楊燕萍, 張翎 申請人:浙江省建築科學研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan