專利名稱:便攜式振頻法快速測(cè)力儀器的制作方法
本發(fā)明是一種新的振頻法測(cè)力儀器。
現(xiàn)有的振頻法測(cè)力儀器有蘇聯(lián)ипН-7型儀器，蘇聯(lián)直到1983年9月的刊物中仍舊推薦使用此種測(cè)力儀器，法國(guó)SARET和里昂INSA咨詢部發(fā)明的張力儀(制造預(yù)應(yīng)力混凝土樓板梁用鋼絲的測(cè)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)都尚未有能制成整體結(jié)構(gòu)的測(cè)力儀器，操作亦不方便。中國(guó)湖南大學(xué)于1975年在湖南大學(xué)的科技資料1975.1介紹了頻率測(cè)力儀，在文中提出了“采用固定式短標(biāo)距測(cè)量，使測(cè)量裝置工具化，有利于攜帶和轉(zhuǎn)移，使用很方便”的設(shè)想，但文中介紹的試驗(yàn)用測(cè)力架必須懸掛或手持，測(cè)力架的工作原理是用電磁連續(xù)激振型式，使用該測(cè)力架時(shí)，為使振動(dòng)的支承條件滿足固定支點(diǎn)的邊界條件，只能用手工操作，把兩個(gè)用槽鋼制成的夾子一個(gè)個(gè)地用很大的力夾緊，電磁激振要人工旋動(dòng)微調(diào)旋鈕使激發(fā)頭與鋼絲保持最佳距離，憑人耳聽(tīng)到鋼絲的最響的共振聲方法來(lái)判斷最佳距離，這點(diǎn)在實(shí)施測(cè)定的現(xiàn)場(chǎng)，尤其是施工現(xiàn)場(chǎng)是難于應(yīng)用的，更為不能實(shí)際使用的關(guān)鍵是該測(cè)力架為鋼管桿件構(gòu)成，并且與被測(cè)鋼絲平行或垂直，在這樣的結(jié)構(gòu)中共振和多自由度對(duì)鋼絲固有振頻的干擾是不可避免的。正如文中所說(shuō)“某一頻段的共振很微弱、甚至出現(xiàn)非自振頻率”。測(cè)力架上的電磁激振器必須用較多的能量，故要采用220伏交流電源供電，這不利于施工現(xiàn)場(chǎng)的使用和轉(zhuǎn)移。由于共振和多自由度振動(dòng)影響了測(cè)力電路，使測(cè)力誤差為≤±3.95%，總之文中提出了測(cè)力儀器工具化這一很好的目標(biāo)，但所介紹的測(cè)力架并未能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，文中也沒(méi)有設(shè)想出一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的測(cè)力儀器。
本發(fā)明的任務(wù)是解決適于實(shí)施測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)，尤其是施工現(xiàn)場(chǎng)操作的、能快速進(jìn)行測(cè)定的工具化的測(cè)力儀器。
按照發(fā)明的上述任務(wù)可通過(guò)下列的途徑來(lái)達(dá)到鋼絲在張緊狀態(tài)，人為擊振后即產(chǎn)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(lái)測(cè)定對(duì)應(yīng)的張(拉)力，這是本測(cè)力儀器的工作原理。在測(cè)試前，被測(cè)鋼絲已受有恒定的軸向張(拉)力，本測(cè)力儀器可以既方便又迅速地把鋼絲中的一段夾緊在測(cè)力儀器的兩個(gè)鉗口中，鉗口之間的鋼絲和鉗口外側(cè)的鋼絲的張(拉)力仍能保持被夾持前承受的張(拉)力的數(shù)值。測(cè)力儀器的鉗口長(zhǎng)度與被夾持的鋼絲直徑之比不小于10，鉗口對(duì)鋼絲的夾緊力很大，使被夾的這段鋼絲兩端為固定支點(diǎn)，同時(shí)又受有軸向力。
測(cè)力儀器的夾緊機(jī)構(gòu)是利用連桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)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(shí)已得到幾十倍的放大，各個(gè)傳遞力的節(jié)點(diǎn)采用滾動(dòng)摩擦付，在力的放大和傳遞中損失很小，夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是對(duì)稱的，故兩上鉗口的動(dòng)作同步、夾緊力均衡。由偏心軸驅(qū)動(dòng)的夾緊機(jī)構(gòu)的上鉗口是一個(gè)滑塊，沿燕尾槽上下滑動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)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(jī)體上固定著可調(diào)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(dāng)鋼絲直徑變化時(shí)，只要調(diào)整下鉗口V形槽的高度。夾緊鋼絲后，上鉗口處于夾緊行程的下始點(diǎn)，從而使得固定在測(cè)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范圍內(nèi)。
在測(cè)力儀器的中央裝有帶前置放大器的傳感器。
測(cè)力儀器上設(shè)有手動(dòng)蓄能式擊振機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是擊振能量相對(duì)一致，擊振鋼絲的振動(dòng)波形和強(qiáng)迫振動(dòng)的時(shí)間穩(wěn)定。擊振機(jī)構(gòu)的連鎖動(dòng)作撳下微動(dòng)開(kāi)關(guān)，輸出一個(gè)和擊振時(shí)間同步的啟動(dòng)基準(zhǔn)信號(hào)。放大后的交變電壓信號(hào)和擊振初始基準(zhǔn)信號(hào)由電纜傳送給測(cè)力電路，以顯示鋼絲的張(拉)力。
測(cè)力儀器的機(jī)體是用加強(qiáng)了的非金屬材料制成的，呈多邊形，機(jī)體和機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)避免其與鋼絲平行，以消除共振或形成多自由度的振動(dòng)，預(yù)防了有淹沒(méi)或調(diào)制鋼絲振動(dòng)波形的可能性。
測(cè)力儀器與地面或基礎(chǔ)接觸的部分裝有吸收振動(dòng)的彈性件，從而使測(cè)力儀器鉗口外的鋼絲幌動(dòng)、外界偶然因素對(duì)鋼絲的干擾及擊振鋼絲的反射波對(duì)鉗口間鋼絲的干擾等均為彈性件吸收，保證了標(biāo)距內(nèi)的鋼絲在擊振后的波形基本不受外界因素干擾。
測(cè)力儀器是將夾緊機(jī)構(gòu)、傳感器、擊振機(jī)構(gòu)、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、儀器機(jī)體等組合成一體，總重不超過(guò)10kg，短標(biāo)距40-80cm，這樣，測(cè)定鋼絲的張(拉)力儀器實(shí)現(xiàn)了工具化，操作人員只需1人就可方便攜帶、便于現(xiàn)場(chǎng)操作，使用時(shí)無(wú)須調(diào)整即可直接進(jìn)行量測(cè)。
圖1為測(cè)力儀器的總圖1.被測(cè)鋼絲鉗口夾持的外側(cè)部分，2.被測(cè)鋼絲標(biāo)距內(nèi)的部分，3.傳感器，4.擊振機(jī)構(gòu)，5.夾緊機(jī)構(gòu)，6.彈性件，7.測(cè)力儀器的機(jī)體，8.微動(dòng)開(kāi)關(guān)。
圖2為夾緊機(jī)構(gòu)的示意圖1.夾緊手把，2.鎖緊機(jī)構(gòu)，3.連桿，4.曲柄，5.上鉗口，6.偏心軸，7.滑塊。
圖3為擊振機(jī)構(gòu)原理圖1.擊振撳手，2.擊振撳手的回復(fù)彈簧，3.擊振塊組件，4.蓄能彈簧，5.小錘驅(qū)動(dòng)軸，6.小錘，7.小錘回復(fù)扭簧，8.活絡(luò)桿回復(fù)扭簧，9.活絡(luò)桿，10.制動(dòng)塊彈簧，11.制動(dòng)塊，12.撥爪，13.撥爪驅(qū)動(dòng)桿，14.微動(dòng)開(kāi)關(guān)。
圖4為鉗口示意圖1.被測(cè)鋼絲鉗口外側(cè)部分，2.彈性件，3.夾緊機(jī)構(gòu)，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(cè)力儀器是應(yīng)用振頻方式，對(duì)鋼絲的張(拉)力進(jìn)行測(cè)定，鋼絲系指包括鋼絲與鋼筋類，已制成命名為L(zhǎng)YC-1A型鋼絲測(cè)力儀的樣機(jī)，其具體的實(shí)施方式為如圖1所示，采用玻璃纖維環(huán)氧樹(shù)脂板制作的呈三角形儀器機(jī)體(7)，將帶有場(chǎng)效應(yīng)管放大器的磁阻式傳感器(3)、擊振機(jī)構(gòu)(4)、夾緊機(jī)構(gòu)(5)、橡皮彈性件(6)和微動(dòng)開(kāi)關(guān)(8)組合成一體，組成一個(gè)測(cè)定工具。操作方便，適于現(xiàn)場(chǎng)使用。鋼絲(1)、(2)被夾持在夾緊機(jī)構(gòu)的鉗口中。
測(cè)力儀器的夾緊機(jī)構(gòu)如圖2，操作人員壓下夾緊手把(1)，滑塊(7)下滑，通過(guò)連桿(3)和曲柄(4)將上鉗口(5)壓下夾緊鋼絲，鎖緊鎖緊機(jī)構(gòu)(2);反之松開(kāi)鎖緊機(jī)構(gòu)(2)，提起夾緊手把(1)，即通過(guò)連桿系統(tǒng)提起上鉗口。測(cè)力儀器通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)將鋼絲夾緊后即可使用擊振機(jī)構(gòu)，如圖3，擊振方式如下壓下?lián)粽駬迨?1)，此時(shí)彈簧(2)、(4)均被壓縮，積蓄能量。當(dāng)撥爪驅(qū)動(dòng)桿(13)接觸到撥爪(12)后，使撥爪(12)轉(zhuǎn)動(dòng)，并推動(dòng)制動(dòng)塊(11)，彈簧(10)被壓縮，在制動(dòng)塊(11)和擊振塊組件(3)脫離的瞬間，微動(dòng)開(kāi)關(guān)(14)被接通，同時(shí)擊振塊組件(3)在蓄能彈簧(4)的作用下迅速下?lián)?，轉(zhuǎn)動(dòng)活絡(luò)桿(9)，并帶動(dòng)小錘驅(qū)動(dòng)軸(5)轉(zhuǎn)動(dòng)，使小錘(6)撞擊鋼絲，使鋼絲激振。此后，小錘回復(fù)扭簧(7)與活絡(luò)桿回復(fù)扭簧(8)使小錘(6)、小錘驅(qū)動(dòng)軸(5)、活絡(luò)桿(9)均回復(fù)到原來(lái)位置?；罱j(luò)桿(9)將擊振塊組件(3)托回原來(lái)位置，制動(dòng)塊(11)在制動(dòng)塊彈簧(10)的作用下，又將擊振塊組件(3)掣住，完成了擊振。測(cè)量結(jié)束后，解除擊振撳手(1)上的壓力，撥爪驅(qū)動(dòng)桿(13)在回復(fù)彈簧(2)的作用下，回到原來(lái)位置，微動(dòng)開(kāi)關(guān)(4)斷開(kāi)，完成一次測(cè)量。測(cè)一次力的時(shí)間少于20秒。
鋼絲直徑變化時(shí)，由于在夾持時(shí)都是以?shī)A緊機(jī)構(gòu)的上鉗口的下端面為基準(zhǔn)，故仍保持了傳感器下表面與鋼絲之間有規(guī)定的距離。鋼絲被擊振后，由于鋼絲的振動(dòng)，使傳感器下平面與鋼絲的間距S產(chǎn)生變化，即改變了傳感器磁極和鋼絲的氣隙，使磁能量發(fā)生變化，繞在磁極上的線圈感應(yīng)產(chǎn)生了和鋼絲振動(dòng)同頻率的交變電動(dòng)勢(shì)，其輸出的電動(dòng)勢(shì)量為mv級(jí)，且可維持10秒。該電動(dòng)勢(shì)經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管放大器放大150倍，與擊振微動(dòng)開(kāi)關(guān)(14)發(fā)出的擊振同步信號(hào)由電纜輸出。由于波形穩(wěn)定，並有擊振同步信號(hào)，可由輸出的振頻信號(hào)中獲得測(cè)力誤差≤±1%精度的一次直讀測(cè)定鋼絲張(拉)力值。已制成的LYC-1A型便攜式振頻法快速測(cè)力儀器，總重為10kg。傳感器的供電電源為12伏直流。LYC-1A型測(cè)力儀已在實(shí)施測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地試驗(yàn)，并通過(guò)力學(xué)計(jì)量檢定，都達(dá)到了本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是一種新的振頻法，具有前置放大器的傳感器的測(cè)力儀器。其特征在于本測(cè)力儀器帶有傳感器的機(jī)體組合成一體的夾緊機(jī)構(gòu)和手動(dòng)蓄能式擊振機(jī)構(gòu)。
2.按照權(quán)利要求
1所述的測(cè)力儀器，其特征在于夾緊機(jī)構(gòu)為手動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)偏心軸使夾緊機(jī)構(gòu)的上鉗口沿與被夾緊的鋼絲垂直方向在導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中上下移動(dòng)，兩上鉗口的下端面為夾緊基準(zhǔn)平面，兩下鉗口有V形直槽。當(dāng)被夾緊的鋼絲直徑變化時(shí)，只要調(diào)整兩下鉗口的V形槽高度即可。
3.按照權(quán)利要求
1所述的測(cè)力儀器，其特征在于手動(dòng)蓄能式擊振機(jī)構(gòu)用彈簧蓄積定量的擊振能量以產(chǎn)生穩(wěn)定的振動(dòng)波形和強(qiáng)迫振動(dòng)時(shí)間，并有彈簧機(jī)構(gòu)回復(fù)各構(gòu)件的初始位置，手動(dòng)擊振的同時(shí)連鎖撳動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，發(fā)出擊振同步信號(hào)以作為啟動(dòng)測(cè)力電路延時(shí)采樣的時(shí)間基準(zhǔn)。
4.按照權(quán)利要求
1所述的測(cè)力儀器，其特征在于測(cè)力儀器的機(jī)體由加強(qiáng)了的非金屬材料制作，并呈多邊形，以避免測(cè)力儀器機(jī)體及構(gòu)件與鋼絲共振或形成多自由度的振動(dòng)波形，以確保鋼絲輸出的基波穩(wěn)定。
5.按照權(quán)利要求
1所述的測(cè)力儀器，其特征在于振頻傳感器為磁阻型，輸出電壓不小于mv級(jí)，且維持10秒以上，場(chǎng)效應(yīng)管前置放大器放大倍數(shù)不小于150倍，放大后的交變電壓信號(hào)和擊振同步信號(hào)由電纜輸出。
6.按照權(quán)利要求
1所述的測(cè)力儀器，其特征在于測(cè)力儀器配套的全部構(gòu)件組成一體，連鎖動(dòng)作，測(cè)力儀器總重≤10kg，方便攜帶，便于實(shí)施測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)使用。
專利摘要
本發(fā)明是一種新的振頻法快速測(cè)力儀器。
文檔編號(hào)G01L1/10GK85103739SQ85103739
公開(kāi)日1986年7月2日 申請(qǐng)日期1985年5月11日
發(fā)明者朱潤(rùn)樞, 楊祖耀, 楊燕萍, 張翎 申請(qǐng)人:浙江省建筑科學(xué)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan