[实用新型]圆柱体构件非接触力测量仪

说明书

                            技术领域

本实用新型属于力测量技术领域，具体涉及一种用于圆柱体构件的力测量仪器。

                            技术背景

已有的力测量系统都是采用电阻应变片、压电式、电容式、电感式、压磁式、光纤式等的力传感器进行测量，均是采用嵌入方法进行测量。故他们存在着共同的缺陷是：(1)全部被测力均作用在传感器上，其量值最大达几千吨；(2)工作环境恶劣，传感器无法进行直接测量；(3)有些圆柱体构件不允许安装传感器，无法进行准确测量；(4)在温度变化大的情况下，不能排除温度变化对测量的干扰。

本实用新型的目的在于针对现有力测量仪器存在的上述缺陷，提供一种传感器完全不受力、稳定可靠、适应各种测量环境、准确度高、结构简单、携带式的各种圆柱体构件非接触力测量仪。

                          发明内容

本实用新型圆柱体构件非接触力测量仪主要包括以下部分：测量装置、计算机系统。其中，测量装置依次由光源、透镜和光探测接收面CCD构成，被测定物置于透镜与探测接收面之间的空间内。计算机系统主要是由工业控制计算机、显示器、打印机、键盘、接口电路等组成。

其中接口电路主要由放大与滤波电路、比较与限幅电路、脉冲产生与CCD驱动电路、高速多功能数据采集卡等组成。CCD的信号输出端OS与放大与滤波电路的输入端连接，其输出端Vccd连接比较与限幅电路，输出电位经整形后，接进高速多功能数据采集卡，比较与限幅电路最后接进工业控制计算机；高速多功能数据采集卡的输出口D/A1、D/A0分别连接CCD驱动电路和激光驱动器。

本仪器的数据处理与控制软件是Windows界面的数据处理与控制软件，主要包括测试模块、数据处理模块、文件管理模块、帮助模块等。软件开发平台采用了先进的Windows应用程序软件Visual C++。其中：文件管理模块主要包括试验情况记录、文件保存、文件打开、打印等功能，试验情况记录主要包括日期、试验条件、编号、测试人员等，文件保存主要是将测试的各种资料存盘以便保存和查询，文件打开主要是完成原测试资料的查询并完成计算机输出功能，打印主要完成测试结果；数据处理模块主要是完成数据信号的预处理和实验曲线图的绘制工作及传感器的标定，预处理主要完成误差与干扰的消除；测试模块主要包括数据转换程序、参数测量程序、光源发射控制，主要完成数据测试、发出各种控制信号。

本仪器的工作原理是：开启计算机，用鼠标双击测试块，计算机通过高速多功能数据采集卡D/A1、D/A0口输出命令，激光驱动器、CCD驱动电路开始工作，光源发光，光源发出的光经透镜变换形成的平行光线，通过被测构件调制后，投射在线阵CCD上，形成圆柱体构件截面影象，CCD上的光敏元根据感受到的光强输出高低不同的电信号，经放大、滤波、比较、限幅处理后送入高速多功能数据采集卡(A/D1)，再输入到计算机，经测试模块换算即得到该构件的截面直径，通过分别测量构件受力前、后的直径d_前、d_后，经数据处理模块即可计算得直径变化量的大小Δd＝d_后-d_前，由公式N＝则可计算出构件所受的力的大小，从而实现了圆柱体构件非接触力测量(因为所以得到横向应值ε_t，再由＝μ得到ε＝|ε_t|/μ线应变，由得轴力N，即N＝)。

本实用新型的优点在于：(1)该测量仪可以放置在构件的任意一个位置的旁边，可实时准确非接触测量力的大小；(2)该测量仪提供了一种传感器完全不受力的测量系统，故测量的范围很大；(3)该测试系统中数据处理模块设有数据信号的预处理和传感器的实时标定，消除因温度变化而引起的信号干扰；(4)该测试装置是通过测量构件直径的变化，间接测量的力的大小；(5)采用了CCD作为光电传感器的非接触式测量方法，测量速度快、精度高、成本低；(6)该测量仪应用范围广泛，可广泛用于有色或钢铁金属加工企业、机械制造行业、石油行业等构件受力的测量。

                         附图说明

图1为圆柱体构件非接触力测量仪的结构框图

图2为圆柱体构件非接触力测量仪脉冲产生、CCD驱动电路图

图3为圆柱体构件非接触力测量仪放大与滤波电路图

图4为圆柱体构件非接触力测量仪比较与限幅电路图

                        具体实施方式