[发明专利]一种基于惠斯通全桥原理的曲率测量方法

说明书

本发明属于应变测量技术领域，提供一种基于惠斯通全桥原理的曲率测量方法。测量过程中，首先将四个电阻应变传感器均匀摆放，电阻应变传感器a、b(c)和d间隔相同距离均匀水平放置，电阻应变传感器b和c上下平行放置；再将四个电阻应变传感器采用惠斯通全桥方式与单个应变桥盒连接，利用惠斯通全桥原理平衡温度引起的应变，同时构造曲率计算对应的比例关系，此时单个应变桥盒输出电压即可以直接转化为测点曲率；最后将应变桥盒与动态信号采集仪和电脑连接，测量和采集结构曲率。本发明仅使用单个应变桥盒即可直接测量得到结构任一点的精确曲率，无须数值计算；简化实验流程，计算方便，降低实验成本，简化实验操作。

技术领域

本发明属于应变测量技术领域，特别是涉及一种基于惠斯通全桥原理的应变曲率测量方法。

背景技术

在土木、桥梁、船舶、航空航天等工程领域，结构弯曲形变的曲率是结构健康监测过程中一种非常重要的参数，它是衡量结构是否发生损伤或失效一种较为有效的方式，因此工程实践中不可避免的需要测量结构曲率，然而目前多采用数值方法计算结构曲率，尚缺乏一种直接测量曲率的传感器。工程测试中通常采用多个电阻应变传感器测量结构某一点的应变，之后对多点测量后的数据进行差分计算得到该点曲率。但这种方法存在以下缺陷：所需应变传感器数量多，配置多个应变桥盒，占用采集通道多，采集成本高；电阻应变传感器易损坏，寿命短，需要温度补偿；计算精度不高，无法计算结构首尾点的曲率。

实际工程中一些结构的曲率测量要求精度较高，同时保证低成本、设备连接简便。现有基于光栅光纤传感器测量结构曲率虽然精度较高，但是其造价昂贵，成本较高，不适宜开展基础实验研究。电阻应变传感器是一种用途广泛的高精度力学量传感元件，以其价格便宜、制作简单、布放方便等优点，目前广泛应用于实验研究和实际工程领域。使用多个电阻应变传感器虽能计算结构曲率，但必须配置多个应变桥盒和温度补偿片，实验连接复杂，采集通道较多，采样成本高。

为解决传统曲率计算的问题，同时简化曲率测量操作，降低采集成本，本发明提出的一种基于惠斯通全桥原理的曲率测量方法，实现结构曲率的精确而直接的测量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于惠斯通全桥原理的曲率测量方法，简化曲率测量实验操作，降低采集成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种基于惠斯通全桥原理的曲率测量方法，该方法基于四个电阻值相同的电阻应变传感器a1、b2、c3、d4，一个应变桥盒5，一个动态信号采集仪6和一台电脑7实现；将多个电阻应变传感器按照惠斯通全桥原理连接，首先实现应变的快速准确测量，然后再利用惠斯通全桥原理平衡温度影响，同时构造结构曲率计算形式，实现曲率的精确测量。

测量过程中，首先，将四个电阻应变传感器a1、b2、c3、d4按照惠斯通全桥电路连接。电阻应变传感器b2、c3对齐靠近布置，二者中心纵轴平行、中心横轴重合且相距较近，保证二者具有相同的拉压或弯曲应变；电阻应变传感器a1、d4分别布置在由b2、c3组成的电阻应变传感器组的两侧，并且使得a1、d4的中心纵轴重合、中心横轴平行；最后要求a1与d4、b2与d4之间的中心横轴间距均为l。再将电阻应变传感器a1、b2、c3、d4采用全桥方式与单个应变桥盒5连接，利用惠斯通全桥原理平衡温度引起的应变，同时构造曲率计算对应的比例关系，此时单个应变桥盒5输出电压即可以直接转化为测点曲率；最后将应变桥盒5连接动态信号采集仪6对应的采集通道和电脑7，实现结构的曲率测量和采集。所述测量方法如下：