專利名稱：一種多功能風壓計的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型風壓計，尤其適用于在野外對大型建筑工程結構所處的風環境和受到的風荷載進行測試與試驗，主要應用于土木結構風工程領域。
背景技術：
風災是自然災害中發生最頻繁的一種。上世紀80年代，德意志聯邦共和國慕尼黑保險公司對西方發達國家損失1億美元以上的自然災害統計結果表明，風災發生的頻率高，次生災害大，其中風災的次數占自然災害總次數的51.4%，經濟損失占自然災害總損失的40. 5%。我國當前正處于土木工程建設的蓬勃發展階段，大量新型復雜結構體系不斷出現，具有代表性的是蘇通大橋、潤揚大橋等特大型橋梁結構，它們完全體現著現代化大橋長、高、輕、柔的結構特點，風致破壞是這些結構的主要破壞形式，工程抗風結構設計的合理與否是保障工程安全的關鍵，這使得結構風工程研究成為熱點。在結構風工程研究當中，風特性問題是基礎性問題，由于風特性受地貌和地理位置等因素影響大，使得風特性的現場觀測成為掌握結構物所在地風特性的主要研究方法之一，尤其是針對結構物所在地的強風特性(包括風壓、風速和風向等)所進行的現場觀測，其價值更大。我國各級政府對氣象災害防御工作相當重視，江蘇省南京市于2009年12月1日起施行的《南京市氣象災害防御管理辦法》中明確指出，大型橋梁、大跨度和高層建筑物、戶外大型廣告牌等設施，在建設前應當進行風壓評估，而且建成后須進行現場風壓測試。現有的風壓計多是采用皮托管來測量風壓與風速，皮托管測風壓雖然有耐高溫的特點，但是皮托管式風壓計在潮濕氣候環境下容易導致管內積水從而使得測量值偏小，長期置于粉塵濃度較高的環境中監測易引起皮托管堵塞。另一方面，傳統風壓計不適合安裝于各類型工程結構物表面對結構物所處實際風環境進行長期有效監測。為了適應不同野外環境和惡劣氣象條件下的測試要求，選用鈦合金懸臂梁式膜片結合光纖光柵傳感器作為感知元件是有效途徑之一。結構物表面的風壓直接作用于風壓傳感器的懸臂梁式膜片上，使膜片產生與風壓成正比的彎曲位移，即風壓越大，膜片彎曲位移越大。通過粘貼于懸臂梁式膜片上的光纖光柵傳感器檢測這一變化即可得出風壓的大小。 鈦合金材料的使用使得該風壓計具有很強的防腐蝕性能與抗疲勞性能，光纖光柵傳感器的使用使得該風壓計具有高分辨率、高精確度、高穩定性、高耐久性，同時能夠適應強電磁干擾和潮濕環境。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種新型多功能風壓計，可以滿足不同工程結構以及不同測試部位對風壓的測量要求，能準確地測得工程結構物所在地的實際風特性；本發明所要解決的另一個技術問題是所提供的風壓計不僅能夠測量不同結構以及結構不同部位的風壓，還能夠測量出風攻角，且具有安裝/拆卸簡單、攜帶方便等優點。為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是
一種多功能風壓計，包括核心部分和外殼部分，其特征在于所述核心部分包括固定支座，第一懸臂梁式膜片、第二懸臂梁式膜片、第三懸臂梁式膜片分別垂直固定于固定支座的下表面、上表面和右端側面，第一光纖光柵傳感器和第二光纖光柵傳感器粘貼于第一懸臂梁式膜片的兩側對稱位置；第三光纖光柵傳感器和第四光纖光柵傳感器粘貼于第二懸臂梁式膜片的兩側對稱位置；第五光纖光柵傳感器和第六光纖光柵傳感器粘貼于第三懸臂梁式膜片的兩側對稱位置。固定支座左端與外殼部分的底板垂直焊接連接。通過測量臂梁式膜片的彎曲變形即可得出測點的風壓和風攻角。通過在懸臂梁式膜片兩側對稱粘貼光纖光柵傳感器，可方便地測量出測點的風壓并判斷出風壓的方向，同時能有效消除溫度對光纖光柵傳感器的影響。結合豎直向懸臂梁式膜片和水平向懸臂梁式膜片還能測量出風的攻角。采用光纖光柵傳感器作為傳感元件，可使風壓計的測量精度高、穩定性好、耐久性好、抗電磁干擾、能夠適應高溫和潮濕環境。另外，本發明采用懸臂梁式膜片，結構簡單，易于批量加工生產。前述的多功能風壓計，其特征在于所述外殼部分包括帶大面積平面高強度金屬底座的便攜式U型外殼，底板通過螺栓與U型外殼的兩翼連接，護罩通過螺栓與底板連接， 固定支座垂直固定連接在底板上。前述的多功能風壓計，其特征在于所述護罩為不銹鋼網狀球面，可有效保護核心部分，同時能夠方便的拆卸而對核心部分進行維護。前述的多功能風壓計，其特征在于所述底板為圓盤形，圓盤形底面帶漏水小孔， 可方便的對核心部分的受風角度進行調節。前述的多功能風壓計，其特征在于所述漏水小孔位于底板的圓盤形底邊緣。前述的多功能風壓計，其特征在于所述底板的材料為不銹鋼。前述的多功能風壓計，其特征在于照明設備固定于底座和底板之間的U型外殼內側。前述的多功能風壓計，其特征在于所述U型外殼的底座同時具有磁性和螺栓錨固兩種連接方式與待測結構的表面固定，既可以安置在工程結構物的混凝土材料或鋼材的表面以滿足長期測量需求，又能夠安裝在支架上適應短期測量要求。護罩、底板、照明設備和漏水小孔。其中底座采用強磁性材料，同時具有磁性和螺栓錨固兩種連接方式，既可以安置在工程結構物的混凝土材料或鋼材的表面以滿足長期測量需求，又能夠安裝在支架上適應短期測量要求；護罩為不銹鋼網狀球面，通過螺栓與底板連接，可有效保護核心部分，同時能夠方便的拆卸而對核心部分進行維護；底板為圓形開口、圓形底面并帶漏水小孔的不銹鋼結構，通過螺栓與U型外殼的兩翼連接，可方便的對核心部分的受風角度進行調節；照明設備固定于底座和底板之間的U型外殼內側，可滿足對測試點進行照明的要求，亮度可以通過支座上的照明燈旋鈕式開關進行調節以滿足實際環需要。前述的多功能風壓計，其特征在于所述第一懸臂梁式膜片、第二懸臂梁式膜片和第三懸臂梁式膜片的材質為鈦合金，可避免膜片在強風作用下發生塑性變形甚至疲勞破壞，同時具有抗腐蝕性能和良好的耐久性能。下面對本發明的工作原理做進一步詳細的說明當風攻角向上時，在風力作用下第一懸臂梁式膜片和第三懸臂梁式膜片產生彎曲位移；當風攻角向下時，在風力作用下第二懸臂梁式膜片和第三懸臂梁式膜片產生彎曲位移。粘貼于懸臂梁式膜片上的光纖光柵傳感器由于懸臂梁式膜片的彎曲位移而產生應變。 通過測量光纖光柵傳感器的應變即可計算出測點的風壓和風攻角。利用同一懸臂梁式膜片兩側的光纖光柵傳感器的測量值可有效消除溫度的影響。具體計算公式如下設第一光纖光柵傳感器、第二光纖光柵傳感器、第三光纖光柵傳感器、第四光纖光柵傳感器、第五光纖光柵傳感器和第六光纖光柵傳感器的應變分別為ε ρ ε 2、ε 3、ε 4、ε 5 和ε 6 ；第一懸臂梁式膜片、第二懸臂梁式膜片和第三懸臂梁式膜片的彎曲位移分別為Lp L2和L3;第一懸臂梁式膜片、第二懸臂梁式膜片和第三懸臂梁式膜片由于彎曲產生的應變絕對值為Ep E2和& ；攻角為θ，向上為正；結構物表面風壓為P。當ε5> ε 6時，表明風攻角向上，采用第一光纖光柵傳感器、第二光纖光柵傳感器、第五光纖光柵傳感器和第六光纖光柵傳感器的測量值進行計算。當ε2> ”時為正風壓，反之為負風壓。具體計算公式為
權利要求
1.一種多功能風壓計，包括核心部分和外殼部分，其特征在于所述核心部分包括固定支座(12)，第一懸臂梁式膜片(3)、第二懸臂梁式膜片(4)、第三懸臂梁式膜片(5)分別垂直固定于固定支座(12)的下表面、上表面和右端側面，第一光纖光柵傳感器(6)和第二光纖光柵傳感器(7)粘貼于第一懸臂梁式膜片的兩側對稱位置；第三光纖光柵傳感器(8)和第四光纖光柵傳感器(9)粘貼于第二懸臂梁式膜片的兩側對稱位置；第五光纖光柵傳感器 (10)和第六光纖光柵傳感器(11)粘貼于第三懸臂梁式膜片的兩側對稱位置。
2.根據權利要求1所述的多功能風壓計，其特征在于所述外殼部分包括U型外殼 (13)，底板(15)通過螺栓與U型外殼(13)的兩翼連接，護罩(14)通過螺栓與底板(15)連接，固定支座(12)垂直固定連接在底板(15)上。
3.根據權利要求2所述的多功能風壓計，其特征在于所述護罩(14)為不銹鋼網狀球
4.根據權利要求2所述的多功能風壓計，其特征在于所述底板(15)為圓盤形，圓盤形底面帶漏水小孔(17)。
5.根據權利要求4所述的多功能風壓計，其特征在于所述漏水小孔(17)位于底板 (15)的圓盤形底邊緣。
6.根據權利要求2所述的多功能風壓計，其特征在于所述底板(15)的材料為不銹鋼。
7.根據權利要求2-6中任一項所述的多功能風壓計，其特征在于照明設備(16)固定于底座和底板(15)之間的U型外殼(13)內側。
8.根據權利要求2所述的多功能風壓計，其特征在于所述U型外殼(13)的底座同時具有磁性和螺栓錨固兩種連接方式。
9.根據權利要求1所述的多功能風壓計，其特征在于所述第一懸臂梁式膜片、第二懸臂梁式膜片和第三懸臂梁式膜片的材質為鈦合金。
全文摘要
本發明公開了一種多功能風壓計，包括核心部分和外殼部分，其特征在于所述核心部分包括固定支座，第一懸臂梁式膜片、第二懸臂梁式膜片、第三懸臂梁式膜片分別垂直固定于固定支座的下表面、上表面和右端側面，第一光纖光柵傳感器和第二光纖光柵傳感器粘貼于第一懸臂梁式膜片的兩側對稱位置；第三光纖光柵傳感器和第四光纖光柵傳感器粘貼于第二懸臂梁式膜片的兩側對稱位置；第五光纖光柵傳感器和第六光纖光柵傳感器粘貼于第三懸臂梁式膜片的兩側對稱位置。本發明的多功能風壓計不僅能夠滿足結構物短期測試的需要，還能達到結構物長期監測的要求；同時具有攜帶方便、可拆卸、安裝維護方便等優點。
文檔編號G01M9/06GK102507077SQ20111036763
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者吳春娟, 周廣東, 王浩, 祝譚雍 申請人:無錫橋智科技有限公司