一種用于深水海洋工程結構應力長期測量的傳感器結構的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于深水海洋工程結構應力長期測量的傳感器結構，包括薄壁本體，所述薄壁本體的上部固接蓋板，位于所述薄壁本體的內部開有滑槽，于所述滑槽內裝置溫度補償板，電阻應變片粘接于所述溫度補償板上；于所述薄壁本體的內部設置凸臺，所述凸臺內開有第一安裝孔，于所述第一安裝孔內裝置水密連接器。發明結構簡單，體積小巧、安裝方便，測量精度高，利用發明有效的實現了深水海洋工程結構應力的長期測量，適應水下高壓環境，滿足深水海洋工程結構應力測量的精度及安裝要求，大大提高了使用壽命，隔絕密封能力好。
【專利說明】一種用于深水海洋工程結構應力長期測量的傳感器結構
【技術領域】
[0001]發明涉及傳感器領域，尤其涉及一種用于深水海洋工程結構應力長期測量的傳感器結構。
【背景技術】
[0002]深水海洋工程結構包括海洋鉆井平臺、水下運載器、潛水器、船舶等，這些水下工程結構大多是由鋼材制成，這種鋼材結構在海洋環境中易受到海水腐蝕、波浪沖擊、海水壓力等作用載荷，在長期使用中出現結構損傷和破壞是時有發生的，一旦有結構損傷出現應采取積極有效的措施對上述結構進行檢修加強加固，否則隨著時間的推移損傷會逐步擴大而造成災難性事故。因此，需要及時地掌握上述結構的安全狀況，對上述結構的安全狀況進行檢測的一個重要參數是結構本身的應力水平，通過結構所受的應力狀況從而判斷結構的健康狀態。
[0003]在以往短期測量中，深水海洋工程結構的應力測量是通過傳感器電阻應變片來實現的，上述傳感器電阻應變片在經過普通密封后基本一直浸泡于海水中，隨著水下工程結構工作深度水壓的直接作用，電阻應變片易出現受潮進水，導致絕緣值降低、電容加大乃至片基松脫現象。在海洋環境中的高水壓、高濕、高鹽和溫度變化等的長期作用，電阻應變片的片基容易老化，性能發生蠕變甚至脫膠或絕緣降低。另外，由于海洋環境惡劣，目前針對于海洋工程結構外部結構應力測量的傳感器，其壽命一般不超過3個月，而海洋工程結構的壽命和使用周期則達10年以上。
【發明內容】
[0004]本 申請人:針對上述現有問題，進行了研究改進，提供一種用于深水海洋工程結構應力長期測量的傳感器結構，有效的實現了在不同海洋環境下的長期測量，大大提高了電阻應變片的抗干擾能力。
[0005]發明所采用的技術方案如下:
一種用于深水海洋工程結構應力長期測量的傳感器結構，包括薄壁本體，所述薄壁本體的上部固接蓋板，位于所述薄壁本體的內部開有滑槽，于所述滑槽內裝置溫度補償板，電阻應變片粘接于所述溫度補償板上；于所述薄壁本體的內部設置凸臺，所述凸臺內開有第一安裝孔，于所述第一安裝孔內裝置水密連接器。
[0006]其進一步技術方案在于:
位于所述薄壁本體的上部及下部均開有密封槽，于所述密封槽內裝置“O”形密封圈；位于蓋板與薄壁本體之間，于所述薄壁本體的上部還設置耐海水橡膠密封薄膜，所述耐海水橡膠密封薄膜由丁腈橡膠材料制成；
位于所述薄壁本體的兩側對稱布置固定耳，所述固定耳上開有螺栓安裝孔；
在所述薄壁本體的上部還設置多條裙邊，各裙邊由連接形成矩形框體，至少一條裙邊位于所述薄壁本體側壁內側； 所述電阻應變片為箔式電阻應變柵；
所述蓋板為矩形，位于所述蓋板的中部開有矩形開孔，位于所述蓋板上還開有多個用于固接薄壁本體的第三安裝孔；
所述溫度補償板為矩形板，所述溫度補償板的長度小于所述滑槽的長度。
[0007]本發明的有益效果如下:
發明結構簡單，體積小巧、安裝方便，測量精度高，利用發明有效的實現了深水海洋工程結構應力的長期測量，適應水下高壓環境，滿足深水海洋工程結構應力測量的精度及安裝要求，大大提高了使用壽命，隔絕密封能力好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為發明的主視圖。
[0009]圖2為圖1的正視圖。
[0010]圖3為圖1的側視圖。
[0011]圖4為圖1在A-A方向的剖視結構示意圖。
[0012]圖5為發明中裝置電阻應變片的溫度補償板的結構示意圖。
[0013]圖6為發明中蓋板的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖，說明發明的【具體實施方式】。
[0015]如圖1、圖4所示，發明包括薄壁本體3，在薄壁本體3的上部還設置多條裙邊1，各裙邊I連接形成矩形框體,至少一條裙邊I位于薄壁本體3側壁內側，剩余三條裙邊I均位于薄壁本體3側壁外側。如圖1、圖6所示，位于薄壁本體3的上部還裝置蓋板I，蓋板I為矩形，位于蓋板的中部I開有矩形開孔101，位于蓋板I上還開有多個用于固接薄壁本體3的第三安裝孔102，發明中第三安裝孔102為16個。如圖4所示，位于薄壁本體3的內部開有滑槽301，于滑槽301內裝置溫度補償板302，如圖5所示，電阻應變片303粘接于溫度補償板302上，電阻應變片303為箔式電阻應變柵，該箔式電阻應變柵是基于金屬的應變效應工作對，其散熱性能好，允許通過較大的工作電流，蠕變、機械滯后型小，疲勞壽命高，柵長可為3mm、5mm、10mm中的任意一種,應變片類型為根據需要為單向片、雙向片或三向片中的任意一種，其電阻值為120歐姆或350歐姆；溫度補償板302為矩形板，溫度補償板302的長度小于滑槽301的長度，保證溫度補償板302處于自由狀態并不受外力影響，該補償作用是形成橋路并起到抵消因溫度變化而產生的應變，在自由狀態下因溫度變化而導致的應變測量輸出值為零。如圖4所示，在薄壁本體3的內部設置凸臺305，凸臺305內開有第一安裝孔306，于第一安裝孔306內裝置水密連接器(圖中未示出)。位于薄壁本體3的上部及下部均開有密封槽304，于密封槽304內裝置“O”形密封圈307，“O”形密封圈307用于薄壁本體3的下部與被測試結構之間，以及薄壁本體3與蓋板I之間的密封，“O”形密封圈307具有密封性好、壽命長的優點，其對油液、溫度和壓力的適應性好，動摩擦阻力小。密封方式采用擠壓型密封，依靠密封件發生彈性變形，使其在密封接觸面上造成接觸壓力，接觸壓力大于被密封介質的內壓，從而不發生泄漏。“O”形密封圈307的規格型號根據薄壁本體3的尺寸及工作壓力選定。如圖1所示，位于蓋板I與薄壁本體3之間，于薄壁本體3的上部還設置耐海水橡膠密封薄膜2，耐海水橡膠密封薄膜2由丁腈橡膠材料制成，通過蓋板壓緊密封。位于薄壁本體3的兩側對稱布置固定耳5，固定耳5上開有螺栓安裝孔501，發明中，固定耳5為4個，固定耳用于固定薄壁本體不被海水沖走和施加密封預緊力。
[0016]上述蓋板I的第三安裝孔，及裙邊4的第二安裝孔內均貫穿安裝耐腐蝕不銹鋼螺柱，所述耐腐蝕不銹鋼螺柱的數量為16個。
[0017]本發明的具體安裝過程如下:
(I)準備階段:在被測試結構件的外表面標記出需要測量的位置，以該測量位置為中心，利用油漆筆標記出7*7cm的正方形區域，通過砂輪機對上述區域進行打磨拋光，完成后進行清潔處理并標記出電阻應變片的精確測量位置。
[0018](2)焊接固定薄壁本體的預緊螺栓:將4個固定薄壁本體的預緊螺栓倒置放于上述被拋光位置的四個角部，螺栓具有螺紋的一端朝上，通過薄壁本體3的四個固定耳5的螺栓安裝孔501來進行位置調節，調節后利用氬弧焊方式將預緊螺栓牢固焊接于上述拋光位置，焊接完畢后取出薄壁本體3。
[0019](3)裝置電阻應變片:將上述拋光區域進行清洗，烘干后利用專用膠水將電阻應變片(該電阻應變片不是安裝于溫度補償板302上的電阻應變片303)粘貼于上述電阻應變片的精確測量位置，對該電阻應變片進行電氣檢查合格后，用硅膠對其進行絕緣密封。
[0020](4)接線:將上述電阻應變片的導線引出并與溫度補償板302上的電阻應變片303的導線連接，在上述兩根導線的連接處引出一根導線絕緣，并將電阻應變片303的導線及引出線與水密連接器上的對應接線端連接，組成半橋測量方式。
[0021](5)安裝薄壁本體:將“O”形密封圈307分別安裝在薄壁本體3上部及下部的密封槽304內部，同時將薄壁本體3的4個固定耳5的螺栓安裝孔501穿過上述預緊螺栓，使薄壁本體3位于上述被測量區域；將帶有電阻應變片303的溫度補償板302裝置于薄壁本體3的滑槽301內，通過4個外六角螺母按預定扭矩壓緊在預緊螺栓上，保證了薄壁本體3的下部與被測試結構的完全接觸。
[0022](6)填充硅膠:對薄壁本體3的內部進行電路測量，測量結束無問題后對薄壁本體3的內部填充硅膠絕緣。
[0023](7)安裝耐海水橡膠密封薄膜:待上述硅膠凝固后，將耐海水橡膠密封薄膜2鋪蓋在薄壁本體3的上部，通過蓋板1、第三安裝孔102及第二安裝孔，以及固定螺栓實現蓋板I與薄壁本體3的固定。
[0024](8)連接采集器:通過水密連接器的尾線與外部采集器連接實現對被測試結構的測量。
[0025]以上描述是對本發明的解釋，不是對本發明的限定，本發明所限定的范圍參見權利要求，在不違背本發明的基本結構的情況下，本發明可以作任何形式的修改。
【權利要求】
1.一種用于深水海洋工程結構應力長期測量的傳感器結構，其特征在于:包括薄壁本體(3)，所述薄壁本體(3)的上部固接蓋板(1)，位于所述薄壁本體(3)的內部開有滑槽(301)，于所述滑槽(301)內裝置溫度補償板(302)，電阻應變片(303)粘接于所述溫度補償板(302)上；于所述薄壁本體(3)的內部設置凸臺(305)，所述凸臺(305)內開有第一安裝孔(306 )，于所述第一安裝孔(306 )內裝置水密連接器。
2.如權利要求1所述的一種用于深水海洋工程結構應力長期測量的傳感器結構，其特征在于:位于所述薄壁本體(3)的上部及下部均開有密封槽(304)，于所述密封槽(304)內裝置“O”形密封圈(307)。
3.如權利要求1所述的一種用于深水海洋工程結構應力長期測量的傳感器結構，其特征在于:位于蓋板(I)與薄壁本體(3)之間，于所述薄壁本體(3)的上部還設置耐海水橡膠密封薄膜(2 )，所述耐海水橡膠密封薄膜(2 )由丁腈橡膠材料制成。
4.如權利要求1所述的一種用于深水海洋工程結構應力長期測量的傳感器結構，其特征在于:位于所述薄壁本體(3)的兩側對稱布置固定耳(5)，所述固定耳(5)上開有螺栓安裝孔(501)。
5.如權利要求1所述的一種用于深水海洋工程結構應力長期測量的傳感器結構，其特征在于:在所述薄壁本體(3)的上部還設置多條裙邊(I )，各裙邊(I)由連接形成矩形框體，至少一條裙邊(I)位于所述薄壁本體(3)側壁內側。
6.如權利要求1所述的一種用于深水海洋工程結構應力長期測量的傳感器結構，其特征在于:所述電阻應變片(303)為箔式電阻應變柵。
7.如權利要求1所述的一種用于深水海洋工程結構應力長期測量的傳感器結構，其特征在于:所述蓋板(I)為矩形，位于所述蓋板的中部(I)開有矩形開孔(101)，位于所述蓋板(I)上還開有多個用于固接薄壁本體(3)的第三安裝孔(102)。
8.如權利要求1所述的一種用于深水海洋工程結構應力長期測量的傳感器結構，其特征在于:所述溫度補償板(302)為矩形板，所述溫度補償板(302)的長度小于所述滑槽(301)的長度。
【文檔編號】G01K1/26GK103471733SQ201310437963
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月24日 優先權日:2013年9月24日
【發明者】楊華偉, 張平平, 張金佐, 祁江濤, 向楊君 申請人:中國船舶重工集團公司第七○二研究所