一種裂縫寬度自動監測裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種裂縫寬度自動監測裝置。該裝置包括：機架、彈性體、活動刀口座、水平杠桿和固定組件；其中，機架的直梁的底部設置有支撐點固定刀口；彈性體的矩形梁的上表面和下表面均粘接有兩個傳感元件；彈性體的一端與水平杠桿連接，另一端與活動刀口座連接；活動刀口座的頂部與機架底部連接；活動刀口座的一端的底部設置有刀口槽，另一端與彈性體連接；水平杠桿一端與彈性體連接，另一端的的頂部設置有抵接部，底部設置有支撐點活動刀口；固定組件，用于將機架的支撐點固定刀口和水平杠桿的支撐點活動刀口固定在待測裂縫的兩側。通過使用上述裝置，可以在各種天氣、環境狀況下對混凝土結構中的裂縫寬度進行精密、自動、長期地監測。
【專利說明】一種裂縫寬度自動監測裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及土木工程技術，特別涉及一種裂縫寬度自動監測裝置。
【背景技術】
[0002] 在現有的核電站安全殼等土木工程混凝土結構表面的裂縫寬度監測工作中，一般 使用振弦式應變傳感器和容柵式位移計對裂縫寬度進行監測。但是，振弦式應變傳感器和 容柵式位移計均非專用的裂縫監測裝置，其中，振弦式應變傳感器的價格相對昂貴，數據采 集儀表配套單一，而且標距較長，一般為200mm，其裂縫寬度測量結果必然會受到混凝土表 面溫度變形量的影響，因此并不適合于裂縫寬度的精密測量。而容柵式位移計的工作原理 類似于千分表，需要有一根帶彈簧的直桿暴露在室外環境下，因此在雨水等環境因素的影 響下，會產生不同程度的銹蝕，影響該直桿的自由伸縮，因此其測量精度和長期穩定性也無 法得到保證。
[0003] 由此可知，提出一種可以在各種天氣、環境狀況下對混凝土結構中的裂縫寬度進 行精密、自動、長期地監測的裂縫寬度自動監測裝置，已經是本領域中亟待解決的一個技術 問題。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，本發明提供一種裂縫寬度自動監測裝置，從而可以在各種天氣、環境狀 況下對混凝土結構中的裂縫寬度進行精密、自動、長期地監測。
[0005] 本發明的技術方案具體是這樣實現的：
[0006] 一種裂縫寬度自動監測裝置，該裝置包括：機架、彈性體、活動刀口座、水平杠桿和 固定組件；
[0007] 其中，所述機架包括：直梁和設置于直梁上部的橫梁；所述直梁的底部設置有支 撐點固定刀口；
[0008] 所述彈性體包括：矩形梁和設置在矩形梁兩端的第一夾持部和第二夾持部；所述 矩形梁的上表面和下表面均粘接有兩個傳感元件；所述第一夾持部與所述水平杠桿連接； 所述第二夾持部與所述活動刀口座連接；
[0009] 所述活動刀口座的頂部與所述機架的橫梁的底部連接；所述活動刀口座的一端設 置有垂直延伸部，所述垂直延伸部的中部設置有供所述彈性體的水平部通過的通槽，所述 垂直延伸部的底部設置有刀口槽；所述活動刀口座的另一端與所述彈性體的第二夾持部連 接；
[0010] 所述水平杠桿包括：水平桿和設置在水平桿兩端的連接端和刀口端；所述水平桿 上設置有多個接線端子；所述連接端的頂部與所述彈性體的第一夾持部的底部連接；所述 刀口端的頂部設置有抵接部，所述抵接部與所述活動刀口座上的刀口槽抵接；所述刀口端 的底部設置有支撐點活動刀口；
[0011] 所述固定組件，用于將所述機架的支撐點固定刀口和所述水平杠桿的支撐點活動 刀口固定在待測裂縫的兩側。
[0012] 較佳的，所述固定組件包括：固定螺母、固定架、墊片和兩個固定掛鉤；
[0013] 所述固定掛鉤，用于固定在待測物體的表面；所述固定掛鉤上設置有鉤狀突起；
[0014] 所述固定架的頂部設置有通孔；所述固定架的兩端的下部分別設置有鉤狀彎折 部，所述鉤狀彎折部與所述固定掛鉤上的鉤狀突起連接；
[0015] 所述固定螺母的一端從所述通孔中穿過并與所述墊片連接；
[0016] 所述墊片的底部與所述機架的頂部抵接。
[0017] 較佳的，所述裂縫寬度自動監測裝置還包括：加長梁；
[0018] 所述加長梁的一端與所述機架固定連接，所述加長梁的另一端設置有支撐點可調 固定刀口。
[0019] 較佳的，所述加長梁的支撐點可調固定刀口處設置有兩個調節固定螺栓，用于固 定所述支撐點可調固定刀口，并對所述支撐點可調固定刀口的位置進行微調。
[0020] 較佳的，所述彈性體由合金結構鋼材料制成。
[0021] 較佳的，所述傳感元件為電阻應變片。
[0022] 較佳的，所述裂縫寬度自動監測裝置還包括：金屬外殼；
[0023] 所述金屬外殼設置于所述機架、彈性體、活動刀口座和水平杠桿的外側。
[0024] 較佳的，所述金屬外殼通過防水螺絲與所述機架固定連接；
[0025] 所述金屬外殼與所述機架的接觸處均設置有防水墊圈。
[0026] 較佳的，所述金屬外殼上還設置有多功能防水插座，用于將所述水平杠桿上的接 線端子與外界的測讀儀連接。
[0027] 較佳的，所述金屬外殼上設置有數據采集儲存裝置和無線傳輸裝置；
[0028] 所述數據采集儲存裝置與所述多功能防水插座連接，用于采集所述水平杠桿上的 接線端子上的數據，并將所采集的數據傳輸給所述無線傳輸裝置；
[0029] 所述無線傳輸裝置將所接收到的數據無線傳輸給測讀儀。
[0030] 如上可見，由于在本發明中的裂縫寬度自動監測裝置中，設置了彈性體并在彈性 體上設置了多個傳感元件，所以，在將上述裂縫寬度自動監測裝置安裝在待測裂縫的兩側 之后，如果待測裂縫的寬度發生變化，則所述水平杠桿將發生傾斜，從而使得所述彈性體的 兩端發生相對轉動，所述彈性體的矩形梁的上表面和下表面均產生彎曲變化，使得設置在 所述矩形梁上的傳感元件輸出的應變輸出值發生變化，該應變輸出值通過接線端子輸出至 測讀儀，最后由測讀儀讀出相應的應變值，并對上述數據進行分析，從而可以實現對裂縫寬 度的實時、在線監控，因而可以在各種天氣狀況下對核電站安全殼等大型土木工程混凝土 結構表面的裂縫的寬度進行精密、自動、長期地監測，保證了監測數據的真實性和可靠性； 而且，更進一步的，本發明中的裂縫寬度自動監測裝置的自重輕、標距小（20mm)且可調（有 兩種標距可選）、結構簡單、易于安裝并具有防水防塵的功能，還可具有無線傳輸功能，可以 在保證測量穩定性和精度的前提下實現無線數據采集和監測，因此可以方便靈活地安裝和 測讀，節省人力物力，提高工作效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發明實施例中的裂縫寬度自動監測裝置的結構示意圖。
[0032] 圖2為本發明實施例中的彈性體的俯視圖。
[0033] 圖3為本發明實施例中的彈性體的側視圖。
[0034] 圖4為本發明實施例中的彈性體的立體圖。
[0035] 圖5為本發明實施例中的彈性體上的傳感元件的設置示意圖。
[0036] 圖6為本發明實施例中的四個傳感元件的電路等效示意圖。
[0037] 圖7為本發明實施例中的活動刀口座的后視圖。
[0038] 圖8為本發明實施例中的活動刀口座的側視圖。
[0039] 圖9為本發明實施例中的活動刀口座的立體圖。
[0040] 圖10為本發明實施例中的彈性體與活動刀口座、水平杠桿的連接示意圖。
[0041] 圖11為本發明實施例中的彈性體與活動刀口座、水平杠桿的俯視連接示意圖。
[0042] 圖12為本發明實施例中的圖10的剖面A-A示意圖。
[0043] 圖13為本發明實施例中的裂縫寬度自動監測裝置（第一標距）的安裝示意圖。 [0044]圖14為本發明實施例中的裂縫寬度自動監測裝置（第二標距）的安裝示意圖。
[0045] 圖15為本發明實施例中的裂縫寬度自動監測裝置（第二標距）的側視圖。
[0046] 圖16為本發明實施例中的裂縫寬度自動監測裝置（第二標距）的俯視圖。
[0047] 圖17為本發明實施例中的裂縫寬度自動監測裝置（第二標距）的立體圖。
【具體實施方式】
[0048] 為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對 本發明進一步詳細說明。
[0049] 本實施例提供了一種裂縫寬度自動監測裝置。
[0050] 圖1為本發明實施例中的裂縫寬度自動監測裝置的結構示意圖。如圖1?圖12 所示，本發明實施例中的裂縫寬度自動監測裝置主要包括：機架1、彈性體2、活動刀口座3、 水平杠桿4和固定組件5 ;
[0051] 其中，所述機架1包括：直梁11和設置于直梁11上部的橫梁12 ;所述直梁11的 底部設置有支撐點固定刀口 13 ;
[0052] 所述彈性體2包括：矩形梁20和設置在矩形梁兩端的第一夾持部21和第二夾持 部22 ;所述矩形梁20的上表面和下表面均粘接有兩個傳感元件；所述第一夾持部21與所 述水平杠桿4連接；所述第二夾持部22與所述活動刀口座3連接；
[0053] 所述活動刀口座3的頂部與所述機架1的橫梁12的底部連接；所述活動刀口座3 的一端設置有垂直延伸部31，所述垂直延伸部31的中部設置有供所述彈性體的水平部通 過的通槽33,所述垂直延伸部的底部設置有刀口槽32 ;所述活動刀口座3的另一端與所述 彈性體2的第二夾持部22連接；
[0054] 所述水平杠桿4包括：水平桿41和設置在水平桿兩端的連接端42和刀口端43 ; 所述水平桿41上設置有多個接線端子44 ;所述連接端42的頂部與所述彈性體2的第一夾 持部21的底部連接；所述刀口端43的頂部設置有抵接部431，所述抵接部431與所述活動 刀口座3上的刀口槽32抵接；所述刀口端43的底部設置有支撐點活動刀口 432 ;
[0055] 所述固定組件5,用于將所述機架1的支撐點固定刀口 13和所述水平杠桿4的支 撐點活動刀口 432固定在待測裂縫100的兩側。
[0056] 較佳的，在本發明的具體實施例中，所述彈性體可由合金結構鋼材料制成，所述合 金結構鋼材料可以為40Cr合金結構鋼材。由40Cr合金結構鋼材制成的彈性體具有彈性 高、滯后小、耐腐蝕的特點，有較高的疲勞極限，彈性模量溫度系數小而穩定，經過熱處理后 性能均勻穩定，機械加工及熱處理性能良好，因此非常適用于傳遞裂縫的微小變化量。在使 用上述彈性體時，還可以將所述彈性體進行中溫回火（350?500°C)熱處理，然后在室溫環 境中放置15?20天，通過上述的這種時效處理可以有效地消除鋼材內應力，提高彈性體的 性能。
[0057] 圖5為本發明實施例中的彈性體上的傳感元件的設置示意圖，其中，圖5(a)為側 視圖，圖5(b)為俯視圖。如圖5所示，在本發明的具體實施例中，還將在所述彈性體的矩形 梁的上表面和下表面上分別設置兩個傳感元件，一共四個傳感元件。
[0058] 較佳的，在本發明的具體實施例中，所述傳感元件可以是：電阻應變片。
[0059] 較佳的，在本發明的具體實施例中，所述電阻應變片通過粘合劑粘貼于所述彈性 體的矩形梁的上表面或下表面上，待粘合劑在室溫下固化后，再進入恒溫箱固化，以增強粘 貼的牢固性。
[0060] 其中，較佳的，在本發明的具體實施例中，所述粘合劑可以是環氧粘合劑或其它的 粘合劑。進一步的，在將電阻應變片粘貼于所述彈性體上之前，還可利用酚醛環氧膠或縮酚 膠對電阻應變片的粘貼面以及彈性體的矩形梁的上表面和下表面進行底層處理，以進一步 增強粘貼的牢固性。
[0061] 另外，較佳的，在本發明的具體實施例中，所述四片電阻應變片中的每一片電阻應 變片都通過一根電阻應變片引出線分別與所述水平杠桿上的接線端子連接，因此，上述四 片電阻應變片可組成一個惠更斯電橋。通過上述四片電阻應變片，即可測得混凝土結構體 中的實際應變測量值。
[0062] 如圖5所示，可用Zl、Z2、Z3和Z4分別表示上述的四片電阻應變片，其中，Zl和 Z3為設置于所述彈性體的矩形梁的上表面上的電阻應變片，Z2和Z4為設置于所述彈性體 的矩形梁的下表面上的電阻應變片。
[0063] 圖6為本發明實施例中的四個傳感元件的電路等效示意圖。如圖6所示，可設Zl 的電阻值為R1,Z2的電阻值為R2,Z3的電阻值為R3,Z4的電阻值為R4,則上述的四片電阻 應變片可組成一個如圖6所示的全橋電路。其中，AC端的輸入電壓可設為Vi,DB端的輸出 電壓可設為Vtl。根據基爾霍夫定律，輸出電壓Vtl和輸入電壓Vi具有如下所述的關系：
[0064]
【權利要求】
1. 一種裂縫寬度自動監測裝置，其特征在于，該裝置包括：機架、彈性體、活動刀口座、 水平杠桿和固定組件； 其中，所述機架包括：直梁和設置于直梁上部的橫梁；所述直梁的底部設置有支撐點 固定刀口； 所述彈性體包括：矩形梁和設置在矩形梁兩端的第一夾持部和第二夾持部；所述矩形 梁的上表面和下表面均粘接有兩個傳感元件；所述第一夾持部與所述水平杠桿連接；所述 第二夾持部與所述活動刀口座連接； 所述活動刀口座的頂部與所述機架的橫梁的底部連接；所述活動刀口座的一端設置有 垂直延伸部，所述垂直延伸部的中部設置有供所述彈性體的水平部通過的通槽，所述垂直 延伸部的底部設置有刀口槽；所述活動刀口座的另一端與所述彈性體的第二夾持部連接； 所述水平杠桿包括：水平桿和設置在水平桿兩端的連接端和刀口端；所述水平桿上設 置有多個接線端子；所述連接端的頂部與所述彈性體的第一夾持部的底部連接；所述刀口 端的頂部設置有抵接部，所述抵接部與所述活動刀口座上的刀口槽抵接；所述刀口端的底 部設置有支撐點活動刀口； 所述固定組件，用于將所述機架的支撐點固定刀口和所述水平杠桿的支撐點活動刀口 固定在待測裂縫的兩側。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述固定組件包括：固定螺母、固定架、墊 片和兩個固定掛鉤； 所述固定掛鉤，用于固定在待測物體的表面；所述固定掛鉤上設置有鉤狀突起； 所述固定架的頂部設置有通孔；所述固定架的兩端的下部分別設置有鉤狀彎折部，所 述鉤狀彎折部與所述固定掛鉤上的鉤狀突起連接； 所述固定螺母的一端從所述通孔中穿過并與所述墊片連接； 所述墊片的底部與所述機架的頂部抵接。
3. 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裂縫寬度自動監測裝置還包括：加長 梁； 所述加長梁的一端與所述機架固定連接，所述加長梁的另一端設置有支撐點可調固定 刀口。
4. 根據權利要求3所述的裝置，其特征在于： 所述加長梁的支撐點可調固定刀口處設置有兩個調節固定螺栓，用于固定所述支撐點 可調固定刀口，并對所述支撐點可調固定刀口的位置進行微調。
5. 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于： 所述彈性體由合金結構鋼材料制成。
6. 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于： 所述傳感元件為電阻應變片。
7. 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裂縫寬度自動監測裝置還包括：金屬 外殼； 所述金屬外殼設置于所述機架、彈性體、活動刀口座和水平杠桿的外側。
8. 根據權利要求7所述的裝置，其特征在于： 所述金屬外殼通過防水螺絲與所述機架固定連接； 所述金屬外殼與所述機架的接觸處均設置有防水墊圈。
9. 根據權利要求7所述的裝置，其特征在于： 所述金屬外殼上還設置有多功能防水插座，用于將所述水平杠桿上的接線端子與外界 的測讀儀連接。
10. 根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述金屬外殼上設置有數據采集儲存裝 置和無線傳輸裝置； 所述數據采集儲存裝置與所述多功能防水插座連接，用于采集所述水平杠桿上的接線 端子上的數據，并將所采集的數據傳輸給所述無線傳輸裝置； 所述無線傳輸裝置將所接收到的數據無線傳輸給測讀儀。
【文檔編號】G01B7/16GK104457549SQ201410658764
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】吳利權, 徐海翔, 王海衛, 趙峰, 楊剛, 顏軍明, 李如源, 褚英杰, 李吉娃 申請人:中冶建筑研究總院有限公司, 中核核電運行管理有限公司, 福建寧德核電有限公司