[发明专利]用于水泥基材料的非接触式激光位移测量系统

说明书

技术领域

用于测量水泥基胶凝材料在水化和干燥等过程中，被监测点的位移变化历程。

背景技术

水泥基材料的抗开裂能力和耐久性是当前无机非金属材料学科研究的热点。通过测试水泥基材料在水化和干燥过程中的体积变化历程，可用于对比和计算水泥基材料在成熟过程中的体积变化量和位移场，为原材料的选择、配合比的优化、结构内应力的计算和开裂风险评估提供科学依据。

水泥基材料在水化和干燥过程中的测试方法有两类，一种是接触式测量方法，另一种是非接触式测量方法。第一种接触式测量方法常用千分表和差分位移传感器(LVDT)作为位移信号的采集硬件，其优点是测量硬件廉价，系统架构简单。北京工业大学李锐等申请了一项“水泥混凝土自收缩率测量仪(专利号200610114257)”的发明专利。但该方法的缺点是测试精度差，尤其是测试硬件千分表和LVDT在测量期间存在弹性恢复力，因此使得该种方法不能准确测量水泥基材料在初凝前的塑性状态下的位移历程，其测试开始时间只能是在水泥基材料的初凝之后，从而影响了该种方法的使用范围和测量值的真实性。第二种非接触式测量方法具有测试开始时间不受限制的特点，王培铭(王培铭，刘岩，郭延辉等.混凝土早龄期收缩测试电涡流法的研究，建筑材料学报.2006，9(6)：711-715)报道了一种用于测试混凝土早龄期收缩的非接触式测试方法，该方法采用电涡流式位移传感器，测量精度为1um，该方法虽然实现了非接触式测量，但使用的电涡流传感器具有一些不足之处，首先，使用电涡流传感器时，被测样品只能是金属，并且不同的金属如铜、铁、铝和铅等所的反馈信号的大小并不一样，因此，当被测试的靶材材质不同时，需要对设备进行反复的校准和标定；再次，电涡流传感器的测试精度较差，其测试精度一般为um级；最后，电涡流传感器在工作期间，易受到外界电场、磁场的干扰，因此其测试信号的稳定性较差。

发明内容

本发明的目的是开发一种装置和计算方法，用于精确测定水泥基材料在水化和干燥收缩过程中，被监测点的位移变化量。并依据该位移变化量、水泥基材料在测试期间的温度历程和量测标距，计算出水泥基材料试样在水化或干燥收缩期间的应变量。

本发明的特征包括：激光位移传感器固定用支架1，左右共两个1-1和1-2，水泥基材料成型用模具2，被测试水泥基材料试样3，温度传感器4，埋置于所述被测试水泥基材料试样3中的激光信号反射靶5，左右共两个5-1和5-2，安装在所述激光位移传感器固定用支架1上的水平方向和垂直方向位置调节用旋钮6，左右共两个6-1和6-2，激光位移传感器7，左右共两个7-1和7-2，激光信号的光束10，所述激光位移传感器7至控制器11的信号线8，所述温度传感器4至控制器11的信号线9，所述控制器11和计算机12，其中：

所述激光信号反射靶5，采用金属、橡胶和玻璃中的任何一种，沿所述被测试水泥基材料试样3的长度方向，在左右两侧各有一个，中间的间距就是标距L，

所述计算机12，依次按以下步骤测量所述被测试水泥基材料试样3沿长度方向上考虑温度影响后的应变量i为所述激光位移传感器7的序号，i＝1，2，表示该两个激光位移传感器7-1和7-2，分别位于所述埋置于试样中的激光信号反射靶5-1和5-2的外侧，m为测试时间点的序号，

步骤(1)，初始化，

步骤(1.1)，所述控制器11初始化：

设立AMT-300型位移信号调理模块，接收所述位移信号，AMT-RTD型温度信号调理模块，接收所述温度信号，以及USB-7352型数据采集卡，接收调理后的所述位移、温度信号后输入所述计算机，

步骤(1.2)，所述计算机12初始化：

用户输入初始化参数，包括：程序开始时刻m₁，环境的和所述被测试水泥基材料试样3的初始温度T和T₁，T＝T₁，以及所述激光位移传感器7的零点位置与所述激光信号反射靶5之间在环境温度T时，所述程序记录开始时刻m₁时的间距，

用户选择或输入测试持续时间M以及采样时间间隔值，所述被测试水泥基材料试样3在环境温度T下的热膨胀系数α_T，所述标距L以及数据保存时间间隔；

步骤(2)，所述计算机12按以下步骤进行测量，

步骤(2.1)，判断用户实时输入的所述激光位移传感器7的工作模式是单点还是两点协同工作，并确定之，