[发明专利]振弦传感器及应力位移测试方法

权利要求书

1.一种振弦传感器，其特征在于，包括

壳体(100)，所述壳体(100)的一端端部设置有受力体(110)，所述壳体(100)远离所述受力体(110)的一端端部设置有隔离体(120)；

振弦组件(200)，所述振弦组件(200)包括圆筒(210)、第一固定器(220)、第二固定器(230)、弦丝(240)、振弦体(250)、磁铁(260)、弹性件(270)和滑杆(280)，所述圆筒(210)设置在所述壳体(100)的内部，所述圆筒(210)的一端固定安装于所述受力体(110)，所述第一固定器(220)设置于所述圆筒(210)靠近所述受力体(110)的一端内部，所述第一固定器(220)上开设有第一圆孔(221)，所述第二固定器(230)设置于所述圆筒(210)远离所述受力体(110)的一端内部，所述第二固定器(230)上开设有第二圆孔(231)，所述弦丝(240)的两端分别与所述第一圆孔(221)和所述第二圆孔(231)固定连接，所述振弦体(250)设置于所述弦丝(240)的中间，所述振弦体(250)上设置有铁片(251)，所述磁铁(260)设置在所述铁片(251)的外侧，所述磁铁(260)固定安装于所述圆筒(210)的内部，所述弹性件(270)的一端设置于所述弦丝(240)的一端，所述弹性件(270)的另一端与所述滑杆(280)固定连接，所述弹性件(270)和所述滑杆(280)均设置在所述隔离体(120)的内部,所述振弦体(250)由玄武岩纤维制成。

2.根据权利要求1所述的一种振弦传感器，其特征在于，所述磁铁(260)为U型永久磁铁。

3.根据权利要求1所述的一种振弦传感器，其特征在于，所述磁铁(260)上缠绕有激振线圈(261)和接收线圈(262)，所述激振线圈(261)和所述接收线圈(262)的导线连接有信号电缆(130)，所述信号电缆(130)设置在所述壳体(100)的外侧。

4.根据权利要求1所述的一种振弦传感器，其特征在于，所述受力体(110)远离所述壳体(100)的一端端部固定有受力法兰(111)，所述受力法兰(111)被构成增大受力面积。

5.根据权利要求1所述的一种振弦传感器，其特征在于，所述圆筒(210)远离所述弹性件(270)的一端外侧套接有密封圈(211)，所述壳体(100)远离所述隔离体(120)的一端内部开设有凹槽(140)，所述密封圈(211)容置于所述凹槽(140)内。

6.根据权利要求5所述的一种振弦传感器，其特征在于，所述密封圈(211)为防水O型圈。

7.根据权利要求1所述的一种振弦传感器，其特征在于，所述弹性件(270)为弹簧。

8.根据权利要求1所述的一种振弦传感器，其特征在于，所述滑杆(280)的直径小于所述隔离体(120)的内径。

9.一种应力位移测试方法，其利用权利要求1-8任意一项所述的振弦传感器进行，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：首先，把传感器两侧的受力法兰和滑杆分别固定在待测目标体的两端；

步骤二：当待测目标体受到应力位移时，滑杆的位移使弹性件产生压紧力，压紧力与位移成正比，压紧力通过另一端传给振弦体，使振弦体产生额外的应力，通过测试这个应力得出位移具体值；

步骤三：然后张弛振荡器给传感器激励脉冲，电流通过磁铁上的激振线圈和接收线圈，进而使磁铁吸住装在振弦体中的铁片，当脉冲电流消失后，磁铁失去磁性，进而铁片与磁铁分离，进而振弦体就被松开，从而振弦体产生自由振动；

步骤四：振弦体以固有频率自由振动时，铁片与磁铁的间隙就周期性的变化，同时会引起测量线圈磁路的交替变化，就会在线圈中产生感应交变电动势，线圈中产生的感应电动势经绕在磁铁上的接收线圈输送到信号电缆，然后通过信号电缆输送出感应器，这样就可以由传感器的输出感应电动势频率来测得振弦体振动的频率，通过振弦体振动的频率，算出被测材料的真实应力位移的数值，可根据下式计算真实应力位移的数值ΔX_RΔX_R：

其中，ΔX_RΔX_R为被测材料的真实位移，m；ΔXΔX为弹簧的形变量，m；Δl′Δl′为振弦材料受到外力作用产生的形变量，m； D为振弦材料的直径，m；k为弹簧的劲度系数，N/m；E为振弦材料的杨氏模量，MPa；l为振弦的长度，m；αα为该状态下振弦材料弹性模量的衰减系数，为一无量纲常数；ρρ为玄武岩纤维振弦的密度，kg/m³；f 为在该点状态下测得的频率，Hz；f₀f₀为未施加外力时，振弦仅受预应力时的初始频率，Hz；该初始频率对应的初始预应力即为σ₀σ₀，N/m²。