[发明专利]一种活立木树冠风载荷的测试方法及其检测装置

权利要求书

1.一种活立木树冠风载荷的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，对待测活立木的长度、树冠面积、胸径进行测量，根据所述待测活立木的树种获得弹性模量，根据所述树冠面积和所述胸径获得截面惯性矩；测量所述活立木上风力集中作用点到地面之间的第一距离；

S2，在所述待测活立木上安装应变传感器，并获得所述应变传感器到地面之间的第二距离；所述应变传感器包括：光栅尺、四倍频电路、数据采集存储模块、交互模块、电源模块与锂离子电池；

所述光栅尺包括光栅尺标尺光栅和光栅尺读数头；所述光栅尺读数头用于将产生的输出脉冲连接到所述的四倍频电路输入端口；

所述四倍频电路用于将倍频脉冲信号输出连接到所述数据采集存储模块第一引脚和第二引脚进行脉冲计数采集；

所述数据采集存储模块用于计算获得应变量；

所述交互模块连接所述数据采集存储模块以进行应变量显示和按键控制信号的传输；

所述的电源模块搭配所述锂离子电池给所述光栅尺、四倍频电路、数据采集存储模块、交互模块提供电力；

所述数据采集存储模块由STM32F407单片机和MiniTFCard母座构成，STM32F407单片机的外部脉冲采集引脚分别连接四倍频电路的两个输出端，使用STM32F407单片机中的第一定时器和第二定时器的ETR功能，累计所述四倍频电路的输出脉冲，根据脉冲数、运动方向与位移的对应关系计算得到应变测量值；STM32F407单片机还将应变数据和实时时间组成的数据包写入移动存储介质的数据文件中；

S3，通过所述应变传感器根据如下公式检测应变测量值：

X＝[(Sum1×65535+Count1)-(Sum2×65535+Count2)]×0.25

其中，X为应变测量值，Sum1为第一定时器的溢出次数，Sum2为第二定时器的溢出次数，Count1为第一定时器计数寄存器的当前值，Count2为第二定时器计数寄存器的当前值；

S4，根据所述应变测量值、所述待测活立木的长度、弹性模量、截面惯性矩、所述第一距离和所述第二距离，根据如下公式计算获得等效风载荷，

其中，P为等效风载荷，L为应变传感器的长度，E为待测活立木的弹性模量，I为待测活立木的惯性矩，a为第一距离，K为第二距离，X为应变测量值，λ为误差补偿系数。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，在所述待测活立木上安装应变传感器，具体包括：

S21，确认传感器工作状态是否正常，检查传感器电量、存储空间、查看测试数据是否变化；

S22，如果传感器状态正常，在被测树干设定位置处画安装线，根据传感器两端安装定位孔的间距钉入安装钢针；

S23，传感器两端的安装孔中穿入钢针之后，将螺栓螺母旋紧以将传感器安装在树干上，安装时要保证应变传感器与树干紧密贴合。

3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，

所述光栅尺用于产生A、B两路相位相差90°的脉冲输出，1个脉冲输出代表光栅尺读数头相对标尺光栅产生0.5μm位移；

所述四倍频电路由4通道JK触发器和四选一数据选择器组成，光栅尺输出的A、B相脉冲分别连接JK触发器1、3通道，1、3通道的输出分别连接2、4通道输入，JK触发器第2通道的输出连接数据选择器1通道0位和2通道1位，JK触发器第3通道输出连接数据选择器1通道3位和2通道2位，JK触发器1、3通道输出分别连接数据选择器A、B输入端，JK触发器4通道输出连接数据选择器1通道2位和2通道0位；通过四倍频电路对光栅尺读数头的A、B两相输出脉冲进行倍频细分处理，判断光栅尺读数头的移动方向，并将精度提高到2个脉冲输出，代表光栅尺读数头产生0.5μm的相对位移。

4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述应变传感器还包括顶壳、直线导轨、外伸测量尺和L型连接件；

所述直线导轨安装于所述顶壳内壁中心线上，所述直线导轨内安装有滑块，所述光栅尺读数头通过L型连接件经螺纹配合与所述直线导轨内的滑块连接；

所述L型连接件用于保证光栅尺读数头仅能在给定方向上直线滑动，不产生其它方向的运动，并使所述光栅尺读数头与所述直线导轨成为一体；

所述外伸测量尺是一根截面是长方形的不锈钢连接杆，一端通过螺纹同所述光栅尺读数头连接，另一端配合前侧固定连接件螺栓和调节螺母，将测量应变量传递到光栅尺读数头上。