母與所述薄壁 圓筒的筒底相連接，即第二端12設(shè)有外螺紋，螺母位于外殼2的外側(cè)，感應(yīng)芯1的第二端12 穿過所述薄壁圓筒的筒底，然后由螺母鎖緊。如圖6所示，優(yōu)選地，所述外殼2的開口端通 過密封墊4與復(fù)合結(jié)構(gòu)的第二層52相接觸，所述密封墊4可為彈性密封墊，確保密封墊4 和復(fù)合結(jié)構(gòu)第二層52之間的密封性能。
[0042] 如圖1所示，所述感應(yīng)芯1的表面設(shè)有多個應(yīng)變片3,所述應(yīng)變片3靠近所述第一 端11，可在應(yīng)變片3上設(shè)有導(dǎo)線31，所述導(dǎo)線31從所述復(fù)合結(jié)構(gòu)中引出，所述導(dǎo)線一般應(yīng) 設(shè)在不會被施工干擾到的地方，以精確測出感應(yīng)芯1的應(yīng)變情況。如圖3所示，優(yōu)選地，所 述感應(yīng)芯1的橫截面為正方形，具有四個側(cè)面，相應(yīng)地，所示應(yīng)變片3也有四個，分別粘貼在 感應(yīng)芯1的四個側(cè)面，上下左右四個側(cè)面粘貼的應(yīng)變片3測出的應(yīng)變依次為 ￡ι、ε2、ε3、 ε4(見圖9)，反映出感應(yīng)芯1的每個側(cè)面的應(yīng)變變化。為了確保測出的應(yīng)變誤差更小，所 述感應(yīng)芯3的長度為L，橫截面的邊長為a，L/a應(yīng)大于4。
[0043] 下面對本發(fā)明測量復(fù)合結(jié)構(gòu)層間脫開和滑移狀態(tài)的測量原理和使用方法進(jìn)一步 說明，本發(fā)明中感應(yīng)芯1的變形分為兩個部分，包括橫向彎曲和軸向變形。
[0044] 為表達(dá)清楚，以感應(yīng)芯1的端部正方形截面的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，以復(fù)合結(jié)構(gòu)第二 層52的外法向?yàn)閆軸，其中一個切向?yàn)閅軸，Y軸和復(fù)合結(jié)構(gòu)的第一層51和第二層52之 間的接觸面重合（如圖7和圖8所示），圖7中，Ml表示復(fù)合結(jié)構(gòu)第一層51的初始狀態(tài)，M2 表復(fù)合結(jié)構(gòu)第一層51脫開和滑移后的狀態(tài)。按照右手螺旋法則確定X軸（如圖9所示）， 其中大拇指指向?yàn)閆軸方向。在Z-Y平面內(nèi)，假定變形以沿坐標(biāo)軸正向?yàn)檎瑧?yīng)變以受拉為 正，軸向變形引起應(yīng)變?yōu)閺澢鸶袘?yīng)芯表面的應(yīng)變?yōu)棣盼福ā晡笧閺澗匾饝?yīng)變絕對 值）。因此，S1= ε 〇-ε 彎，ε 2= ε。+ε 彎。
[0045] 根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)兩端固定梁變形理論建立如下方程：
[0046]
(1)
[0047] h/L = ε。⑵
[0048] ε ^ - ε q_ ε 彎，ε 2 - s。+ ε 彎（3)
[0049] 解方程得：
[0050] 層間接觸面切向Y方向的位移（滑移）： （4)
[0051] 層間接觸面法向Z方向的位移（脫開）： （5)
[0052] 同理可計(jì)算：
[0053] 層間接觸面切向X方向的位移（滑移）： （6)
[0054] 式中，L為感應(yīng)芯有效長度；a為感應(yīng)芯的方形截面邊長；ε ρ ε 2、ε 3、ε 4分別為 感應(yīng)芯1的上下左右四個側(cè)面的應(yīng)變值；^為滑移狀態(tài)下復(fù)合結(jié)構(gòu)層間接觸面沿X方向的 位移 ；Vy為滑移狀態(tài)下復(fù)合結(jié)構(gòu)層間接觸面切向Y方向的位移；h為脫開狀態(tài)下復(fù)合結(jié)構(gòu)層 間接觸面法向Z方向的位移。
[0055] 具體使用方法及步驟如下：
[0056] 1)在復(fù)合結(jié)構(gòu)的第二層52中預(yù)埋固定裝置14,然后將傳感器和固定裝置14連 接，在外殼2和復(fù)合結(jié)構(gòu)的第二層52之間安裝密封墊4,并將導(dǎo)線31引出復(fù)合結(jié)構(gòu)便于連 接采集儀器。
[0057] 2)將所述傳感器與一般的應(yīng)變采集儀連接，在測試前將儀器進(jìn)行歸零操作。
[0058] 3)記錄感應(yīng)芯1的上下左右四個側(cè)面的應(yīng)變值分別為ε i、ε 2、ε 3、ε 4。
[0059] 3)將￡1和ε 2分別代入到式⑷和式（5)中，得到^和匕將ε 3和ε 4帶入到 式（6)中，得到Vx。
[0060] 為敘述更清楚，以下給出本發(fā)明的一個實(shí)施例
[0061] 本發(fā)明所使用的感應(yīng)芯的抗彎剛度EI = 7. 78Ν · m2;L = 0. 04m ;a = 0. 006m。 通過應(yīng)變儀器測得四個應(yīng)變片3的應(yīng)變分別為ε 1= -100 μ ε ; ε 2= 500 μ ε ; ε 3 = 800 μ ε ; ε 4= -400 μ ε，將上述數(shù)據(jù)帶入到式（4)、（5)和（6)中，計(jì)算出ν y= 6· 67e 4m， vx= I. 33e 3m ；h = 8e 6m
[0062] 綜上所述，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0063] 上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟 悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因 此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完 成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種測量復(fù)合結(jié)構(gòu)層間接觸狀態(tài)的傳感器，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包括相鄰的第一層（51) 和第二層（52)，其特征在于，所述傳感器包括感應(yīng)芯（1)和一外殼（2)，所述外殼（2)位于 復(fù)合結(jié)構(gòu)的第一層（51)內(nèi)，所述感應(yīng)芯（1)具有與復(fù)合結(jié)構(gòu)的第二層（52)固定相連的第 一端（11)、與所述外殼⑵固定連接的第二端（12)以及位于所述外殼⑵內(nèi)的本體（13); 所述感應(yīng)芯（1)的表面設(shè)有多個應(yīng)變片（3)，所述應(yīng)變片（3)靠近所述第一端（11)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于：所述感應(yīng)芯（1)的橫截面為正方形，具 有四個側(cè)面，所述感應(yīng)芯（3)的長度為L，橫截面的邊長為a，L/a大于4。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于：所述應(yīng)變片（3)有四個，分別粘貼在感 應(yīng)芯（1)的四個側(cè)面。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于：所述應(yīng)變片（3)上設(shè)有導(dǎo)線（31)，所述 導(dǎo)線（31)從所述復(fù)合結(jié)構(gòu)中引出。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于：所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的第二層（52)中預(yù)埋有 固定件（14)，所述感應(yīng)芯⑴的第一端（11)與所述固定件（14)固定連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器，其特征在于：所述固定件（14)為螺母，所述感應(yīng)芯 (1)的第一端（11)通過螺紋與所述螺母連接。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于：所述外殼（2)為一端開口的薄壁圓筒。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器，其特征在于：所述外殼（2)的開口端通過密封墊（4) 與復(fù)合結(jié)構(gòu)的第二層（52)相接觸。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器，其特征在于：所述感應(yīng)芯（1)的第二端（12)通過螺 母與所述薄壁圓筒的筒底相連接。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種測量復(fù)合結(jié)構(gòu)層間接觸狀態(tài)的傳感器，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包括相鄰的第一層和第二層，所述傳感器包括感應(yīng)芯和一外殼，所述外殼位于復(fù)合結(jié)構(gòu)的第一層內(nèi)，所述感應(yīng)芯具有與復(fù)合結(jié)構(gòu)的第二層固定相連的第一端、與所述外殼固定連接的第二端以及位于所述外殼內(nèi)的本體；所述感應(yīng)芯的表面設(shè)有多個應(yīng)變片，所述應(yīng)變片靠近所述第一端。本發(fā)明通過在感應(yīng)芯表面設(shè)置應(yīng)變片，能夠同時測量大型復(fù)合結(jié)構(gòu)層間的滑移和脫開狀態(tài)，且能多維立體地反映復(fù)合結(jié)構(gòu)層間的真實(shí)狀態(tài)；制作成本低，便于安裝，測量簡單，便于應(yīng)用。
【IPC分類】G01B21/02, G01B21/32
【公開號】CN105136086
【申請?zhí)枴緾N201510434136
【發(fā)明人】閆治國, 朱合華, 丁文其, 張耀
【申請人】同濟(jì)大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月22日