一种应变传感器校准装置及校准方法与流程

本发明涉及测试计量领域，具体涉及一种应变传感器校准装置及校准方法。

背景技术：

应变传感器是基于测量物体受力变形所产生的应变的一种传感器，电阻应变片和光纤光栅应变传感器是近年来被广泛使用的传感元件。应变传感器具有分辨力高、尺寸小、精度高等很多优点；光纤光栅应变传感器还具有本征绝缘、传输损耗低、速率高、易复用等特点。因此，应变传感器被广泛应用在智慧制造、水利电力、建筑工程、航天航海、轨道交通、公路桥梁、石油化工等各行业领域的应变形变等的检测和监测领域。作为关键测量器件和设备，应变传感器及测试系统的性能计量自然也十分关键。

目前对应变传感器的校准主要是采用弯矩梁的方法，如等强度梁，校准时，将应变传感器胶粘在梁上，通过砝码进行加载使弯矩梁产生形变，结合梁的尺寸、梁材料的弹性模量和梁的载荷计算出弯矩梁表面的应变，然后计算出传感器的性能参数。但该方法对于特定材料的梁，需要精确知道梁的弹性模量，但往往采用的是该类材料弹性模量的参考值，所以影响梁表面理论应变计算值的准确性，从而影响应变传感器校准结果的准确性。另一种方法是：采用螺旋微分头代替砝码进行加载，使梁发生形变，并使用螺旋微分头测量梁的挠度，从而完成应变传感器的校准。第二种方法因单点测量的挠度值受梁的制造工艺、挠度测量点的位置偏差和环境因素的影响，也会影响应变传感器校准结果的准确性。另外这两种方法在卸载过程中都存在机械滞后的问题，从而导致测量精度差、测量效率低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种应变传感器校准装置及校准方法，以解决上述现有技术中存在的问题，实现对应变传感器的精确校准。

为实现上述目的，本发明提供了一种应变传感器校准装置，包括底座，所述底座左端设置有左支撑柱，所述左支撑柱上端有横向设置的等强度梁，所述底座右端设置有右支撑柱，所述右支撑柱上端连接有横梁，所述等强度梁自由端延伸至所述横梁下方，所述横梁上设置用于抵压等强度梁的螺旋微分头，所述底座上设置有位移平台，所述位移平台上设置有位移传感器。

进一步的，所述位移传感器包括x轴位移传感器和y轴位移传感器。

进一步的，所述位移平台设置在固定底座上，所述位移平台为直线导轨式或丝杠式，驱动方式为电机驱动或手动。

进一步的，所述横梁包括设置在等强度梁上方的上横梁和等强度梁下方的下横梁，所述上横梁上设置有螺旋微分头，所述上横梁下端设置有弹簧，所述弹簧下端与等强度梁固定连接。

进一步的，所述应变传感器校准装置还包括上位机，所述上位机与位移平台及位移传感器电性连接。

一种应变传感器的校准方法如下：

s1.将需要校准的应变传感器粘贴在等强度梁的上工作面，并连接上位机，上位机控制位移平台移动，并采集和记录应变传感器的输出信号，x轴位移传感器和y轴位移传感器分别采集等强度梁上测试点在x轴和y轴的初始位置，将数据发送到上位机进行处理，得到x轴和y轴位置的初始数据；

s2.旋转螺旋微分头使等强度梁变形，上位机采集和记录应变传感器的输出信号，x轴位移传感器和y轴位移传感器同时采集测试点在x轴和y轴的位置，将数据发送到上位机进行处理，得到x轴和y轴位置的最终数据；

s3.上位机控制位移平台移动，利用x轴位移传感器和y轴位移传感器采集不同测试点在x轴和y轴的位置数据，并将数据发送到上位机；

s4.将测量得到的最终数据与初始数据进行处理，计算得到各测试点的挠度分布曲线，再通过相应的公式计算得出等强度梁表面的应变，将计算得到的等强度梁表面的应变值与应变传感器在上位机显示的应变值进行比较，对其进行校准。

本发明的有益效果是：

本发明采用位移平台，在该装置的位移平台上安装有测量x轴位置的位移传感器和y轴位置的位移传感器，实现不同位置的挠度测量，得到位置-挠度曲线，避免了单点测量的挠度值受等强度梁的制造工艺、挠度测量点的位置偏差和环境因素所带来的影响；再通过位置挠度曲线得到等强度梁表面的应变，将其作为应变传感器的输入应变对应变传感器进行校准，提高了应变传感器的校准精度。

本发明采用上下横梁安装螺旋微分头的方式对梁进行上下两个方向的应变加载，实现更大应变范围的应变传感器校准。

本发明采用弹簧将横梁和等强度梁相连的方式，极大地减小了等强度梁在卸载过程中存在的机械滞后，提高了测量精度和测量效率。

附图说明

图1是一种应变传感器校准装置示意图

1-底座、2-固定底座、3-位移平台、4-x轴位移传感器、5-左支撑柱、6-等强度梁、7-应变传感器、8-螺旋微分头、9-上横梁、10-弹簧、11-下横梁、12-右支撑柱、13-y轴位移传感器、14-上位机。

具体实施方式

下面为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照附图1所示，本发明提供了一种应变传感器校准装置，包括底座1，所述底座1左端设置有左支撑柱5，所述左支撑柱5上端有横向设置的等强度梁6，所述底座1右端设置有右支撑柱12，所述右支撑柱12上端连接有横梁，所述等强度梁6自由端延伸至所述横梁下方，所述横梁上设置用于抵压等强度梁的螺旋微分头8，所述底座1上设置有位移平台3，所述位移平台3上设置有位移传感器，所述应变传感器校准装置还包括上位机14，所述上位机14与位移平台3及位移传感器电性连接。

位移传感器包括x轴位移传感器4和y轴位移传感器13。

位移平台3设置在固定底座2上，所述位移平台3为直线导轨式或丝杠式，驱动方式为电机驱动或手动。

横梁包括设置在等强度梁6上方的上横梁9和等强度梁6下方的下横梁11，所述上横梁9上设置有螺旋微分头8，所述上横梁9下端设置有弹簧10，所述弹簧10下端与等强度梁6固定连接。

在另一个实施例中，在下横梁11上也设置有螺旋微分头8。

等强度梁6在未加载时，弹簧10处于拉伸状态，可保证在卸载过程中极大地减小等强度梁6存在的机械滞后问题，提高测量精度和效率；螺旋微分头8和弹簧10也可安装在下横梁11上，实现自下往上的应变加载过程，扩大应变测量范围；

测量前，上位机14控制位移平台3移动，并采集和记录应变传感器7的输出信号，x轴位移传感器4和y轴位移传感器13分别采集x轴和y轴初始位置，将数据发送到上位机14进行处理，得到x轴和y轴位置的初始关系；测量时，旋转螺旋微分头8使等强度梁6变形，上位机14控制位移平台3移动，并采集和记录应变传感器7的输出信号，x轴位移传感器4和y轴位移传感器13分别采集x轴和y轴位置，将数据发送到上位机14进行处理，得到x轴和y轴位置的关系；将测量得到的数据和初始位置的数据进行处理，计算得到各点的挠度，再通过相应的公式计算得出相应点的应变；将各点应变值取平均，作为等强度梁6的真实应变，将其作为应变传感器7的输入应变对其进行校准。

实施例一：光纤光栅应变传感器校准，在本实施例中所述应变传感器7为光纤光栅应变传感器

本实施例光纤光栅应变传感器的校准方法如下：

s1.将光纤光栅应变传感器粘贴在等强度梁6的上工作面，并连接上位机14，上位机14控制位移平台3移动，并采集和记录光纤光栅应变传感器的输出信号，x轴位移传感器4和y轴位移传感器13分别采集等强度梁6上测试点在x轴和y轴的初始位置，将数据发送到上位机14进行处理，得到x轴和y轴位置的初始数据；

s2.旋转螺旋微分头8使等强度梁变形，上位机采集和记录光纤光栅应变传感器的输出信号，x轴位移传感器4和y轴位移传感器13同时采集测试点在x轴和y轴的位置，将数据发送到上位机14进行处理，得到x轴和y轴位置的最终数据；

s3.上位机14控制位移平台3移动，利用x轴位移传感器4和y轴位移传感器13采集不同测试点在x轴和y轴的位置数据，并将数据发送到上位机；

s4.将测量得到的最终数据与初始数据进行处理，计算得到各测试点的挠度分布曲线，再通过相应的公式计算得出等强度梁6表面的应变，将计算得到的等强度梁6表面的应变值与光纤光栅应变传感器在上位机14上显示的应变值进行比较，对其进行校准。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。