专利名称：多分向刚性固体内应力微小变化监测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量刚性固体内应力变化的监测仪，尤其是一种精确度和灵敏度极高的能测量出微小内应力变化的监测仪，可用于检测各种大坝内应力变化，提前预测到大坝的异常，做到防患于未然。也可运用于检测桥梁、大型建筑等内应力的变化，对其形变进行分析，为桥梁、大型建筑的安全运作提供维护依据。还可用于地震的监测。
背景技术：
物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。同截面垂直的称为正应力或法向应力。在没有外力存在下，材料内部由于加工成型不当，温度变化，溶剂作用等原因所产 生的应力。内应力的取消有几种方法I.对物体进行热处理(只针对金属性质的工件)2.放到自然条件下进行消除。3.人工通过敲打振动等方式进行消除。内应力是在结构上无外力作用时保留于物体内部的应力，没有外力存在时，弹性物体内所保存的应力叫做内应力，它的特点是在物体内形成一个平衡的力系，即遵守静力学条件.按性质和范围大小可分为宏观应力，微观应力和超微观应力.按引起原因可分为热应力和套织应力.按存在时间可分为瞬时应力和残余应力.按作用方向可分为纵向应力和横向应力 压电效应，是材料中一种机械能与电能互换的现象，此现象最早是1880年由皮埃尔 居里(Pierre Curie)和雅克 居里(Jacques Curie)兄弟发现。压电材料可以因机械变形产生电�。部梢砸虻绯∽饔貌当湫危庵止逃械幕�-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。例如，压电材料已被用来制作智能结构，此类结构除具有自承载能力外，还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能，在未来的飞行器设计中占有重要的地位。压电效应，是某些特殊的材料中机械能与电能相互转化的现象。根据转化方向的不同，压电效应可以分为正压电效应和逆压电效应两种。某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。压电陶瓷压力传感器具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。高灵敏度压电陶瓷对外力的敏感使它甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动，用它来制作刚性固体内应力微小变化监测仪，能精确地测出应力的微小变化。使用扫描隧道显微镜中的压电陶瓷棒，其灵敏度高达16埃/伏，对岩石中内应力微小变化引起的形变能及时作出反应。
发明内容本实用新型的目的是将压电陶瓷棒应用到监测仪中，提供一种灵敏度很高，且易于观测到变化的刚性固体内应力微小变 化监测仪本实用新型是通过以下的技术方案来实现的一种多分向刚性固体内应力微小变化监测仪，包括固定盘和固定安装在所述固定盘上的至少四套应力采集装置，和四套力电转换装置；其中，所述应力采集装置包括一打入所述刚性固体的膨胀螺钉和与所述螺钉固定连接的传导片；所述力电转换装置包括压电陶瓷棒、和带有螺旋调节装置的螺杆；其中，所述传导片与所述螺杆通过套在螺杆上的固定套固定连接，所述螺杆的端部抵住所述压电陶瓷棒的一端，所述压电陶瓷棒的另一端固定在所述固定盘上；所述4套应力采集装置和力电转换装置均匀分布在所述固定盘的4个不同方向上。所述压电陶瓷棒为专用于扫描隧道显微镜的高灵敏度压电陶瓷棒。所述监测仪还包括一数据采集器和数据输出端口，所述数据采集器的一端与所述数据输出端口连接以搜集电压变动的数据，另一端通过USB接口与计算机连接以处理和显示数据；所述数据输出端口与所述压电陶瓷棒的数据导出线相连接。所述监测仪包括8套应力采集装置，和8套力电转换装置，该8套应力采集装置和力电转换装置均匀分布在所述固定盘的八个不同方向上。所述带有螺旋调节装置的螺杆包括螺旋测微器的微调旋钮、旋钮、可动刻度、固定刻度和螺杆。所述压电陶瓷棒通过压电陶瓷棒固定板、压电陶瓷棒固定螺钉和压电陶瓷棒挡圈固定在所述固定盘上。为了方便将本实用新型在安装到刚性固体上时确定安装方向，在所述固定盘的中心设有一指南针。本实用新型的有益效果在于I、本实用新型创造性的使用扫描隧道显微镜中的压电陶瓷棒作为检测仪的关键部件，其灵敏度高达16埃/伏，对岩石中内应力微小变化弓I起的形变能及时作出反应。2、本实用新型通过数据采集器连接各个方向上的压电信号，采集器将采集到的数据发给PC机进行显示即数据处理。极大方便了安装和使用。
图I为本实用新型的结构示意图。图2为本实用新型的应力采集装置和力电转换装置的结构示意图。图3为本实用新型的数据传输示意图。图4为本实用新型的一个实施例的结构示意图。图中，I、应力采集装置和力电转换装置；11、微调旋钮；12、旋钮；13、固定刻度；14、固定套；15、压电陶瓷棒；151、压电陶瓷棒固定板；152、压电陶瓷棒固定螺钉；16、压电陶瓷棒挡圈；17、传导片；171、打入所述刚性固体的膨胀螺钉；18、螺杆2、固定盘；3、压电陶瓷棒的数据导出线；4、数据输出端口 ；5、指南针；6、数据采集器；7、计算机。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作详细说明。如图I和图2所示，一种多分向刚性固体内应力微小变化监测仪，包括固定盘2和固定安装在所述固定盘上的8套应力采集装置和力电转换装置I ;其中，所述应力采集装置包括一打入所述刚性固体的膨胀螺钉171和与所述螺钉固定连接的传导片17 ;所述力电转换装置包括压电陶瓷棒15、和带有螺旋调节装置的螺杆18 ;其中，所述传导片与所述螺杆通过套在螺杆上的固定套14固定连接，所述螺杆18的端部抵住所述压电陶瓷棒15的一 端，所述压电陶瓷棒的另一端固定在所述固定盘2上；所述8套应力采集装置和力电转换装置均匀分布在所述固定盘的8个不同方向上。所述压电陶瓷棒为专用于扫描隧道显微镜的高灵敏度压电陶瓷棒。如图3所示，所述监测仪还包括一数据采集器6和数据输出端口 4，所述数据采集器的一端与所述数据输出端口连接以搜集电压变动的数据，另一端通过USB接口与计算机连接以处理和显示数据；所述数据输出端口 4与所述压电陶瓷棒的数据导出线3相连接。所述带有螺旋调节装置的螺杆包括螺旋测微器的微调旋钮11、旋钮12、可动刻度、固定刻度13和螺杆18。所述压电陶瓷棒通过压电陶瓷棒固定板151、压电陶瓷棒固定螺钉152和压电陶瓷棒挡圈16固定在所述固定盘2上。为了方便将本实用新型在安装到刚性固体上时确定安装方向，在所述固定盘的中心设有一指南针5。如图4所示本实用新型的另一个实施例，所述监测仪包括4套应力采集装置，和4套力电转换装置，该4套应力采集装置和力电转换装置均匀分布在所述固定盘的正东、正南、正西、正北4个不同方向上。本实用新型使用时，压电陶瓷由固定部件固定，使这部分即不会自由移动，又不受到金属杆的压迫，为方便调整金属杆与压电陶瓷的相对位置，使用了螺旋测微器的金属杆和螺旋部分，并按照扫描隧道显微镜的粗逼近调整方法调整金属杆与压电陶瓷的位置，使金属杆刚好与压电陶瓷接触而没有相互作用力。当微调螺旋测微器的金属杆时，在压电陶瓷的侧壁上能用数字多用电表检测到电压。即可以用高灵敏度压电陶瓷棒检测出微小应力的变化。
权利要求1.一种多分向刚性固体内应力微小变化监测仪，其特征在于包括固定盘和固定安装在所述固定盘上的至少四套应力采集装置，和四套力电转换装置；其中，所述应力采集装置包括一打入所述刚性固体的膨胀螺钉和与所述螺钉固定连接的传导片；所述力电转换装置包括压电陶瓷棒、和带有螺旋调节装置的螺杆；其中，所述传导片与所述螺杆通过套在螺杆上的固定套固定连接，所述螺杆的端部抵住所述压电陶瓷棒的一端，所述压电陶瓷棒的另一端固定在所述固定盘上；所述4套应力采集装置和力电转换装置均匀分布在所述固定盘的4个不同方向上。
2.根据权利要求I所述的多分向刚性固体内应力微小变化监测仪，其特征在于所述压电陶瓷棒为专用于扫描隧道显微镜的高灵敏度压电陶瓷棒。
3.根据权利要求I所述的多分向刚性固体内应力微小变化监测仪，其特征在于所述监测仪还包括一数据采集器和数据输出端口，所述数据采集器的一端与所述数据输出端口连接以搜集电压变动的数据，另一端通过USB接口与计算机连接以处理和显示数据；所述数据输出端口与所述压电陶瓷棒的数据导出线相连接。
4.根据权利要求I或3所述的多分向刚性固体内应力微小变化监测仪，其特征在于所述监测仪包括8套应力采集装置，和8套力电转换装置，该8套应力采集装置和力电转换装置均匀分布在所述固定盘的八个不同方向上。
5.根据权利要求I或3所述的多分向刚性固体内应力微小变化监测仪，其特征在于所述带有螺旋调节装置的螺杆包括螺旋测微器的微调旋钮、旋钮、可动刻度、固定刻度和螺杆。
6.根据权利要求I所述的多分向刚性固体内应力微小变化监测仪，其特征在于所述压电陶瓷棒通过压电陶瓷棒固定板、压电陶瓷棒固定螺钉和压电陶瓷棒挡圈固定在所述固定盘上。
7.根据权利要求I所述的多分向刚性固体内应力微小变化监测仪，其特征在于所述固定盘的中心设有一指南针。
专利摘要本实用新型涉及一种多分向刚性固体内应力微小变化监测仪，包括固定盘和固定安装在所述固定盘上的至少四套应力采集装置，和四套力电转换装置；其中，所述应力采集装置包括一打入所述刚性固体的膨胀螺钉和与所述螺钉固定连接的传导片；所述力电转换装置包括压电陶瓷棒、和带有螺旋调节装置的螺杆；其中，所述传导片与所述螺杆通过套在螺杆上的固定套固定连接，所述螺杆的端部抵住所述压电陶瓷棒的一端，所述压电陶瓷棒的另一端固定在所述固定盘上；所述4套应力采集装置和力电转换装置均匀分布在所述固定盘的4个不同方向上。
文档编号G01L1/16GK202494535SQ201220006950
公开日2012年10月17日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者南天, 陈立人 申请人:南天, 陈立人
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