專利名稱：一種多功能風(fēng)壓計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型風(fēng)壓計(jì)，尤其適用于在野外對大型建筑工程結(jié)構(gòu)所處的風(fēng)環(huán)境和受到的風(fēng)荷載進(jìn)行測試與試驗(yàn)，主要應(yīng)用于土木結(jié)構(gòu)風(fēng)工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
風(fēng)災(zāi)是自然災(zāi)害中發(fā)生最頻繁的一種。上世紀(jì)80年代，德意志聯(lián)邦共和國慕尼黑保險(xiǎn)公司對西方發(fā)達(dá)國家損失1億美元以上的自然災(zāi)害統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，風(fēng)災(zāi)發(fā)生的頻率高，次生災(zāi)害大，其中風(fēng)災(zāi)的次數(shù)占自然災(zāi)害總次數(shù)的51.4%，經(jīng)濟(jì)損失占自然災(zāi)害總損失的40. 5%。我國當(dāng)前正處于土木工程建設(shè)的蓬勃發(fā)展階段，大量新型復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系不斷出現(xiàn)，具有代表性的是蘇通大橋、潤揚(yáng)大橋等特大型橋梁結(jié)構(gòu)，它們完全體現(xiàn)著現(xiàn)代化大橋長、高、輕、柔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，風(fēng)致破壞是這些結(jié)構(gòu)的主要破壞形式，工程抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否是保障工程安全的關(guān)鍵，這使得結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究成為熱點(diǎn)。在結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究當(dāng)中，風(fēng)特性問題是基礎(chǔ)性問題，由于風(fēng)特性受地貌和地理位置等因素影響大，使得風(fēng)特性的現(xiàn)場觀測成為掌握結(jié)構(gòu)物所在地風(fēng)特性的主要研究方法之一，尤其是針對結(jié)構(gòu)物所在地的強(qiáng)風(fēng)特性(包括風(fēng)壓、風(fēng)速和風(fēng)向等)所進(jìn)行的現(xiàn)場觀測，其價(jià)值更大。我國各級政府對氣象災(zāi)害防御工作相當(dāng)重視，江蘇省南京市于2009年12月1日起施行的《南京市氣象災(zāi)害防御管理辦法》中明確指出，大型橋梁、大跨度和高層建筑物、戶外大型廣告牌等設(shè)施，在建設(shè)前應(yīng)當(dāng)進(jìn)行風(fēng)壓評估，而且建成后須進(jìn)行現(xiàn)場風(fēng)壓測試。現(xiàn)有的風(fēng)壓計(jì)多是采用皮托管來測量風(fēng)壓與風(fēng)速，皮托管測風(fēng)壓雖然有耐高溫的特點(diǎn)，但是皮托管式風(fēng)壓計(jì)在潮濕氣候環(huán)境下容易導(dǎo)致管內(nèi)積水從而使得測量值偏小，長期置于粉塵濃度較高的環(huán)境中監(jiān)測易引起皮托管堵塞。另一方面，傳統(tǒng)風(fēng)壓計(jì)不適合安裝于各類型工程結(jié)構(gòu)物表面對結(jié)構(gòu)物所處實(shí)際風(fēng)環(huán)境進(jìn)行長期有效監(jiān)測。為了適應(yīng)不同野外環(huán)境和惡劣氣象條件下的測試要求，選用鈦合金懸臂梁式膜片結(jié)合光纖光柵傳感器作為感知元件是有效途徑之一。結(jié)構(gòu)物表面的風(fēng)壓直接作用于風(fēng)壓傳感器的懸臂梁式膜片上，使膜片產(chǎn)生與風(fēng)壓成正比的彎曲位移，即風(fēng)壓越大，膜片彎曲位移越大。通過粘貼于懸臂梁式膜片上的光纖光柵傳感器檢測這一變化即可得出風(fēng)壓的大小。 鈦合金材料的使用使得該風(fēng)壓計(jì)具有很強(qiáng)的防腐蝕性能與抗疲勞性能，光纖光柵傳感器的使用使得該風(fēng)壓計(jì)具有高分辨率、高精確度、高穩(wěn)定性、高耐久性，同時能夠適應(yīng)強(qiáng)電磁干擾和潮濕環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型多功能風(fēng)壓計(jì)，可以滿足不同工程結(jié)構(gòu)以及不同測試部位對風(fēng)壓的測量要求，能準(zhǔn)確地測得工程結(jié)構(gòu)物所在地的實(shí)際風(fēng)特性；本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是所提供的風(fēng)壓計(jì)不僅能夠測量不同結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)不同部位的風(fēng)壓，還能夠測量出風(fēng)攻角，且具有安裝/拆卸簡單、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種多功能風(fēng)壓計(jì)，包括核心部分和外殼部分，其特征在于所述核心部分包括固定支座，第一懸臂梁式膜片、第二懸臂梁式膜片、第三懸臂梁式膜片分別垂直固定于固定支座的下表面、上表面和右端側(cè)面，第一光纖光柵傳感器和第二光纖光柵傳感器粘貼于第一懸臂梁式膜片的兩側(cè)對稱位置；第三光纖光柵傳感器和第四光纖光柵傳感器粘貼于第二懸臂梁式膜片的兩側(cè)對稱位置；第五光纖光柵傳感器和第六光纖光柵傳感器粘貼于第三懸臂梁式膜片的兩側(cè)對稱位置。固定支座左端與外殼部分的底板垂直焊接連接。通過測量臂梁式膜片的彎曲變形即可得出測點(diǎn)的風(fēng)壓和風(fēng)攻角。通過在懸臂梁式膜片兩側(cè)對稱粘貼光纖光柵傳感器，可方便地測量出測點(diǎn)的風(fēng)壓并判斷出風(fēng)壓的方向，同時能有效消除溫度對光纖光柵傳感器的影響。結(jié)合豎直向懸臂梁式膜片和水平向懸臂梁式膜片還能測量出風(fēng)的攻角。采用光纖光柵傳感器作為傳感元件，可使風(fēng)壓計(jì)的測量精度高、穩(wěn)定性好、耐久性好、抗電磁干擾、能夠適應(yīng)高溫和潮濕環(huán)境。另外，本發(fā)明采用懸臂梁式膜片，結(jié)構(gòu)簡單，易于批量加工生產(chǎn)。前述的多功能風(fēng)壓計(jì)，其特征在于所述外殼部分包括帶大面積平面高強(qiáng)度金屬底座的便攜式U型外殼，底板通過螺栓與U型外殼的兩翼連接，護(hù)罩通過螺栓與底板連接， 固定支座垂直固定連接在底板上。前述的多功能風(fēng)壓計(jì)，其特征在于所述護(hù)罩為不銹鋼網(wǎng)狀球面，可有效保護(hù)核心部分，同時能夠方便的拆卸而對核心部分進(jìn)行維護(hù)。前述的多功能風(fēng)壓計(jì)，其特征在于所述底板為圓盤形，圓盤形底面帶漏水小孔， 可方便的對核心部分的受風(fēng)角度進(jìn)行調(diào)節(jié)。前述的多功能風(fēng)壓計(jì)，其特征在于所述漏水小孔位于底板的圓盤形底邊緣。前述的多功能風(fēng)壓計(jì)，其特征在于所述底板的材料為不銹鋼。前述的多功能風(fēng)壓計(jì)，其特征在于照明設(shè)備固定于底座和底板之間的U型外殼內(nèi)側(cè)。前述的多功能風(fēng)壓計(jì)，其特征在于所述U型外殼的底座同時具有磁性和螺栓錨固兩種連接方式與待測結(jié)構(gòu)的表面固定，既可以安置在工程結(jié)構(gòu)物的混凝土材料或鋼材的表面以滿足長期測量需求，又能夠安裝在支架上適應(yīng)短期測量要求。護(hù)罩、底板、照明設(shè)備和漏水小孔。其中底座采用強(qiáng)磁性材料，同時具有磁性和螺栓錨固兩種連接方式，既可以安置在工程結(jié)構(gòu)物的混凝土材料或鋼材的表面以滿足長期測量需求，又能夠安裝在支架上適應(yīng)短期測量要求；護(hù)罩為不銹鋼網(wǎng)狀球面，通過螺栓與底板連接，可有效保護(hù)核心部分，同時能夠方便的拆卸而對核心部分進(jìn)行維護(hù)；底板為圓形開口、圓形底面并帶漏水小孔的不銹鋼結(jié)構(gòu)，通過螺栓與U型外殼的兩翼連接，可方便的對核心部分的受風(fēng)角度進(jìn)行調(diào)節(jié)；照明設(shè)備固定于底座和底板之間的U型外殼內(nèi)側(cè)，可滿足對測試點(diǎn)進(jìn)行照明的要求，亮度可以通過支座上的照明燈旋鈕式開關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)以滿足實(shí)際環(huán)需要。前述的多功能風(fēng)壓計(jì)，其特征在于所述第一懸臂梁式膜片、第二懸臂梁式膜片和第三懸臂梁式膜片的材質(zhì)為鈦合金，可避免膜片在強(qiáng)風(fēng)作用下發(fā)生塑性變形甚至疲勞破壞，同時具有抗腐蝕性能和良好的耐久性能。下面對本發(fā)明的工作原理做進(jìn)一步詳細(xì)的說明當(dāng)風(fēng)攻角向上時，在風(fēng)力作用下第一懸臂梁式膜片和第三懸臂梁式膜片產(chǎn)生彎曲位移；當(dāng)風(fēng)攻角向下時，在風(fēng)力作用下第二懸臂梁式膜片和第三懸臂梁式膜片產(chǎn)生彎曲位移。粘貼于懸臂梁式膜片上的光纖光柵傳感器由于懸臂梁式膜片的彎曲位移而產(chǎn)生應(yīng)變。 通過測量光纖光柵傳感器的應(yīng)變即可計(jì)算出測點(diǎn)的風(fēng)壓和風(fēng)攻角。利用同一懸臂梁式膜片兩側(cè)的光纖光柵傳感器的測量值可有效消除溫度的影響。具體計(jì)算公式如下設(shè)第一光纖光柵傳感器、第二光纖光柵傳感器、第三光纖光柵傳感器、第四光纖光柵傳感器、第五光纖光柵傳感器和第六光纖光柵傳感器的應(yīng)變分別為ε ρ ε 2、ε 3、ε 4、ε 5 和ε 6 ；第一懸臂梁式膜片、第二懸臂梁式膜片和第三懸臂梁式膜片的彎曲位移分別為Lp L2和L3;第一懸臂梁式膜片、第二懸臂梁式膜片和第三懸臂梁式膜片由于彎曲產(chǎn)生的應(yīng)變絕對值為Ep E2和& ；攻角為θ，向上為正；結(jié)構(gòu)物表面風(fēng)壓為P。當(dāng)ε5> ε 6時，表明風(fēng)攻角向上，采用第一光纖光柵傳感器、第二光纖光柵傳感器、第五光纖光柵傳感器和第六光纖光柵傳感器的測量值進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)ε2> ”時為正風(fēng)壓，反之為負(fù)風(fēng)壓。具體計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.一種多功能風(fēng)壓計(jì)，包括核心部分和外殼部分，其特征在于所述核心部分包括固定支座(12)，第一懸臂梁式膜片(3)、第二懸臂梁式膜片(4)、第三懸臂梁式膜片(5)分別垂直固定于固定支座(12)的下表面、上表面和右端側(cè)面，第一光纖光柵傳感器(6)和第二光纖光柵傳感器(7)粘貼于第一懸臂梁式膜片的兩側(cè)對稱位置；第三光纖光柵傳感器(8)和第四光纖光柵傳感器(9)粘貼于第二懸臂梁式膜片的兩側(cè)對稱位置；第五光纖光柵傳感器 (10)和第六光纖光柵傳感器(11)粘貼于第三懸臂梁式膜片的兩側(cè)對稱位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能風(fēng)壓計(jì)，其特征在于所述外殼部分包括U型外殼 (13)，底板(15)通過螺栓與U型外殼(13)的兩翼連接，護(hù)罩(14)通過螺栓與底板(15)連接，固定支座(12)垂直固定連接在底板(15)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能風(fēng)壓計(jì)，其特征在于所述護(hù)罩(14)為不銹鋼網(wǎng)狀球
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能風(fēng)壓計(jì)，其特征在于所述底板(15)為圓盤形，圓盤形底面帶漏水小孔(17)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多功能風(fēng)壓計(jì)，其特征在于所述漏水小孔(17)位于底板 (15)的圓盤形底邊緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能風(fēng)壓計(jì)，其特征在于所述底板(15)的材料為不銹鋼。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-6中任一項(xiàng)所述的多功能風(fēng)壓計(jì)，其特征在于照明設(shè)備(16)固定于底座和底板(15)之間的U型外殼(13)內(nèi)側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能風(fēng)壓計(jì)，其特征在于所述U型外殼(13)的底座同時具有磁性和螺栓錨固兩種連接方式。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能風(fēng)壓計(jì)，其特征在于所述第一懸臂梁式膜片、第二懸臂梁式膜片和第三懸臂梁式膜片的材質(zhì)為鈦合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能風(fēng)壓計(jì)，包括核心部分和外殼部分，其特征在于所述核心部分包括固定支座，第一懸臂梁式膜片、第二懸臂梁式膜片、第三懸臂梁式膜片分別垂直固定于固定支座的下表面、上表面和右端側(cè)面，第一光纖光柵傳感器和第二光纖光柵傳感器粘貼于第一懸臂梁式膜片的兩側(cè)對稱位置；第三光纖光柵傳感器和第四光纖光柵傳感器粘貼于第二懸臂梁式膜片的兩側(cè)對稱位置；第五光纖光柵傳感器和第六光纖光柵傳感器粘貼于第三懸臂梁式膜片的兩側(cè)對稱位置。本發(fā)明的多功能風(fēng)壓計(jì)不僅能夠滿足結(jié)構(gòu)物短期測試的需要，還能達(dá)到結(jié)構(gòu)物長期監(jiān)測的要求；同時具有攜帶方便、可拆卸、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01M9/06GK102507077SQ20111036763
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者吳春娟, 周廣東, 王浩, 祝譚雍 申請人:無錫橋智科技有限公司