船舶碰撞橋墩的檢測裝置的制作方法

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本實用新型涉及橋墩防護檢測裝置，具體是一種船舶碰撞橋墩的檢測裝置。

背景技術：

橋梁，指的是為道路跨越天然或人工障礙物而修建的建筑物，而橋墩則為橋梁的支座系統中至關重要的一部分。現有的橋梁中大多數僅設置單層的防護板，甚至沒有設置任何的保護措施，若橋墩主體受到直面的撞擊力，會直接影響橋墩的壽命，較大撞擊很有可能導致橋梁倒塌等嚴重后果。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是提供一種船舶碰撞橋墩的檢測裝置，能夠及時檢測到船舶碰撞橋墩的情況，發出報警，避免事故發生。

本實用新型的技術方案為：

船舶碰撞橋墩的檢測裝置，包括有安裝于橋墩上的支座，設置于支座頂端的水平轉軸，兩個固定連接于水平轉軸上且徑向相對的轉動桿，頂端固定連接于一個轉動桿的外端、底端鉸接于橋墩側壁上的受力桿，以及設置于橋墩上且通過拉力彈簧與另一個轉動桿的外端固定連接的拉力傳感器；所述的拉力傳感器與單片機連接，所述的單片機上連接有報警裝置。

所述的拉力傳感器包括有基體，基體的前端面上設置有凸起，凸起上設置有拉力盲孔，基體相對的上、下端面上均設置有受力盲孔，且兩端面的受力盲孔同軸相對設置，受力孔內均設置有電阻應變片，所述的基體兩個受力盲孔所在部分為工字梁結構。

所述的基體相對的上、下端面上均設置有兩個受力盲孔，上端面上的兩個受力盲孔與下端面上的兩個受力盲孔一一同軸相對設置，基體四個受力盲孔所在部分形成兩個工字梁結構。

所述的四個受力盲孔內均設置有電阻應變片，四個電阻應變片連接組成惠斯通電橋。

所述的兩個轉動桿均是由轉動主桿和轉動連桿組成，所述的轉動主桿的外端與轉動連桿的內端通過轉動銷鉸接，兩個轉動主桿的內端均與水平轉軸固定連接且兩個轉動主桿徑向相對，一個轉動連桿的外端與受力桿鉸接，另一個轉動連桿的外端通過拉力彈簧與拉力傳感器連接。

本實用新型的優點：

本實用新型采用拉力傳感器作為傳感元件，與受力桿連接的一轉動桿在受力桿的作用下，會轉動，從而帶動另一轉動桿轉動，另一轉動桿一旦轉動即會拉動拉力彈簧，從而拉力傳感器感應到拉力變化，即會發出信號給單片機，單片機操控報警裝置實現報警，防止安全事故發生；本實用新型對受力桿的受力方向沒有限制，即受力桿帶動轉動桿順時針還是逆時針轉動都會帶動另一轉動桿轉動，另一轉動桿一旦轉動寄回拉動拉力彈簧，本實用新型對受力方向的精度要求不高，且感應拉力準確。

附圖說明

圖1是本實用新型的使用結構示意圖。

圖2是本實用新型的受力狀態變化圖。

圖3是本實用新型拉力傳感器的俯視圖。

圖4是本實用新型拉力傳感器的仰視圖。

圖5是載荷柱式梁的力學模型示意圖。

圖6是本實用新型工字梁部分的應變區位置及應力分布圖。

圖7是本實用新型惠斯通電橋的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

見圖1和圖2，船舶碰撞橋墩的檢測裝置，包括有安裝于橋墩01上的支座1，設置于支座1頂端的水平轉軸2，兩個固定連接于水平轉軸2上且徑向相對的轉動桿3，頂端固定連接于一個轉動桿3的外端、底端鉸接于橋墩01側壁上的受力桿4，以及設置于橋墩01上且通過拉力彈簧5與另一個轉動桿3的外端固定連接的拉力傳感器6；拉力傳感器5與單片機連接，單片機上連接有報警裝置；見圖2，兩個轉動桿3均是由轉動主桿31和轉動連桿32組成，轉動主桿31的外端與轉動連桿32的內端通過轉動銷鉸接，兩個轉動主桿31的內端均與水平轉軸2固定連接且兩個轉動主桿31徑向相對，一個轉動連桿32的外端與受力桿4鉸接，另一個轉動連桿32的外端通過拉力彈簧5與拉力傳感器6連接。

當輪船02碰撞到橋墩01時，首先碰撞到受力桿4，由于受力桿4底端固定，受到碰撞其頂端向側邊轉動，從而帶動一個轉動桿3轉動偏移，相對另一轉動桿3轉動帶動拉力彈簧5拉長，拉力彈簧的拉力帶動拉力傳感器6輸出拉力信號，單片機接收到信號，報警裝置發出報警提醒。

其中，見圖3和圖4，拉力傳感器6包括有基體61，基體61的前端面上設置有凸起62，凸起62上設置有拉力盲孔63，基體61相對的上、下端面上均設置有兩個受力盲孔64，且兩端面的受力盲孔64同軸相對設置，上端面上的兩個受力盲孔64與下端面上的兩個受力盲孔64一一同軸相對設置，四個受力孔64內均設置有電阻應變片，四個電阻應變片連接組成惠斯通電橋(見圖7)，基體61四個受力盲孔64所在部分形成兩個工字梁結構。

使用時，一只帶拉環的螺栓旋入拉力盲孔63內，鋼絲繩穿過拉環，并形成一個牽引端，兩個軸向相對的受力盲孔64為傳感器受力結構，由它形成工字形拉力傳感器。

拉力傳感器基本工作原理：

拉力傳感器主要元件為電阻應變計(片)，工作原理為:

以金屬材料為轉換元件的電阻應變片，其轉換原理是基于金屬電阻絲的電阻——應變效應。

所謂應變效應是指金屬導體(電阻絲)的電阻值隨變形(伸長或縮短)而發生改變的一種物理現象。

(1)、受力前(F＝0)電阻值：

R＝ρ*L/S (1)，

(1)式中，R—金屬絲的電阻(Ω)；ρ—金屬絲的電阻率(Ω*M)；L—金屬絲的長度(m)；S——金屬絲的橫截面積(m2)(πD2/4，D—屬絲的直徑(m))；

(2)、受力后(F＞0)電阻變化值：

⊿R＝R*Kε (2)，

(2)式中，⊿R—電阻變化量；R——原始電阻值；K——應變計的靈敏系數；ε——軸向應變。

結論：金屬絲拉伸，電阻值增加；金屬絲壓縮，電阻值減小。

拉力傳感器力學模型：

拉力傳感器可簡化成兩端受力集中載荷剪切梁或柱式梁，力學模型示意圖5。

中間受力載荷作用的應力計算：

梁的剪應力及剪應變計算：

剪切梁傳感器的一般均在應變梁的拐點加二個受力盲孔(局部形成工字梁)，其剪應力可用茹拉夫斯基公式進行計算：

局部工字梁結構的應變區位置及應力分布如圖6如示。

式中:

剪力Q

剪切截面對中軸的靜矩S_y

剪切截面對中軸的慣矩J_y

則

45°方向的主應力和主應變計算，沿梁中線軸成45°方向壓力的長度變化，正是純剪切力狀態下的主應力方向，其主應力與最大剪切力，主應變與最大剪應變的在下列關系：

傳感器靈敏度計算：

式中：K――電阻應變片靈敏系數

拉力傳感器核心電路--惠斯頓電橋：

測量電路是惠斯通電橋電路，簡稱測量電橋。測量電橋由于具有靈敏度高、測量范圍寬、電路結構簡單、精度高、容易實現溫度補償等優點，因此能很好地滿足應變測量的要求。惠斯通電橋根據電源的性質分直流電橋和交流電橋兩種，當Ui為直流時該電橋為直流電橋，電橋電路如圖7所示。

R為應變片阻抗，傳感器在受到外力作用的時候會產生形變，引起緊貼在傳感器內部壁上的應變片阻抗線性增加或減小。在有外部供電(3—12VDC)的情況下，輸出的差分級mv信號也線性增加減小，傳感器通過組橋、調零、配平靈敏度、溫補等之后，輸出的信號＝供電電壓x靈敏度，比如穩壓電源是10VDC，傳感器靈敏度是1.5mv/V，傳感器到滿量程時輸出的電壓＝10x1.5＝15mv，如果需要0-5V(4-20mA等)標準模擬信號需要配信號轉換器(變送器)。

傳感器技術參數：

量程：0—200kg(可以按使用要求擴大縮小量程)

準確度:0.2％FS

工作電壓：12VDC

輸出信號：(0-10)mV

工作溫度：-20℃-70℃

極限壓力：≥300kg

輸入阻抗：700±20Ω

輸出阻抗：700±5Ω

絕緣電阻：≥5000MΩ

非線性：±0.3％F·S

滯后：±0.3％F·S