一种位移的检测装置和方法与流程

1.本技术涉及到建筑变形检测领域。


背景技术：

2.应变传感器在建筑、桥梁等土木结构的健康监控方面有着重要价值。
3.传统土木结构领域应用的应变传感器是基于电阻率变化，根据材料弹性变形过程中电阻 率与应变的线性关系，并通过电阻率参数获得应变数据。这类应变传感器通常测量应变范围 在1％以下，并且应变传感器本身的尺寸较小，其贴附于待测物上，无法对尺度较大的待测物 进行测量。
4.niti超弹形状记忆合金的可恢复应变一般可达到8％以上，此外，niti超弹形状记忆合 金还具有抗腐蚀性能优异，灵敏度高的优点。利用niti超弹合金的可恢复应变与电阻率的相 关性，同样可以根据电阻数据，测试对象的应变量，不受尺度限制，且测试应变范围大幅提 升。
5.但是，niti超弹形状记忆合金应用于应变测试时还至少存在以下问题：
6.niti超弹形状记忆合金始终处于受力状态，容易引起疲劳和松弛，影响应变与电阻率的 相关性；
7.niti超弹形状记忆合金容易受环境温度影响；
8.上述疲劳松弛以及受环境温度影响都会对测试系统引入误差，从而影响形状记忆合金的 测量应变的精确度。


技术实现要素：

9.本技术实施例提供了一种位移的检测装置和方法，用于解决现有的niti超弹形状记忆合 金应用于应变测试时存在的疲劳松弛和受环境温度影响而带来的测量精确度下降的技术问 题。
10.本发明的第一个方面，提供一种位移的检测装置，用于对具有位移的对象进行位移检测， 包括，
11.固定组件，固定在待检测的对象的第一区域；
12.测试组件，固定在待检测的对象的第二区域，所述测试组件包括探测部和驱动部，所述 驱动部为形状记忆合金丝；
13.电源，与所述驱动部连接，用于对形状记忆合金丝提供电流，从而使得形状记忆合金丝 收缩并向探测部提供驱动力使得所述探测部向固定组件方向移动直至探测部接触到固定组件 并对待检测对象的位移进行检测，所述探测部的移动方向为待检测对象的位移变化方向。
14.进一步的，所述测试组件包括第一基座，所述测试组件通过第一基座固定在第一区域处。
15.进一步的，所述第一基座包括一空腔，所述测试组件内置于空腔内，所述第一基座
朝向 固定组件的一端具有一通道，所述通道用于供所述探测部进出基座。
16.进一步的，所述测试组件包括回复部，所述回复部作用在探测部上并对探测部提供回复 力。
17.进一步的，所述形状记忆合金丝为niti超弹形状记忆合金。
18.进一步的，所述固定组件包括第二基座和测试杆，所述固定组件通过第二基座固定在第 二区域处，所述测试杆固定在第二基座上，且所述测试杆自第二区域向第一区域延伸。
19.进一步的，所述第一区域位于待检测的对象的一个端部，所述第二区域位于待检测的对 象的另一个端部或两端之间。
20.进一步的，所述装置还包括，
21.软件，用于在需要位移检测时控制电源供电，并在探测部接触到固定组件时控制电源断 电。
22.进一步的，所述软件还用于，获得探测部接触到固定组件时形状记忆合金丝的电阻，根 据形状记忆合金丝的电阻与应变的关系获得形状记忆合金丝的应变，根据形状记忆合金丝的 应变获得待检测对象的位移。
23.本技术的第二个方面，提供一种位移的检测方法，向测试组件提供第一电源；其中，所 述测试组件包括：用于在通电收缩时向探测部提供驱动力使得所述探测部向固定组件方向移 动直至探测部接触到固定组件的形状记忆合金丝，所述探测部用于探测位移，所述测试组件 固定于待检测的对象的第一区域，所述固定组件固定于待检测的对象的第二区域；
24.获得探测部接触到固定组件时形状记忆合金丝的电阻；
25.根据形状记忆合金丝的电阻与应变的关系获得形状记忆合金丝的应变；
26.根据形状记忆合金丝的应变获得待检测对象的位移。
27.在本技术实施例中，采用了通电控制形状记忆合金丝发生收缩从而驱动探测部向固定部 进行探测，使得在不需要位移探测时断电即可实现形状记忆合金丝处于松弛状态，仅在需要 探测时张紧，解决了传统的应变探测时，形状记忆合金丝长期处于受力状态而导致的疲劳现 象，并且，测试时通电加热对形状记忆合金丝形变的影响远大于环境温度的影响，使得环境 温度的影响客户忽略不计。因此，本发明的方法解决了传统的形状记忆合金丝容易导致误差 的两个方面因素，使得测试更加准确可靠。
附图说明
28.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及 其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
29.图1是根据本技术实施例的一种位移的检测装置的示意图。
30.图2是根据本技术实施例的一种位移的检测装置中的测试组件的示意图。
31.图3是根据本技术实施例的一种位移的检测装置的方法流程图。
32.图中，各附图标记的含义如下：
33.待检测的对象1、测试组件2、电源2-1、探针2-2、回复部2-3、记忆合金丝2-4、第一 基座3、测试杆4、吊环5。
具体实施方式
34.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
35.需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机 系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此 处的顺序执行所示出或描述的步骤。
36.如图1和图2所示，为本发明的实施例提供的一种位移的检测装置，用于对具有位移的 对象进行位移检测。本实施例中，待检测的对象1为梁。梁是建筑中常见的单元，其根据受 力的不同，具有多种形变，本发明实施例中针对其长度的变化进行检测。梁的长度变化会导 致梁上的两个固定点的距离发生变化，即两个固定点之间产生位移，因此可以将梁的长度变 化转化为其上固定两个点之间距离的变化，进而通过一定的比例关系可以换算得到梁整体的 长度变化。为了能够更加准确地测出位移变化，应尽可能选取距离相对较远的两个固定点， 这样能够获得更大的位移，从而减小系统误差。选定之后，在这两个固定点所在位置分别设 置本实施例所述的装置。
37.具体如图1和图2所示，本实施例中该装置包括以下组件：
38.固定组件，固定在待检测的对象1的第一区域，这里的第一区域即为第一个固定点所在 的区域。
39.测试组件2，固定在待检测的对象1的第二区域，这里的第二区域即为第二个固定点所 在的区域，所述测试组件2包括探测部和驱动部，所述驱动部为形状记忆合金丝2-4。
40.电源2-1，与所述驱动部连接，用于对形状记忆合金丝2-4提供电流，从而使得形状记 忆合金丝2-4收缩并向探测部提供驱动力使得所述探测部向固定组件方向移动直至探测部接 触到固定组件并对待检测对象的位移进行检测，所述探测部的移动方向为待检测对象的位移 变化方向。
41.上述装置安装在待检测的对象1上后，一段时间后，待检测对象因受力发生了一定程度 的形变，当需要检测形变或应变时，启动本实施例中的装置对上述形变或应变进行检测。通 过给形状记忆合金丝2-4提供电流，记忆合金丝2-4受热收缩，探测部接触到固定组件，因 测试组件2和固定组件均分别固定在待检测的对象1上，因此，若梁在两个固定点之间的方 向上发生了形变，则必然导致探测部接触到固定组件所经过的行程会发生变化。而形状记忆 合金具有明确的电阻-行程关系，因此，可以通过检测此时形状记忆合金的电阻来获得形状记 忆合金的行程，并根据形状记忆合金的绕制方式等进一步获得探测部的移动行程，该行程与 当梁未发生形变的初始时刻上述探测部的移动行程之间的差值，即可以反应出两个固定点之 间的形变量。
42.在某些实施例中，为了能够将探测部和驱动部固定在第一区域，所述测试组件2包括第 一基座3，所述测试组件2通过第一基座3固定在第一区域处。
43.如图2所示，所述第一基座3包括一空腔，所述测试组件2内置于空腔内，所述第一基 座3朝向固定组件的一端具有一通道，所述通道用于供所述探测部进出基座。上述测试组件 2位于空腔内，只有当探测部在执行探测任务时探测部才从空腔内出来，并且时间短、速度 快，如此，能够保护测试组件2不受外部环境如温度、灰尘、雨水等的影响，保证使用寿命。
44.在某些实施例中，为了能够更快地在探测结束后使得探测部回位，所述测试组件2包括 回复部2-3，所述回复部2-3作用在探测部上并对探测部提供回复力。本实施例中，测试组 件2的具体结构如图2所示，其中探测部为一具有圆头的探针2-2，探针2-2的探测头一侧 位于第一基座3的通道口位置，在探针2-2的杆体上设置有一凸台，上述凸台与第一基座3 的通道口两侧用于提供安装空间给回复部2-3，如图所示，本实施例中回复部2-3为一弹簧， 除此以外，还可以是其他具有回弹性质的部件，例如弹性绳等。第一基座3在通道口两侧还 设置有形状记忆合金丝2-4的固定点，形状记忆合金丝2-4两端固定在上述固定点上并且绕 制在探针2-2的圆头上。上述形状记忆合金丝2-4的两端分别与电源2-1连接，电源2-1的 接入点优选上述形状记忆合金丝2-4的固定点。形状记忆合金丝2-4在未通电工作时，其自 身的长度理想情况下恰好满足处于伸直但不受力张紧的状态。因此，上述回复部2-3的理想 状态也是当形状记忆合金丝2-4为通电工作时，回复部2-3处于未发生形变状态。一旦当形 状记忆合金丝2-4通电收缩后，探针2-2向第一基座3外移动，压缩回复部2-3，直至探针 2-2碰撞到固定组件，此时，对形状记忆合金丝2-4断电，形状记忆合金丝2-4缓慢变长， 同时回复部2-3也带动探针2-2回位。
45.本实施例中，上述形状记忆合金为niti超弹形状记忆合金。上述材料综合了形状记忆效 应和超弹效应，在本实施例中恰好都有很好的应用，均能够使得形状记忆合金丝2-4断电后 更快地复位。
46.在本实施例中，固定组件是用于反映出待检测的对象1的形变的代表物，因此，固定组 件需要与测试组件2之间产生足够大的形变以便于测出，但基于测试的行程过长会带来诸多 不便，因此，本实施例设计了如图1所示的固定组件的结构以及固定组件和测试组件2所在 的位置，以便于兼顾上述两个方面。
47.如图1所示，所述固定组件包括第二基座和测试杆4，所述固定组件通过第二基座固定 在第二区域处，所述测试杆4固定在第二基座上，且所述测试杆4自第二区域向第一区域延 伸。第二基座的固定点随着待测试的对象在该位置处的形变，使得第二基座与第一基座3之 间的距离发生变化，为了尽可能使得上述距离的变化更大，设置所述第一区域位于待检测的 对象1的一个端部，所述第二区域位于待检测的对象1的另一个端部或两端之间，其中第一 区域位于端部，可以理想为端部本身位置不变，使得位移测试始终有一个不变的起始点，第 二区域的位置受限于整个待测的对象周围的条件，理论上应使得第二区域与第一区域尽可能 远，如此，可以使得第二区域与第一区域之间的距离变化尽可能大，但直接测试第一区域和 第二区域之间的距离变化需要较长的探测距离，因此，通过测试杆4固定在第二基座上并向 第一区域延伸的方法，将上述第二区域和第一区域之间的距离变化转化到测试杆4与第一区 域之间距离的变化，从而可以缩小探测距离，使得测试组件2的结构可以做到比较小。为了 使得上述测试杆4尽可能方向固定，在待检测的对象1上位于第一区域和第二区域之间设置 有吊环5，吊环5的内圈下缘位置恰好使得测试杆位于水平位置上。
48.本技术实施例中功能的实现依赖于软件，软件一方面用于在需要位移检测时控制电源2-1 供电，并在探测部接触到固定组件时控制电源2-1断电。
49.所述软件另一方面还用于，获得探测部接触到固定组件时形状记忆合金丝2-4的电阻， 根据形状记忆合金丝2-4的电阻与应变的关系获得形状记忆合金丝2-4的应变，根据形状记 忆合金丝2-4的应变获得待检测对象的位移。上述探测部接触到规定组件时，具体
为探测部 的探测头接触到测试杆4的端部时，探测头无法继续前进，形状记忆合金丝2-4也无法继续 伸长，由于形状记忆合金丝2-4具有明确的电阻-形变的对应关系，因此，此时通过记录形状 记忆合金丝2-4的电阻即可获知形状记忆合金丝2-4的形变，如本实施例中，形状记忆合金 丝2-4以图示方式绕制，则形状记忆合金丝2-4的形变是探测头位移的两倍，进而再结合第 一基座3与第二基座之间的距离可以获得待测物体的应变，或者结合第一基座3与第二基座 之间的距离占整个待测物体的长度的比例，可以换算出整个待测物体的形变。
50.本技术的另一个实施例，基于与上述实施例同样的构思，提供一种位移的检测方法，作 用于上述实施例中的装置，包括：
51.步骤s102、向测试组件2提供第一电源2-1；其中，所述测试组件2包括：用于在通电 收缩时向探测部提供驱动力使得所述探测部向固定组件方向移动直至探测部接触到固定组件 的形状记忆合金丝2-4，所述探测部用于探测位移，所述测试组件固定于待检测的对象1的 第一区域，所述固定组件固定于待检测的对象1的第二区域；
52.步骤s104、获得探测部接触到固定组件时形状记忆合金丝2-4的电阻；
53.步骤s106、根据形状记忆合金丝2-4的电阻与应变的关系获得形状记忆合金丝2-4的应 变；
54.步骤s108、根据形状记忆合金丝2-4的应变获得待检测对象的位移。
55.在本实施例中，还提供一种电子装置，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程 序，处理器被设置为运行计算机程序以执行本实施例中的方法。
56.这些计算机程序也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他 可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设 备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方 框中指定的功能的步骤，对应与不同的步骤可以通过不同的模块来实现。
57.上述程序可以运行在处理器中，或者也可以存储在存储器中(或称为计算机可读介质)， 计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实 现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存 储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存 取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程 只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字 多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任 何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可 读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
58.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本申 请可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进 等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种位移的检测装置，用于对具有位移的对象进行位移检测，其特征在于：包括，固定组件，固定在待检测的对象的第一区域；测试组件，固定在待检测的对象的第二区域，所述测试组件包括探测部和驱动部，所述驱动部为形状记忆合金丝；电源，与所述驱动部连接，用于对形状记忆合金丝提供电流，从而使得形状记忆合金丝收缩并向探测部提供驱动力使得所述探测部向固定组件方向移动直至探测部接触到固定组件并对待检测对象的位移进行检测，所述探测部的移动方向为待检测对象的位移变化方向。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述测试组件包括第一基座，所述测试组件通过第一基座固定在第一区域处。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述基座包括一空腔，所述测试组件内置于空腔内，所述第一基座朝向固定组件的一端具有一通道，所述通道用于供所述探测部进出基座。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述测试组件包括回复部，所述回复部作用在探测部上并对探测部提供回复力。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述形状记忆合金丝为niti超弹形状记忆合金。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述固定组件包括第二基座和测试杆，所述固定组件通过第二基座固定在第二区域处，所述测试杆固定在第二基座上，且所述测试杆自第二区域向第一区域延伸。7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述第一区域位于待检测的对象的一个端部，所述第二区域位于待检测的对象的另一个端部或两端之间。8.根据权利要求1至7中任意一项所述的装置，其特征在于：还包括，软件，用于在需要位移检测时控制电源供电，并在探测部接触到固定组件时控制电源断电。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述软件还用于，获得探测部接触到固定组件时形状记忆合金丝的电阻，根据形状记忆合金丝的电阻与应变的关系获得形状记忆合金丝的应变，根据形状记忆合金丝的应变获得待检测对象的位移。10.一种位移的检测方法，其特征在于：向测试组件提供第一电源；其中，所述测试组件包括：用于在通电收缩时向探测部提供驱动力使得所述探测部向固定组件方向移动直至探测部接触到固定组件的形状记忆合金丝，所述探测部用于探测位移，所述测试组件固定于待检测的对象的第一区域，所述固定组件固定于待检测的对象的第二区域；获得探测部接触到固定组件时形状记忆合金丝的电阻；根据形状记忆合金丝的电阻与应变的关系获得形状记忆合金丝的应变；根据形状记忆合金丝的应变获得待检测对象的位移。

技术总结
本申请公开了一种位移的检测装置和方法，用于对具有位移的对象进行位移检测，该装置包括，固定组件，固定在待检测的对象的第二区域；测试组件，固定在待检测的对象的第一区域，所述测试组件包括探测部和驱动部，所述驱动部为形状记忆合金丝；电源，与所述驱动部连接，用于对形状记忆合金丝提供电流，从而使得形状记忆合金丝收缩并向探测部提供驱动力使得所述探测部向固定组件方向移动直至探测部接触到固定组件并对待检测对象的位移进行检测，所述探测部的移动方向为待检测对象的位移变化方向。上述装置和方法解决了传统的形状记忆合金丝容易导致误差的两个方面因素，使得测试更加准确可靠。确可靠。确可靠。


技术研发人员：金明江 李军代 施曙东 邓国民 邱轶 吴连盛 姚凯 李培文 冯宇飞 邓聪
受保护的技术使用者：上海浦东路桥（集团）有限公司
技术研发日：2022.03.23
技术公布日：2023/10/7