一种测力传感器装置及其测量方法与流程

1.本发明涉及传递力测量技术领域，具体涉及一种测力传感器装置及其测量方法，尤其涉及工程防护结构的动态传递力测量。


背景技术：

2.夹层结构通常由上下两块高强面板和中间较轻的夹芯层结构连接组成，具有轻质、高比强度、高吸能等特性，也因此被应用到航空航天、交通运输、车辆工程等工程领域的结构防护之中。夹层结构在抵抗外部冲击、爆炸等动态荷载时，通过自身发生大塑性变形从而吸收外界输入能量达到防护作用，以保护附着在夹层结构背后的工程结构免遭破坏。夹层结构在受到动态荷载时传递施加至被保护的工程结构的传递力可以作为评判其防护性能与结构损伤程度的重要依据之一。然而夹层结构受如冲击、爆炸等动态荷载作用时传递施加至连接在夹层结构的下高强面板背离上高强面板的一端(即夹层结构背后)的工程结构的传递力这一重要指标参数时常难以完整测得。
3.现有常用于测量夹层结构在加载动态荷载时传递施加至被保护的工程结构的传递力的动态测力传感器系统能较好地捕捉并转换外部动态荷载作用经夹层结构施加在工程结构上的传递力数据，但是现有的动态测力传感器系统通常只能对夹层结构在加载动态荷载时传递施加至被保护的工程结构的局部区域位置的传递力进行测量，无法同时获取夹层结构传递施加至工程结构的不同区域位置的传递力，不适宜对大尺寸的夹层结构在加载动态荷载时的传递力进行准确测量。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的动态测力传感器系统无法同时获取夹层结构传递施加至工程结构的不同区域位置的传递力，导致无法对大尺寸的夹层结构在加载动态荷载时的传递力进行准确测量的缺陷，从而提供一种测力传感器装置及其测量方法。
5.根据本发明第一方面提供的一种测力传感器装置，应用于模拟测量夹层结构在加载动态荷载时传递施加至被防护的工程结构的传递力，所述测力传感器装置用于设置在夹层结构和工程结构之间；所述测力传感器装置包括：
6.第一面板，用于贴合于夹层结构沿高度方向朝向工程结构的一端；所述第一面板上沿所述第一面板的轮廓间隔布置有多个通孔，所述通孔沿高度方向贯穿所述第一面板；每个所述通孔内均滑动插接有光杆，所述光杆沿高度方向的相对上端和相对下端分别设置有螺头和螺纹部，所述螺头的直径大于所述通孔的直径；
7.第二面板，用于贴合于工程结构沿高度方向朝向夹层结构的一端；所述第二面板设置于所述第一面板沿高度方向的相对正下方，所述第二面板朝向所述第一面板的一端端面对应所述通孔的位置一一对应设置有螺纹孔，所述螺纹孔与所述螺纹部相匹配；
8.多个测力传感器，均平行于高度布置于所述第一面板和所述第二面板之间，多个
所述测力传感器沿多边形轮廓间隔布置在所述第二面板上以及设置在所述第二面板的几何中心处；所述测力传感器用于测量当夹层结构被施加动态荷载时传递到所述第一面板上的传递力；
9.动态采集仪，电连接所述测力传感器，且用于记录各个所述测力传感器测得的传递力的时程曲线。
10.根据本发明的一种测力传感器装置，至少具有如下技术效果：1.通过在第一面板和第二面板之间沿多边形轮廓间隔布置有测力传感器，且在第二面板的几何中心处也设置有一个测力传感器；在进行测量的过程中，先将光杆的螺纹部旋紧在对应的螺纹孔内后，可以将第一面板和第二面板连接成一体，且将各个测力传感器按照布置位置被夹紧在第一面板和第二面板之间，随后将连接成一体的第一面板和第二面板放置在夹层结构和工程结构之间进行固定，然后对夹层结构施加动态荷载，夹层结构施加传递力给第一面板，因为光杆滑动插接在通孔内(即光杆间隙配合在通孔内)，因此第一面板在传递力的作用下可以沿高度方向产生朝朝向第二面板移动的位移，确保第一面板在受到传递力时会挤压各个测力传感器沿高度方向朝朝向第二面板的方向发生形变，从而确保分布在各个位置的测力传感器在受到夹层结构施加的传递力时正常受力自身发生形变并将其转换成力数据信号，分布在不同位置的测力传感器所获得的力数据信号会分别被动态采集仪捕捉记录，同时获取完整加载动态荷载过程的不同区域位置的传递力的时程曲线，实现同时完成对被加载动态荷载的夹层结构传递施加至工程结构的不同区域的动态传递力的模拟测量；进而便捷地获取夹层结构朝向第一面板的一端端面的不同区域位置的传递力分布，并能够计算夹层结构不同区域位置的传递力的合力从而得到整体的传递力，实现对大尺寸的夹层结构在加载动态荷载时的传递力的准确测量，且能够通过直观的受力分析得到夹层结构的防护性能，更有利于指导设计夹层结构在实际防护工程中的应用。
11.2.通过螺纹部和螺纹孔螺纹连接的方式将第一面板和第二面板可拆卸连接成一体，且将各个测力传感器按照布置位置被夹紧在第一面板和第二面板之间；在测量传递力的工作完成后，可以将螺纹部从对应的螺纹孔内旋下，将第一面板和第二面板进行分体，且将各个测力传感器从第一面板和第二面板之间取下，从而可以将不使用时的本测力传感器装置进行拆分，既便于减少占用存储空间，又便于本测力传感器装置的某个组成部件进行损坏时，只需更换部分损坏部件即可，无需将整体进行更换，降低维修成本。
12.优选地，所述第二面板朝向所述第一面板的一端端面对应每个所述测力传感器的位置均设置有一个第一安装凹槽，所述第一安装凹槽平行于高度方向，且与所述测力传感器沿高度方向的相对下端相匹配。
13.优选地，每个所述测力传感器均通过数据线电连接所述动态采集仪，所述测力传感器与所述数据线的连接处沿高度方向至所述测力传感器的相对下端面的距离大于所述第一安装凹槽的深度。
14.优选地，所述第一面板朝向所述第二面板的一端端面对应每个所述测力传感器的位置均设置有一个第二安装凹槽，所述第二安装凹槽平行于高度方向，且与所述测力传感器沿高度方向的相对上端相匹配。
15.优选地，所述通孔设置为沉头孔，所述沉头孔的大径部设置于所述沉头孔背离所述第二面板的一端，所述大径部的直径大于所述螺头的直径，且所述大径部的深度大于所
述螺头的厚度。
16.优选地，所述第一面板和所述第二面板均采用高强钢材面板，所述第一面板和所述第二面板的材质均采用304钢材、低合金高强度钢、7075铝合金中的一种。
17.根据本发明第二方面提供的一种测量方法，应用于上述第一方面提供的测力传感器装置，所述测量方法包括以下步骤：
18.组装所述测力传感器装置，选定所需数量的所述测力传感器，并将所述测力传感器按照设定的分布位置放置在所述第二面板沿高度方向的相对上端面；随后将所述第一面板对齐所述第二面板放置于所述测力传感器沿高度方向的相对上端面，然后将所述光杆穿过所述通孔并将所述螺纹部旋紧在所述螺纹孔内，即可得到所述测力传感器装置；
19.选定支撑钢板和夹层结构，并将所述支撑钢板安装在安装座上用于模拟工程结构，所述安装座固定在地面上，随后将所述测力传感器装置放置在所述支撑钢板沿高度方向的相对上端面，所述支撑钢板用于为所述测力传感器提供平行于高度方向的支撑力，然后将所述夹层结构放置在所述第一面板沿高度方向的上端面；
20.将所述测力传感器电连接所述动态采集仪；
21.启动轻气炮装置向所述夹层结构沿高度方向的相对上端面加载动态荷载，并通过所述动态采集仪记录各个所述测力传感器测得的传递力的时程曲线。
22.根据本发明的一种测量方法，至少具有如下技术效果：
23.1.通过在第一面板和第二面板之间沿多边形轮廓间隔布置有测力传感器，且在第二面板的几何中心处也设置有一个测力传感器；在进行测量的过程中，先将光杆的螺纹部旋紧在对应的螺纹孔内后，可以将第一面板和第二面板连接成一体，且将各个测力传感器按照布置位置被夹紧在第一面板和第二面板之间，组合成测力传感器装置，随后将连接成一体的第一面板和第二面板放置在夹层结构和用于模拟工程结构的支撑钢板之间进行固定，支撑钢板能够为测力传感器装置与夹层结构所组成的体系提供平行于高度方向的支撑力，然后启动轻气泡装置对夹层结构施加动态荷载，夹层结构施加传递力给第一面板，因为光杆滑动插接在通孔内(即光杆间隙配合在通孔内)，因此第一面板在传递力的作用下可以沿高度方向产生朝朝向第二面板移动的位移，确保第一面板在受到传递力时会挤压各个测力传感器沿高度方向朝朝向第二面板的方向发生形变，从而确保分布在各个位置的测力传感器在受到被加载动态荷载的夹层结构施加的传递力时正常受力自身发生形变并将其转换成力数据信号，分布在不同位置的测力传感器所获得的力数据信号会分别被动态采集仪捕捉记录，同时获取完整加载动态荷载过程的不同区域位置的传递力的时程曲线，实现同时完成对夹层结构传递施加至工程结构的不同区域的动态传递力的模拟测量；进而便捷地获取夹层结构朝向第一面板的一端端面的不同区域位置的传递力分布，并能够计算夹层结构不同区域位置的传递力的合力从而得到整体的传递力，实现对大尺寸的夹层结构在加载动态荷载时的传递力的准确测量，且能够通过直观的受力分析得到夹层结构的防护性能，更有利于指导设计夹层结构在实际防护工程中的应用。
24.2.因为支撑钢板的强度大，因此支撑钢板在加载动态荷载测量传递力的过程中发生的变形十分微小可忽略，使得支撑钢板不会参与动态荷载加载过程中的能量消耗，从而确保动态荷载施加在夹层结构上的传递力全部传递至测力传感器装置上，进而确保测力传感器装置能准确地捕捉夹层结构在加载动态荷载时的全部传递力，保证测力传感器装置模
拟测量量的准确性；而测力传感器装置所测得的传递力则可视为工程结构在同样载荷工况作用下将会受到的传递力，能够通过直观的受力分析得到夹层结构的防护性能，更有利于指导设计夹层结构在实际防护工程中的应用。
25.3.通过螺纹部和螺纹孔螺纹连接的方式将第一面板和第二面板可拆卸连接成一体，且将各个测力传感器按照布置位置被夹紧在第一面板和第二面板之间；在测量传递力的工作完成后，可以将螺纹部从对应的螺纹孔内旋下，将第一面板和第二面板进行分体，且将各个测力传感器从第一面板和第二面板之间取下，从而可以将不使用时的测力传感器装置进行拆分，既便于减少占用存储空间，又便于本测量方法中用到的测力传感器装置的某个组成部件进行损坏时，只需更换部分损坏部件即可，无需将整体进行更换，降低维修成本。
26.4.本测量方法中的测力传感器装置在组装时，仅需要将各个测力传感器按照布置位置放置在第二面板上，第二面板通过螺纹部和螺纹孔旋紧的方式和第一面板连接成一体并将各个测力传感器压紧在第一面板和第二面板之间即可实现，整个组装过程操作简便，进一步降低本测量方法的测量难度以及提高测量效率。
27.优选地，还包括压紧板，所述压紧板与所述支撑钢板可拆卸连接，所述压紧板贴合于所述夹层结构沿高度方向的相对上端面，且用于为所述夹层结构施加平行于高度方向的压紧力，所述压紧板的中部沿高度方向贯穿形成有通槽，所述通槽供所述轻气炮装置发出的弹丸穿过；
28.在所述夹层结构放置在所述第一面板沿高度方向的上端面后，且在启动轻气炮装置之前，将所述压紧板可拆卸连接在所述支撑钢板朝向所述夹层结构的一端，且将所述压紧板抵接压紧于所述夹层结构沿高度方向的相对上端面。
29.优选地，所述支撑钢板可拆卸连接在所述安装座上。
30.优选地，所述安装座朝向所述支撑钢板的一端端面沿其轮廓间隔布置有多个螺纹杆，每个所述螺纹杆均平行于高度方向布置，所述支撑钢板朝向所述安装座的一端端面对应所述螺纹杆的位置一一对应设置有第一穿孔，装配时，所述螺纹杆穿过所述第一穿孔并旋接有第一螺母，所述第一螺母的一端贴合于所述支撑钢板背离所述安装座的一端端面；所述压紧板朝向所述支撑钢板的一端端面对应所述螺纹杆的位置一一对应设置有第二穿孔，装配时，所述螺纹杆穿过所述第二穿孔并旋接有第二螺母，所述第二螺母的一端贴合于所述压紧板背离所述支撑钢板的一端端面。
31.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明实施例的一种测力传感器装置的分解结构示意图；
34.图2为图1中的a处的放大示意图；
35.图3为本发明实施例的一种测力传感器装置中的第一面板的倒置的结构示意图；
36.图4为使用本发明实施例的一种测力传感器装置测得夹层结构五个不同区域位置测点的传递力的时程曲线；
37.图5为本发明实施例的一种测力传感器装置装配在夹层结构和支撑钢板之间进行测量的分解结构示意图；
38.图6为本发明实施例的一种测力传感器装置装配在夹层结构和支撑钢板之间进行测量的结构示意图。
39.附图标记说明：
40.1-测力传感器装置、11-第一面板、111-第二安装凹槽、12-通孔、121-大径部、131-光杆、132-螺头、133-螺纹部、134-一字型槽、14-第二面板、141-第一安装凹槽、15-螺纹孔、16-测力传感器、161-数据线；
41.2-夹层结构；
42.3-支撑钢板；
43.41-安装座、42-压紧板、421-第二穿孔、422-通槽、43-螺纹杆、44-第一螺母、45-第二螺母。
具体实施方式
44.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“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和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
47.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
48.常用于测量夹层结构2的测力传感器系统虽然可以获取动态荷载作用于夹层结构2上的传递力，但是测力传感器系统通常只采用单个测力传感器进行测量，由于单个测力传感器体积尺寸往往较小，更多地适用于缩尺实验与小尺寸夹层结构2的测量，如用于大尺寸夹层结构2的测量，则可能由于夹层结构2中朝向工程结构的背板弯曲变形导致背板与测力传感器以外的区域接触，以及其它物理限制因素，导致传递力测量不准，因而并不适宜用于大尺寸的夹层防护结构测量；同时，采用单个测力传感器只能测量夹层结构2的背板整体传递力，对于传感器布置以外的区域位置的传递力无法便捷地获取，需要结合夹层结构2不同
区域位置的变形破坏等情况分析其防护性能，无法便捷地获取夹层结构2不同区域位置的传递力，从而无法进行直观地对不同区域位置传递力进行受力分析。
49.实施例一
50.如图1至图6所示为本实施例提供的一种测力传感器装置，应用于模拟测量夹层结构2在加载动态荷载时传递施加至被防护的工程结构的传递力，所述测力传感器装置1用于放置抵接于夹层结构2和工程结构之间；所述测力传感器装置1包括动态采集仪(图中未示出)以及用于贴合于夹层结构2沿高度方向朝向工程结构的一端的第一面板11，所述第一面板11上沿所述第一面板11的轮廓间隔优设有四个通孔12，每个所述通孔12均沿高度方向贯穿所述第一面板11；每个所述通孔12内均滑动插接有光杆131，所述光杆131沿高度方向的相对上端和相对下端分别设置有螺头132和螺纹部133，所述螺头132的直径大于所述通孔12的直径；所述第一面板11沿高度方向的相对正下方设置有第二面板14，所述第二面板14用于贴合于工程结构沿高度方向朝向夹层结构2的一端；所述第二面板14朝向所述第一面板11的一端端面对应所述通孔12的位置一一对应设置有螺纹孔15，所述螺纹孔15与所述螺纹部133相匹配；所述第一面板11和所述第二面板14之间优选有五个测力传感器16，每个所述测力传感器16均平行于高度方向布置，且用于测量当夹层结构2被施加动态荷载时传递到所述第一面板11上的传递力；五个所述测力传感器16沿矩形轮廓间隔布置在所述第二面板14上以及设置在所述第二面板14的几何中心处；所述动态采集仪电连接所述测力传感器16，且用于记录各个所述测力传感器16测得的传递力的时程曲线。可以理解的是，本发明实施例表述的高度方向是指图1中所示的高度方向，本实施例所述的相对上端和相对下端是基于图1的视角进行表述的。
51.与现有技术相比，本实施例的测力传感器装置1首先通过在第一面板11和第二面板14之间沿矩形轮廓间隔布置有四个测力传感器16，且在第二面板14的几何中心处也设置有一个测力传感器16；在进行测量的过程中，先将光杆131的螺纹部133旋紧在对应的螺纹孔15内后，可以将第一面板11和第二面板14连接成一体，且将五个测力传感器16按照布置位置被夹紧在第一面板11和第二面板14之间，随后将连接成一体的第一面板11和第二面板14放置在夹层结构2和工程结构之间进行固定，然后对夹层结构2施加动态荷载，夹层结构2施加传递力给第一面板11，因为光杆131滑动插接在通孔12内(即光杆131间隙配合在通孔12内)，因此第一面板11在传递力的作用下可以沿高度方向产生朝朝向第二面板14移动的位移，确保第一面板11在受到传递力时会挤压各个测力传感器16沿高度方向朝朝向第二面板14的方向发生形变，从而确保分布在五个不同区域位置的测力传感器16在受到被加载动态荷载的夹层结构2施加的传递力时正常受力自身发生形变并将其转换成力数据信号，分布在五个不同区域位置的测力传感器16所获得的力数据信号会分别被动态采集仪捕捉记录，同时获取完整加载动态荷载过程的五个不同区域位置的传递力的时程曲线(具体如图4所示)，实现同时完成对夹层结构2传递施加至工程结构的五个不同区域的动态传递力的模拟测量；进而便捷地获取夹层结构2朝向第一面板11的一端端面的五个不同区域位置的传递力分布，并能够计算夹层结构2五个不同区域位置的传递力的合力从而得到整体的传递力，实现对大尺寸的夹层结构2在加载动态荷载时的传递力的准确测量，且能够通过直观的受力分析得到夹层结构2的防护性能，更有利于指导设计夹层结构2在实际防护工程中的应用。还通过螺纹部133和螺纹孔15螺纹连接的方式将第一面板11和第二面板14可拆卸连接
成一体，且将各个测力传感器16按照布置位置被夹紧在第一面板11和第二面板14之间；在测量传递力的工作完成后，可以将螺纹部133从对应的螺纹孔15内旋下，将第一面板11和第二面板14进行分体，且将各个测力传感器16从第一面板11和第二面板14之间取下，从而可以将不使用时的本实施例的测力传感器装置1进行拆分，既便于减少占用存储空间，又便于本实施例的测力传感器装置1的某个组成部件进行损坏时，只需更换部分损坏部件即可，无需将整体进行更换，降低维修成本。
52.需要说明的是，多边形轮廓(具体如矩形轮廓)的几何中心和第二面板14的几何中心重合。
53.具体应用中，第一面板11和第二面板14的尺寸和形状可以根据实际测量的夹层结构2的尺寸和形状进行合理的选择变换；测力传感器16的数量可以根据第一面板11和第二面板14的尺寸大小进行合理的增加或减少，且测力传感器16的布置位置(多边形轮廓)根据测力传感器16的数量进行合理的调整，具有较好的普适性；例如，在其它实施例，当第一面板11和第二面板14的尺寸较小时，测力传感器16的数量选取为四个，四个测力传感器16沿三角形轮廓间隔布置在第二面板14上以及设置在第二面板14的几何中心处；当第一面板11和第二面板14的尺寸较大时，测力传感器16的数量选取为六个，六个测力传感器16沿五边形轮廓间隔布置在第二面板14上以及设置在第二面板14的几何中心处；若是测力传感器16的数量选取为七个，七个测力传感器16沿六边形轮廓间隔布置在第二面板14上以及设置在第二面板14的几何中心处。
54.如图2所示，具体地，所述光杆131、螺头132和所述螺纹部133一体成型，从而可以将光杆131、螺头132和螺纹部133组合成一种标准化的螺钉，以便进行标准化生产，降低制作成本。为了便于施力将螺纹部133旋紧在螺纹孔15上或从螺纹孔15内旋出，更具体地，所述螺头132背离所述光杆131的一端端面设置有一字型槽134。
55.可以理解的是，具体应用中，可以通过轻气泡装置发射弹丸以一定的冲击速度作用于夹层结构2上，实现对夹层结构2施加动态荷载；或可以通过爆炸装置通过爆炸的方式对夹层结构2施加动态荷载。
56.如图1所示，在本发明的一些实施例中，所述第二面板14朝向所述第一面板11的一端端面对应每个所述测力传感器16的位置均设置有一个第一安装凹槽141，所述第一安装凹槽141平行于高度方向，且与所述测力传感器16沿高度方向的相对下端相匹配。通过将测力传感器16的相对下端部分插接固定在第一安装凹槽141内进行限位，一方面在通过螺纹部133和螺纹孔15旋紧将第一面板11和第二面板14连接成一体的过程中，可以避免测力传感器16产生垂直于高度方向的位移，确保测力传感器16的位置放置精度，从而提高对大尺寸的夹层结构2在加载动态荷载时的各个不同区域位置的传递力的测量的准确性；另一方面可以确保测力传感器16在第一面板11的挤压下沿高度方向直线的朝朝向第二面板14的方向发生形变，使得测力传感器16自身更加精准的发生形变并将其转换成力数据信号，从而提高对大尺寸的夹层结构2在加载动态荷载时的传递力的测量的准确性。同时因为测力传感器16的相对下端部分以可拆卸连接的方式(具体如采用较小过盈量的过盈配合的方式)插接在第一安装凹槽141内，因此在本实施例的测力传感器装置1测量使用完成后，首先将第一面板11和第二面板14进行分体，然后再使用较小的外力将测力传感器16从第一安装凹槽141内拔出，即可将不使用时的本实施例的测力传感器装置1拆分成各个零件，以便减
少占用存储空间。
57.如图1所示，在本发明的一些实施例中，每个所述测力传感器16均通过数据线161电连接所述动态采集仪，所述数据线161连接于所述测力传感器16沿高度方向的相对下端的侧壁；所述测力传感器16与所述数据线161的连接处沿高度方向至所述测力传感器16的相对下端面的距离大于所述第一安装凹槽141的深度；以实现测力传感器16与数据线161的连接处的部分不插接固定在第一安装凹槽141内，避免数据线161被第一安装凹槽141的围壁挤压变形，从而便于将数据线161与动态采集仪进行连接。可以理解的是，所述第一安装凹槽141垂直于高度方向的截面积形状与所述测力传感器16沿高度方向的相对下端垂直于高度方向的截面积形状相一致。
58.如图3所示，在本发明的一些实施例中，所述第一面板11朝向所述第二面板14的一端端面对应每个所述测力传感器16的位置均设置有一个第二安装凹槽111，所述第二安装凹槽111平行于高度方向，且与所述测力传感器16沿高度方向的相对上端相匹配。通过将测力传感器16的相对下端部分和相对上端部分分别插接固定在第一安装凹槽141和第二安装凹槽111内进行限位，实现对测力传感器16沿高度方向的两端分别进行限位，一方面可以确保在将第一面板11和第二面板14连接成一体的过程中测力传感器16不会产生垂直于高度方向的位移，确保测力传感器16的位置布置精度，从而提高对大尺寸的夹层结构2在加载动态荷载时的各个不同区域位置的传递力的测量的准确性；另一方面能够确保测力传感器16在第一面板11的挤压下沿高度方向直线的朝朝向第二面板14的方向发生形变，使得测力传感器16自身更加精准的发生形变并将其转换成力数据信号，从而提高对大尺寸的夹层结构2在加载动态荷载时的传递力的测量的准确性。可以理解的是，所述第二安装凹槽111垂直于高度方向的截面积形状与所述测力传感器16沿高度方向的相对上端垂直于高度方向的截面积形状相一致。
59.需要说明的是，所述第一安装凹槽141未贯穿所述第二面板14，所述第二安装凹槽111未贯穿所述第一面板11。
60.如图2所示，在本发明的一些实施例中，所述通孔12设置为沉头孔，所述沉头孔的大径部121设置于所述沉头孔背离所述第二面板14的一端，所述大径部121的直径大于所述螺头132的直径，且所述大径部121的深度大于所述螺头132的厚度。大径部121用于供螺头132隐藏，避免螺头132显露在第一面板11沿高度方向的相对上端，既可以避免划伤试验人员，又可以确保第一面板11与夹层结构2朝向工程结构的一端端面充分接触，提高对大尺寸的夹层结构2在加载动态荷载时的传递力的测量的准确性。可以理解的是，大径部121的深度与螺头132的厚度之间的尺寸差值大于第一面板11在传递力的作用下沿高度方向朝朝向第二面板14移动的最大位移。
61.考虑到连接成一体的第一面板11和第二面板14放置于夹层结构2和工程结构之间会承受传递力，为了避免第一面板11和第二面板14在传递力的作用下容易损坏，延长本实施例的测力传感器装置1的寿命；在本发明的一些实施例中，所述第一面板11和所述第二面板14均采用高强钢材面板；具体地，所述第一面板11和所述第二面板14的材质均采用304钢材、低合金高强度钢、7075铝合金中的一种。
62.本实施例对所述测力传感器16的型号不做限制，为了进一步提高对大尺寸的夹层结构2在加载动态荷载时的传递力的测量的准确性，所述测力传感器16设置为柱式电阻应
变式测力传感器；当然，具体应用中，所述测力传感器16也可以选取为其它类型的传感器，例如在其它实施例中，所述测力传感器16设置为压磁式力传感器、轮辐式力传感器等。
63.实施例二
64.如图1至图6所示为本实施例中提供的一种测量方法，应用于实施例一所述的测力传感器装置1，所述测量方法包括以下步骤：
65.组装所述测力传感器装置1，选定所需数量的所述测力传感器16，并将所述测力传感器16按照设定的分布位置放置在所述第二面板14沿高度方向的相对上端面；随后将所述第一面板11对齐所述第二面板14放置于所述测力传感器16沿高度方向的相对上端面，然后将所述光杆131穿过所述通孔12并将所述螺纹部133旋紧在所述螺纹孔15内，即可得到所述测力传感器装置1；
66.选定支撑钢板3和夹层结构2，并将所述支撑钢板3安装在安装座41上用于模拟工程结构，所述安装座41固定在地面上，随后将所述测力传感器装置1放置在所述支撑钢板3沿高度方向的相对上端面，所述支撑钢板3用于为所述测力传感器装置1提供平行于高度方向的支撑力，然后将所述夹层结构2放置在所述第一面板11沿高度方向的上端面；
67.将所述测力传感器16电连接所述动态采集仪；
68.启动轻气炮装置向所述夹层结构2沿高度方向的相对上端面加载动态荷载，并通过所述动态采集仪记录各个所述测力传感器16测得的传递力的时程曲线。
69.本实施例的测量方法首先通过在第一面板11和第二面板14之间沿矩形轮廓间隔布置有四个测力传感器16，且在第二面板14的几何中心处也设置有一个测力传感器16；在进行测量的过程中，先将光杆131的螺纹部133旋紧在对应的螺纹孔15内后，可以将第一面板11和第二面板14连接成一体，且将五个测力传感器16按照布置位置被夹紧在第一面板11和第二面板14之间，组合成测力传感器装置1，随后将连接成一体的第一面板11和第二面板14放置在夹层结构2和用于模拟工程结构的支撑钢板3之间进行固定，支撑钢板3能够为测力传感器装置1与夹层结构2所组成的体系提供平行于高度方向的支撑力，然后启动轻气泡装置对夹层结构2施加动态荷载，夹层结构2施加传递力给第一面板11，因为光杆131滑动插接在通孔12内(即光杆131间隙配合在通孔12内)，因此第一面板11在传递力的作用下可以沿高度方向产生朝朝向第二面板14移动的位移，确保第一面板11在受到被加载动态荷载的传递力时会挤压各个测力传感器16沿高度方向朝朝向第二面板14的方向发生形变，从而确保分布在五个不同区域位置的测力传感器16在受到夹层结构2施加的传递力时正常受力自身发生形变并将其转换成力数据信号，分布在五个不同区域位置的测力传感器16所获得的力数据信号会分别被动态采集仪捕捉记录，同时获取完整加载动态荷载过程的五个不同区域位置的传递力的时程曲线(具体如图4所示)，实现同时完成对夹层结构2传递施加至工程结构的五个不同区域的动态传递力的模拟测量；进而便捷地获取夹层结构2朝向第一面板11的一端端面的五个不同区域位置的传递力分布，并能够计算夹层结构2五个不同区域位置的传递力的合力从而得到整体的传递力，实现对大尺寸的夹层结构2在加载动态荷载时的传递力的准确测量，且能够通过直观的受力分析得到夹层结构2的防护性能，更有利于指导设计夹层结构2在实际防护工程中的应用。其次因为本实施例的测量方法中的支撑钢板3的强度大，因此支撑钢板3在加载动态荷载测量传递力的过程中发生的变形十分微小可忽略，使得支撑钢板3不会参与动态荷载加载过程中的能量消耗，从而确保动态荷载施加在夹
层结构2上的传递力全部传递至测力传感器装置1上，进而确保测力传感器装置1能准确地捕捉夹层结构2在加载动态荷载时的全部传递力，保证测力传感器装置1模拟测量量的准确性；而测力传感器装置1所测得的传递力则可视为工程结构在同样载荷工况作用下将会受到的传递力，能够通过直观的受力分析得到夹层结构2的防护性能，更有利于指导设计夹层结构2在实际防护工程中的应用。再次通过螺纹部133和螺纹孔15螺纹连接的方式将第一面板11和第二面板14可拆卸连接成一体，且将各个测力传感器16按照布置位置被夹紧在第一面板11和第二面板14之间；在测量传递力的工作完成后，可以将螺纹部133从对应的螺纹孔15内旋下，将第一面板11和第二面板14进行分体，且将各个测力传感器16从第一面板11和第二面板14之间取下，从而可以将不使用时的测力传感器装置1进行拆分，既便于减少占用存储空间，又便于本实施例的测量方法中用到的测力传感器装置1的某个组成部件进行损坏时，只需更换部分损坏部件即可，无需将整体进行更换，降低维修成本。最后本实施例的测量方法中的测力传感器装置1在组装时，仅需要将各个测力传感器16按照布置位置放置在第二面板14上，第二面板14通过螺纹部133和螺纹孔15旋紧的方式和第一面板11连接成一体并将各个测力传感器16压紧在第一面板11和第二面板14之间即可实现，整个组装过程操作简便，进一步降低本实施例的测量方法的测量操作难度以及提高测量效率。
70.为了进一步提高支撑钢板3的强度，确保支撑钢板3在进行测量试验的过程中不会变形参与动态荷载加载过程中的能量消耗；具体地，所述支撑钢板3背离所述测力传感器装置1的一端端面设置有多个加强肋条，多个所述加强肋条呈十字型网格状分布，且抵接贴合于所述安装座41。
71.如图5和图6所示，在本发明的一些实施例中，所述施工方法还包括压紧板42，所述压紧板42与所述支撑钢板3可拆卸连接，所述压紧板42贴合于所述夹层结构2沿高度方向的相对上端面，且用于为所述夹层结构2施加平行于高度方向的压紧力，所述压紧板42的中部沿高度方向贯穿形成有通槽422，所述通槽422供所述轻气炮装置发出的弹丸穿过；
72.在所述夹层结构2放置在所述第一面板11沿高度方向的上端面后，且在启动轻气炮装置之前，将所述压紧板42可拆卸连接在所述支撑钢板3朝向所述夹层结构2的一端，且将所述压紧板42抵接压紧于所述夹层结构2沿高度方向的相对上端面。通过在夹层结构2沿高度方向的相对上端面抵接贴合有用于向夹层结构2施加平行于高度方向的压紧力，确保夹层结构2和测力传感器装置1在进行测量的过程中不会产生垂直于高度方向的位移，从而确保夹层结构2与第一面板11之间始终保持贴合抵接状态，进而确保对大尺寸的夹层结构2在加载动态荷载时的各个不同区域位置的传递力的测量的准确性，能够准确的分析得到夹层结构2的防护性能，更有利于指导设计夹层结构2在实际防护工程中的应用。同时通过在压紧板42的中部沿高度方向贯穿形成有通槽422，确保通过轻气炮装置将设定的动态荷载充分的加载在夹层结构2上，从而能够确保准确的分析得到夹层结构2的防护性能。因为压紧板42与所述支撑钢板3可拆卸连接，因此便于在测量工作完成后，将压紧板42和原先的夹层结构2拆下，并将新的待测量的夹层结构2放置后，重新连接上压紧板42，实现对不同的夹层结构2的防护性能的快速测量。
73.在本发明的一些实施例中，所述支撑钢板3可拆卸连接在所述安装座41上；便于对出现损坏的支撑钢板3进行拆卸维修或根据要加载的动态荷载的不同更换不同厚度的支撑钢板3。
74.如图5和图6所示，在本发明的一些实施例中，所述安装座41朝向所述支撑钢板3的一端端面沿所述安装座41的轮廓间隔优选有十二个螺纹杆43，每个所述螺纹杆43均平行于高度方向布置，所述支撑钢板3朝向所述安装座41的一端端面对应所述螺纹杆43的位置一一对应设置有第一穿孔，装配时，所述螺纹杆43穿过所述第一穿孔并旋接有第一螺母44，所述第一螺母44的一端贴合于所述支撑钢板3背离所述安装座41的一端端面；所述压紧板42朝向所述支撑钢板3的一端端面对应所述螺纹杆43的位置一一对应设置有第二穿孔421，装配时，所述螺纹杆43穿过所述第二穿孔421并旋接有第二螺母45，所述第二螺母45的一端贴合于所述压紧板42背离所述支撑钢板3的一端端面。通过同个螺纹杆43即可对支撑钢板3与压紧板42进行可拆卸连接，结构简单，减少制作成本，且能够确保连接后的支撑钢板3和压紧板42不会产生垂直于高度方向的位移，从而确保对夹层结构2和测力传感器装置1进行充分压紧，确保夹层结构2与第一面板11之间始终保持贴合抵接状态，进而确保对大尺寸的夹层结构2在加载动态荷载时的各个不同区域位置的传递力的测量的准确性，能够准确的分析得到夹层结构2的防护性能。
75.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种测力传感器装置，应用于模拟测量夹层结构(2)在加载动态荷载时传递施加至被防护的工程结构的传递力，所述测力传感器装置(1)用于设置在夹层结构(2)和工程结构之间；其特征在于，所述测力传感器装置(1)包括：第一面板(11)，用于贴合于夹层结构(2)沿高度方向朝向工程结构的一端；所述第一面板(11)上沿所述第一面板(11)的轮廓间隔布置有多个通孔(12)，所述通孔(12)沿高度方向贯穿所述第一面板(11)；每个所述通孔(12)内均滑动插接有光杆(131)，所述光杆(131)沿高度方向的相对上端和相对下端分别设置有螺头(132)和螺纹部(133)，所述螺头(132)的直径大于所述通孔(12)的直径；第二面板(14)，用于贴合于工程结构沿高度方向朝向夹层结构(2)的一端；所述第二面板(14)设置于所述第一面板(11)沿高度方向的相对正下方，所述第二面板(14)朝向所述第一面板(11)的一端端面对应所述通孔(12)的位置一一对应设置有螺纹孔(15)，所述螺纹孔(15)与所述螺纹部(133)相匹配；多个测力传感器(16)，均平行于高度布置于所述第一面板(11)和所述第二面板(14)之间，多个所述测力传感器(16)沿多边形轮廓间隔布置在所述第二面板(14)上以及设置在所述第二面板(14)的几何中心处；所述测力传感器(16)用于测量当夹层结构(2)被施加动态荷载时传递到所述第一面板(11)上的传递力；动态采集仪，电连接所述测力传感器(16)，且用于记录各个所述测力传感器(16)测得的传递力的时程曲线。2.根据权利要求1所述的一种测力传感器装置，其特征在于，所述第二面板(14)朝向所述第一面板(11)的一端端面对应每个所述测力传感器(16)的位置均设置有一个第一安装凹槽(141)，所述第一安装凹槽(141)平行于高度方向，且与所述测力传感器(16)沿高度方向的相对下端相匹配。3.根据权利要求2所述的一种测力传感器装置，其特征在于，每个所述测力传感器(16)均通过数据线(161)电连接所述动态采集仪，所述测力传感器(16)与所述数据线(161)的连接处沿高度方向至所述测力传感器(16)的相对下端面的距离大于所述第一安装凹槽(141)的深度。4.根据权利要求2所述的一种测力传感器装置，其特征在于，所述第一面板(11)朝向所述第二面板(14)的一端端面对应每个所述测力传感器(16)的位置均设置有一个第二安装凹槽(111)，所述第二安装凹槽(111)平行于高度方向，且与所述测力传感器(16)沿高度方向的相对上端相匹配。5.根据权利要求1至4任一项所述的一种测力传感器装置，其特征在于，所述通孔(12)设置为沉头孔，所述沉头孔的大径部(121)设置于所述沉头孔背离所述第二面板(14)的一端，所述大径部(121)的直径大于所述螺头(132)的直径，且所述大径部(121)的深度大于所述螺头(132)的厚度。6.根据权利要求1所述的一种测力传感器装置，其特征在于，所述第一面板(11)和所述第二面板(14)均采用高强钢材面板，所述第一面板(11)和所述第二面板(14)的材质均采用304钢材、低合金高强度钢、7075铝合金中的一种。7.一种测量方法，应用于权利要求1至6任一项所述的测力传感器装置(1)，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：
组装所述测力传感器装置(1)，选定所需数量的所述测力传感器(16)，并将所述测力传感器(16)按照设定的分布位置放置在所述第二面板(14)沿高度方向的相对上端面；随后将所述第一面板(11)对齐所述第二面板(14)放置于所述测力传感器(16)沿高度方向的相对上端面，然后将所述光杆(131)穿过所述通孔(12)并将所述螺纹部(133)旋紧在所述螺纹孔(15)内，即可得到所述测力传感器装置(1)；选定支撑钢板(3)和夹层结构(2)，将所述支撑钢板(3)安装在安装座(41)上用于模拟工程结构，所述安装座(41)固定在地面上，随后将所述测力传感器装置(1)放置在所述支撑钢板(3)沿高度方向的相对上端面，所述支撑钢板(3)用于为所述测力传感器装置(1)提供平行于高度方向的支撑力，然后将所述夹层结构(2)放置在所述第一面板(11)沿高度方向的上端面；将所述测力传感器(16)电连接所述动态采集仪；启动轻气炮装置向所述夹层结构(2)沿高度方向的相对上端面加载动态荷载，并通过所述动态采集仪记录各个所述测力传感器(16)测得的传递力的时程曲线。8.根据权利要求7所述的一种测量方法，其特征在于，还包括压紧板(42)，所述压紧板(42)与所述支撑钢板(3)可拆卸连接，所述压紧板(42)贴合于所述夹层结构(2)沿高度方向的相对上端面，且用于为所述夹层结构(2)施加平行于高度方向的压紧力，所述压紧板(42)的中部沿高度方向贯穿形成有通槽(422)，所述通槽(422)供所述轻气炮装置发出的弹丸穿过；在所述夹层结构(2)放置在所述第一面板(11)沿高度方向的上端面后，且在启动轻气炮装置之前，将所述压紧板(42)可拆卸连接在所述支撑钢板(3)朝向所述夹层结构(2)的一端，且将所述压紧板(42)抵接压紧于所述夹层结构(2)沿高度方向的相对上端面。9.根据权利要求8所述的一种测量方法，其特征在于，所述支撑钢板(3)可拆卸连接在所述安装座(41)上。10.根据权利要求9所述的一种测量方法，其特征在于，所述安装座(41)朝向所述支撑钢板(3)的一端端面沿其轮廓间隔布置有多个螺纹杆(43)，每个所述螺纹杆(43)均平行于高度方向布置，所述支撑钢板(3)朝向所述安装座(41)的一端端面对应所述螺纹杆(43)的位置一一对应设置有第一穿孔，装配时，所述螺纹杆(43)穿过所述第一穿孔并旋接有第一螺母(44)，所述第一螺母(44)的一端贴合于所述支撑钢板(3)背离所述安装座(41)的一端端面；所述压紧板(42)朝向所述支撑钢板(3)的一端端面对应所述螺纹杆(43)的位置一一对应设置有第二穿孔(421)，装配时，所述螺纹杆(43)穿过所述第二穿孔(421)并旋接有第二螺母(45)，所述第二螺母(45)的一端贴合于所述压紧板(42)背离所述支撑钢板(3)的一端端面。

技术总结
本发明公开了一种测力传感器装置及其测量方法，测力传感器装置包括用于贴合于夹层结构朝向工程结构一端的第一面板、用于贴合于工程结构朝向夹层结构一端的第二面板和动态采集仪，第一面板上沿其轮廓间隔设有多个通孔；第二面板设于第一面板的相对正下方，且朝向第一面板的一端对应通孔一一对应设有螺纹孔；每个通孔内均滑动插接有光杆，光杆的两端分别设有螺头和与螺纹孔相匹配的螺纹部；动态采集仪电连接有多个用于测量当夹层结构被施加动态荷载时传递到第一面板上的传递力的测力传感器，多个测力传感器布置于第一面板和第二面板之间，且沿多边形轮廓间隔设在第二面板上。本发明能够对大尺寸的夹层结构在加载动态荷载时的传递力进行准确测量。时的传递力进行准确测量。时的传递力进行准确测量。


技术研发人员：张羽 黄子辰 李哲健 杨秋松 何军 李春 顾兴海
受保护的技术使用者：中建科工集团有限公司
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/11