专利名称：用于水泥基材料的非接触式激光位移测量系统的制作方法
技术领域：
用于测量水泥基胶凝材料在水化和干燥等过程中，被监测点的位移变化历程。
背景技术：
水泥基材料的抗开裂能力和耐久性是当前无机非金属材料学科研究的热点。通过 测试水泥基材料在水化和干燥过程中的体积变化历程，可用于对比和计算水泥基材料在成 熟过程中的体积变化量和位移�。牧系难≡�、配合比的优化、结构内应力的计算和开 裂风险评估提供科学依据。水泥基材料在水化和干燥过程中的测试方法有两类，一种是接触式测量方法，另 一种是非接触式测量方法。第一种接触式测量方法常用千分表和差分位移传感器(LVDT) 作为位移信号的采集硬件，其优点是测量硬件廉价，系统架构简单。北京工业大学李锐等申 请了一项“水泥混凝土自收缩率测量仪(专利号200610114257)”的发明专利。但该方法 的缺点是测试精度差，尤其是测试硬件千分表和LVDT在测量期间存在弹性恢复力，因此使 得该种方法不能准确测量水泥基材料在初凝前的塑性状态下的位移历程，其测试开始时间 只能是在水泥基材料的初凝之后，从而影响了该种方法的使用范围和测量值的真实性。第 二种非接触式测量方法具有测试开始时间不受限制的特点，王培铭(王培铭，刘岩，郭延辉 等.混凝土早龄期收缩测试电涡流法的研究，建筑材料学报.2006,9(6) :711-715)报道了 一种用于测试混凝土早龄期收缩的非接触式测试方法，该方法采用电涡流式位移传感器， 测量精度为lum，该方法虽然实现了非接触式测量，但使用的电涡流传感器具有一些不足之 处，首先，使用电涡流传感器时，被测样品只能是金属，并且不同的金属如铜、铁、铝和铅等 所的反馈信号的大小并不一样，因此，当被测试的靶材材质不同时，需要对设备进行反复的 校准和标定；再次，电涡流传感器的测试精度较差，其测试精度一般为um级；最后，电涡流 传感器在工作期间，易受到外界电场、磁场的干扰，因此其测试信号的稳定性较差。
发明内容
本发明的目的是开发一种装置和计算方法，用于精确测定水泥基材料在水化和干 燥收缩过程中，被监测点的位移变化量。并依据该位移变化量、水泥基材料在测试期间的温 度历程和量测标距，计算出水泥基材料试样在水化或干燥收缩期间的应变量。本发明的特征包括激光位移传感器固定用支架1，左右共两个1-1和1-2，水泥基 材料成型用模具2，被测试水泥基材料试样3，温度传感器4，埋置于所述被测试水泥基材料 试样3中的激光信号反射靶5，左右共两个5-1和5-2，安装在所述激光位移传感器固定用 支架1上的水平方向和垂直方向位置调节用旋钮6，左右共两个6-1和6-2，激光位移传感 器7，左右共两个7-1和7-2，激光信号的光束10，所述激光位移传感器7至控制器11的信 号线8，所述温度传感器4至控制器11的信号线9，所述控制器11和计算机12，其中所述激光信号反射靶5，采用金属、橡胶和玻璃中的任何一种，沿所述被测试水泥 基材料试样3的长度方向，在左右两侧各有一个，中间的间距就是标距L，
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所述计算机12，依次按以下步骤测量所述被测试水泥基材料试样3沿长度方向上 考虑温度影响后的应变量A ，i为所述激光位移传感器7的序号，i = 1，2，表示该两个激光 位移传感器7-1和7-2，分别位于所述埋置于试样中的激光信号反射靶5-1和5-2的外侧， m为测试时间点的序号，步骤(1)，初始化，步骤(1. 1)，所述控制器11初始化设立AMT-300型位移信号调理�？椋邮账鑫灰菩藕牛珹MT-RTD型温度信号调理 模块，接收所述温度信号，以及USB-7352型数据采集卡，接收调理后的所述位移、温度信号 后输入所述计算机，步骤(1. 2)，所述计算机12初始化用户输入初始化参数，包括程序开始时刻Hi1,环境的和所述被测试水泥基材料试 样3的初始温度T和T1, T = T1,以及所述激光位移传感器7的零点位置与所述激光信号反 射靶5之间在环境温度T时，所述程序记录开始时刻Hi1时的间距，用户选择或输入测试持续时间M以及采样时间间隔值，所述被测试水泥基材料试 样3在环境温度T下的热膨胀系数α τ，所述标距L以及数据保存时间间隔；步骤O)，所述计算机12按以下步骤进行测量，步骤(2. 1)，判断用户实时输入的所述激光位移传感器7的工作模式是单点还是 两点协同工作，并确定之，步骤(2. 2)，令所述控制器11，按设定的采样间隔采集各时间点m下各所述激光位 移传感器7的位移测量值D^和/或D2,m，并按下式计算所述被测试水泥基材料试样3的应
变量ε i,m，
Dim在单点工作模式下为
权利要求
1.用于水泥基材料的非接触式激光位移测量系统，其特征在于，包括激光位移传感 器固定用支架(1)，左右共两个(1-1，1-2)，水泥基材料成型用模具O)，被测试水泥基材 料试样(3)，温度传感器G)，埋置于所述被测试水泥基材料试样(3)中的激光信号反射靶 (5)，左右共两个(5-1，5-2)，安装在所述激光位移传感器固定用支架(1)上的水平方向和 垂直方向位置调节用旋钮(6)，左右共两个(6-1，6-2)，激光位移传感器(7)，左右共两个 (7-1，7-2)，激光信号的光束(10)，所述激光位移传感器(7)至控制器(11)的信号线(8)， 所述温度传感器(4)至控制器(11)的信号线(9)，所述控制器(11)和计算机(12)，其中 所述激光信号反射靶(5)，采用金属、橡胶和玻璃中的任何一种，沿所述被测试水泥基 材料试样(3)的长度方向，在左右两侧各有一个，中间的间距就是标距L，所述计算机(12)，依次按以下步骤测量所述被测试水泥基材料试样C3)沿长度方向上 考虑温度影响后的应变量<w，i为所述激光位移传感器(7)的序号，i = 1，2，表示所述两 个激光位移传感器(7-1，7-2)，分别位于所述埋置于试样中的激光信号反射靶(5-1，5-2) 的外侧，m为测试时间点的序号， 步骤(1)，初始化，步骤(1. 1)，所述控制器(11)初始化设立AMT-300型位移信号调理�？椋邮账鍪匝�(3)的位移信号，AMT-RTD型温度信 号调理�？椋邮账鍪匝鵆3)的温度信号，以及USB-7352型数据采集卡，接收调理后的所 述位移、温度信号后输入所述计算机，步骤(1. 2)，所述计算机(12)初始化用户输入初始化参数，包括程序开始时刻Hl1，环境的和所述被测试水泥基材料试样 (3)的初始温度T和T1, T = T1,以及所述激光位移传感器(7)的零点位置与所述激光信号 反射靶(5)之间在环境温度T时，所述程序记录开始时刻Hi1时的间距，用户选择或输入测试持续时间M以及采样时间间隔值，所述被测试水泥基材料试样 (3)在环境温度T下的热膨胀系数α τ，所述标距L以及数据保存时间间隔； 步骤O)，所述计算机(1 按以下步骤进行测量，步骤(2. 1)，判断用户实时输入的所述激光位移传感器(7)的工作模式是单点还是两 点协同工作，并确定之，步骤(2.幻，令所述控制器(11)，按设定的采样间隔采集各时间点m下各所述激光位移 传感器(7)的位移测量值D^和/或D2,m，并按下式计算所述被测试水泥基材料试样(3)的 应变量￡ ijm,在单点工作模式下为+ = 1或2，L·/在两点协同工作模式下:s,’m = D、m+D2m ,L·^同时，再根据采集到的所述被测试水泥基材料试样C3)的温度Tm以及热膨胀系数αω， 按下式计算考虑温度影响后所述被测试水泥基试样(3)的应变量，mKm=^m+TjTjal,7=1其中α i等于环境温度T下Hi1时间点的热膨胀系数α τ。
全文摘要
用于水泥基材料的非接触式激光位移测量系统，属于水泥基胶凝材料在水化和干燥过程中的应变测量技术。其特征在于在硬件架构方面，包括激光位移传感器及其固定用支架，温度信号传感器，安装于该固定支架上的水平和垂直方向位置调节旋钮，水泥基材料成型用模具，被测试水泥基材料试样，埋置于所述被测试水泥基材料试样中的激光信号反射靶，控制器和计算机，所述控制器中装有所述试样位移信号调理�？椋鍪匝露刃藕诺骼砟？楹褪莶杉ǎ辉谌砑矫嫠黾扑慊凶坝锌悸俏露缺浠�、计算所述试样应变量的测量和分析软件。本发明具有测试精度高、采样频率快、测试过程不受周围电磁干扰、不受所述试样材质和颜色的影响的优点。
文档编号G01B11/02GK102072704SQ20101054326
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者阎培渝, 韩建国 申请人:清华大学
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