本實(shí)用新型涉及橋墩防護(hù)檢測(cè)裝置，具體是一種船舶碰撞橋墩的檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

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(tǒng)中至關(guān)重要的一部分?，F(xiàn)有的橋梁中大多數(shù)僅設(shè)置單層的防護(hù)板，甚至沒(méi)有設(shè)置任何的保護(hù)措施，若橋墩主體受到直面的撞擊力，會(huì)直接影響橋墩的壽命，較大撞擊很有可能導(dǎo)致橋梁倒塌等嚴(yán)重后果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種船舶碰撞橋墩的檢測(cè)裝置，能夠及時(shí)檢測(cè)到船舶碰撞橋墩的情況，發(fā)出報(bào)警，避免事故發(fā)生。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

船舶碰撞橋墩的檢測(cè)裝置，包括有安裝于橋墩上的支座，設(shè)置于支座頂端的水平轉(zhuǎn)軸，兩個(gè)固定連接于水平轉(zhuǎn)軸上且徑向相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)桿，頂端固定連接于一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)桿的外端、底端鉸接于橋墩側(cè)壁上的受力桿，以及設(shè)置于橋墩上且通過(guò)拉力彈簧與另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)連接，所述的單片機(jī)上連接有報(bào)警裝置。

所述的拉力傳感器包括有基體，基體的前端面上設(shè)置有凸起，凸起上設(shè)置有拉力盲孔，基體相對(duì)的上、下端面上均設(shè)置有受力盲孔，且兩端面的受力盲孔同軸相對(duì)設(shè)置，受力孔內(nèi)均設(shè)置有電阻應(yīng)變片，所述的基體兩個(gè)受力盲孔所在部分為工字梁結(jié)構(gòu)。

所述的基體相對(duì)的上、下端面上均設(shè)置有兩個(gè)受力盲孔，上端面上的兩個(gè)受力盲孔與下端面上的兩個(gè)受力盲孔一一同軸相對(duì)設(shè)置，基體四個(gè)受力盲孔所在部分形成兩個(gè)工字梁結(jié)構(gòu)。

所述的四個(gè)受力盲孔內(nèi)均設(shè)置有電阻應(yīng)變片，四個(gè)電阻應(yīng)變片連接組成惠斯通電橋。

所述的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)桿均是由轉(zhuǎn)動(dòng)主桿和轉(zhuǎn)動(dòng)連桿組成，所述的轉(zhuǎn)動(dòng)主桿的外端與轉(zhuǎn)動(dòng)連桿的內(nèi)端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)鉸接，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)主桿的內(nèi)端均與水平轉(zhuǎn)軸固定連接且兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)主桿徑向相對(duì)，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)連桿的外端與受力桿鉸接，另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)連桿的外端通過(guò)拉力彈簧與拉力傳感器連接。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)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(zhuǎn)動(dòng)桿在受力桿的作用下，會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)另一轉(zhuǎn)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，另一轉(zhuǎn)動(dòng)桿一旦轉(zhuǎn)動(dòng)即會(huì)拉動(dòng)拉力彈簧，從而拉力傳感器感應(yīng)到拉力變化，即會(huì)發(fā)出信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)操控報(bào)警裝置實(shí)現(xiàn)報(bào)警，防止安全事故發(fā)生；本實(shí)用新型對(duì)受力桿的受力方向沒(méi)有限制，即受力桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿順時(shí)針還是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)都會(huì)帶動(dòng)另一轉(zhuǎn)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，另一轉(zhuǎn)動(dòng)桿一旦轉(zhuǎn)動(dòng)寄回拉動(dòng)拉力彈簧，本實(shí)用新型對(duì)受力方向的精度要求不高，且感應(yīng)拉力準(zhǔn)確。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的使用結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的受力狀態(tài)變化圖。

圖3是本實(shí)用新型拉力傳感器的俯視圖。

圖4是本實(shí)用新型拉力傳感器的仰視圖。

圖5是載荷柱式梁的力學(xué)模型示意圖。

圖6是本實(shí)用新型工字梁部分的應(yīng)變區(qū)位置及應(yīng)力分布圖。

圖7是本實(shí)用新型惠斯通電橋的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

見(jiàn)圖1和圖2，船舶碰撞橋墩的檢測(cè)裝置，包括有安裝于橋墩01上的支座1，設(shè)置于支座1頂端的水平轉(zhuǎn)軸2，兩個(gè)固定連接于水平轉(zhuǎn)軸2上且徑向相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)桿3，頂端固定連接于一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)桿3的外端、底端鉸接于橋墩01側(cè)壁上的受力桿4，以及設(shè)置于橋墩01上且通過(guò)拉力彈簧5與另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)連接，單片機(jī)上連接有報(bào)警裝置；見(jiàn)圖2，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)桿3均是由轉(zhuǎn)動(dòng)主桿31和轉(zhuǎn)動(dòng)連桿32組成，轉(zhuǎn)動(dòng)主桿31的外端與轉(zhuǎn)動(dòng)連桿32的內(nèi)端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)鉸接，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)主桿31的內(nèi)端均與水平轉(zhuǎn)軸2固定連接且兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)主桿31徑向相對(duì)，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)連桿32的外端與受力桿4鉸接，另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)連桿32的外端通過(guò)拉力彈簧5與拉力傳感器6連接。

當(dāng)輪船02碰撞到橋墩01時(shí)，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(cè)邊轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)桿3轉(zhuǎn)動(dòng)偏移，相對(duì)另一轉(zhuǎn)動(dòng)桿3轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)拉力彈簧5拉長(zhǎng)，拉力彈簧的拉力帶動(dòng)拉力傳感器6輸出拉力信號(hào)，單片機(jī)接收到信號(hào)，報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警提醒。

其中，見(jiàn)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(shè)置有凸起62，凸起62上設(shè)置有拉力盲孔63，基體61相對(duì)的上、下端面上均設(shè)置有兩個(gè)受力盲孔64，且兩端面的受力盲孔64同軸相對(duì)設(shè)置，上端面上的兩個(gè)受力盲孔64與下端面上的兩個(gè)受力盲孔64一一同軸相對(duì)設(shè)置，四個(gè)受力孔64內(nèi)均設(shè)置有電阻應(yīng)變片，四個(gè)電阻應(yīng)變片連接組成惠斯通電橋(見(jiàn)圖7)，基體61四個(gè)受力盲孔64所在部分形成兩個(gè)工字梁結(jié)構(gòu)。

使用時(shí)，一只帶拉環(huán)的螺栓旋入拉力盲孔63內(nèi)，鋼絲繩穿過(guò)拉環(huán)，并形成一個(gè)牽引端，兩個(gè)軸向相對(duì)的受力盲孔64為傳感器受力結(jié)構(gòu)，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(yīng)變計(jì)(片)，工作原理為:

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

所謂應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體(電阻絲)的電阻值隨變形(伸長(zhǎng)或縮短)而發(fā)生改變的一種物理現(xiàn)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(zhǎng)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(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)；ε——軸向應(yīng)變。

結(jié)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(xué)模型：

拉力傳感器可簡(jiǎn)化成兩端受力集中載荷剪切梁或柱式梁，力學(xué)模型示意圖5。

中間受力載荷作用的應(yīng)力計(jì)算：

梁的剪應(yīng)力及剪應(yīng)變計(jì)算：

剪切梁傳感器的一般均在應(yīng)變梁的拐點(diǎn)加二個(gè)受力盲孔(局部形成工字梁)，其剪應(yīng)力可用茹拉夫斯基公式進(jìn)行計(jì)算：

局部工字梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變區(qū)位置及應(yīng)力分布如圖6如示。

式中:

剪力Q

剪切截面對(duì)中軸的靜矩S_y

剪切截面對(duì)中軸的慣矩J_y

則

45°方向的主應(yīng)力和主應(yīng)變計(jì)算，沿梁中線軸成45°方向壓力的長(zhǎng)度變化，正是純剪切力狀態(tài)下的主應(yīng)力方向，其主應(yīng)力與最大剪切力，主應(yīng)變與最大剪應(yīng)變的在下列關(guān)系：

傳感器靈敏度計(jì)算：

式中：K――電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)

拉力傳感器核心電路--惠斯頓電橋：

測(cè)量電路是惠斯通電橋電路，簡(jiǎn)稱測(cè)量電橋。測(cè)量電橋由于具有靈敏度高、測(cè)量范圍寬、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、容易實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)，因此能很好地滿足應(yīng)變測(cè)量的要求?；菟雇姌蚋鶕?jù)電源的性質(zhì)分直流電橋和交流電橋兩種，當(dāng)Ui為直流時(shí)該電橋?yàn)橹绷麟姌?，電橋電路如圖7所示。

R為應(yīng)變片阻抗，傳感器在受到外力作用的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生形變，引起緊貼在傳感器內(nèi)部壁上的應(yīng)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(jí)mv信號(hào)也線性增加減小，傳感器通過(guò)組橋、調(diào)零、配平靈敏度、溫補(bǔ)等之后，輸出的信號(hào)＝供電電壓x靈敏度，比如穩(wěn)壓電源是10VDC，傳感器靈敏度是1.5mv/V，傳感器到滿量程時(shí)輸出的電壓＝10x1.5＝15mv，如果需要0-5V(4-20mA等)標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)需要配信號(hào)轉(zhuǎn)換器(變送器)。

傳感器技術(shù)參數(shù)：

量程：0—200kg(可以按使用要求擴(kuò)大縮小量程)

準(zhǔn)確度:0.2％FS

工作電壓：12VDC

輸出信號(hào)：(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

重復(fù)性：±0.5％F·S

盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本實(shí)用新型的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。