用于较大水平位移测量的电阻应变式位移传感器

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1、用于较大水平位移测量的电阻应变式位移传感器　　摘要：针对目前位移传感器很难直接测得木结构或木构件在转动中产生较大绝对水平位移的问题，研制了量程为±500mm的电阻应变式位移传感器（WD位移传感器），应用正交试验法分析WD位移传感器的影响因素，并对其进行设计与制作，拟合了传感器在不同量程下应变位移的分段函数关系，通过计算得出了WD位移传感器的6种静态参数指标。试验结果表明，WD位移传感器克服了传统电阻应变式位移传感器量程小的问题，解决了木结构或木构件发生非直线运动很难直接测得绝对水平位移的问题，且各静态参数指标良好。

2、　　关键词：位移传感器；正交试验；应变位移函数；静态参数　　中图分类号：TU317　　文献标志码：A文章编号：1674-4764（2016）05-0059-07　　Abstract：WDdisplacementsensorwitharangeof±500mmisdevelopedinordertomeasurelargehorizontaldisplacement.AndtheparametersanalysisofWDdisplacementsensorarecarriedonusingtheorthogonal

3、testmethod.Thestrain-displacementrelationshipofsensorisobtained.SixstaticparametersofWDdisplacementsensorarecalculated.TheexperimentalresultsshowedthatWDdisplacementsensorcouldmeasurethenon-linearlargedisplacementwhichisdifficulttobemeasureddirectlyby13traditi

4、onalelectricalresistancesensorandallthestaticparametersareingoodcondition.　　Keywords：displacementsensor；orthogonaltest；strain-displacementrelationship；staticparameters　　水平位移是反映结构力学性能的重要参数，木结构较钢结构、混凝土结构的水平位移大。薛建阳等[1]对使用碳纤维布加固的木结构输入地震波，在8度罕遇地震（0.41～0.61m/s2）时，柱头

5、最大水平位移达到100.28mm；隋等[2]在殿堂式木结构模型振动台试验中输入EL-Centro波，柱头最大水平位移为101.951mm；Folz等[3]在木结构模型的试验中测得结构的相对水平位移最大为109.6mm；周乾等[4-5]对故宫神武门进行了地震反应研究，在8度罕遇地震作用下，屋顶节点的位移在水平方向的响应峰值达153mm，对大雄宝殿采用三维激光扫描仪测得最大柱头侧移值为220mm；高大峰等[6]采用EL-Centro波对西安永宁门箭楼结构进行了抗震性能分析，得出了屋顶最大水平位移253.33mm；Mae

6、no等[7]对传统木结构的地震响应特征的研究中将柱的水平位移控制到300mm。很多研究人员研发了适合其领域的位移传感器[8-15]，应用效果良好，但木结构领域中所需大量程位移传感器的研制较少。目前，可测量位移的传感器类型较多，如电位器式、电阻应变式、电容式、电感式、磁敏式、光电式及超声波等位移传感器，每种类型的位移传感器均有其优劣点。昌学年等[16]和刘焱等[17]总结出了电阻应变式位移传感器量程为0.1μm～0.1mm，现有的电阻应变式位移传感器的量程较小。虽然非线绕式电位器式位移传感器、激光式、磁栅及感应同步器

7、位移传感器可以测得±50013mm水平位移，但结构发生非直线运动时，需求得其运动方程并辅助倾角传感器才能计算出结构或构件的水平位移，不但过程复杂，还因间接求得而造成较大误差；结构发生不规则运动或运动方程无法求得时，现有的传感器将无法直接获得结构的水平位移；基于此，笔者研制了一种新型电阻应变式位移传感器――WD位移传感器。　　1理论分析　　WD位移传感器由工具钢（M42高速钢）、应变片、手柄、轴承、轨道（图1）组成。WD位移传感器系统中的手柄及工具钢通过喉箍固定在所测结构或构件的端部，轨道及轴承固定于绝对不动的合适位

8、置处，工具钢置于轨道中，被测试件侧移时，因工具钢弯曲使贴于其表面的应变片发生变形，通过采集系统将应变片的变形转化为相应的微应变，同时建立应变和位移的函数关系以得到结构的位移值。　　在WD位移传感器系统中，施加在工具钢上的荷载随着工具钢的变形而在工具钢上移动，但荷载作用点的运动轨迹与固定端的距离始终保持不变，荷载方向始终垂直于工具钢，这与传统悬臂梁中荷载始终作