Устройство для измерения деформаций
DEFORMATION MEASURING DEVICE

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения относительной деформации.
Известен "Датчик контактного давления" (патент RU №02293295, МПК G01L 1/22(2006.01), опубл. 10.02.2007), содержащий упругий элемент с плоскими параллельными поверхностями и расположенную на одной его плоскости измерительную мостовую схему тензорезисторов. Плоская нагрузочная поверхность упругого элемента, жестко соединенного с опорами, имеет форму выступа его верхней части, симметрично расположенную между опорами. Ее длина короче расстояния между ними на величину меньше минимальной толщины зоны параллельных, поверхностей этого элемента. На нижней плоской поверхности в одной тепловой зоне размещаются тензорезисторы прямоугольной формы, продольные оси которых параллельны продольной оси упругого элемента. Тензорезисторы расположены возле опор, в зонах действия деформации сжатия при приложений силы, и в средней части поверхности, на равном расстоянии от опор - в местах действия деформации растяжения.
Известен «Наклеиваемый полупроводниковый тензорезистор» (патент RU №02511209, МПК H01L 29/84 (2006.01), опубл. 10.042014), содержащий полимерную подложку на которой одной своей поверхностью полностью лежит тензочувствительная полоска. На противоположной поверхности полоски расположены металлопленочные площадки, которые частично перекрывают ее, кроме средней и концевых частей. Диэлектрическая разделительная пленка закрывает центральную часть тензочувствительной полоски и части металлопленочных площадок. Перекрывая концевые части всех пленок, расположены две контактные площадки, при этом расстояние между указанными контактными площадками больше, чем расстояние между металлопленочными площадками, но меньше, чем длина разделительной диэлектрической пленки.
Известен «Тензодатчик» (а.с. СССР№1656315, МПК G01B 7/16, опубл. 15.06.91, Бюлл. №22) в виде эластичной ткани, содержащей электропроводные тензочувствительные нити с множеством выводных проводников, отстоящих друг от друга на заданном расстоянии. Данный тензодатчик выбран в качестве прототипа.
Общим недостатком этих устройств является невозможность одновременно измерить деформацию на большой площади и иметь возможность измерения в точечном месте объекта испытаний (ОИ).
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение уровня информативности измерений, а именно получение представления о распределении относительной деформации (поле деформации) на значительной площади поверхности нагруженного объекта, а также измерение деформации в любой точке и по любой линии объекта испытаний.
Технический результат заключается в обеспечении измерения деформации на большой площади поверхности с необходимой плотностью расположения датчиков деформации. Кроме того, возможно измерение деформации в любом направлении, а также с постоянным смещением по площади, что невозможно осуществить на известных устройствах.
Технический результат достигается за счет того, что заявляемое устройство для измерения деформаций, содержащее гибкую подложку из тензочуветвительного материала, выводные проводники, соединенные с контактными площадками, в отличие от прототипа, снабжено верхней гибкой диэлектрической подложкой, на которой рядами равномерно расположены контактные площадки, электрически соединенные с нижней подложкой игольчатыми контактами, при этом, выводные проводники расположены на наружной поверхности верхней подложки.
Игольчатые контакты могут проходить через слой электроизоляции, расположенный между подложками.
Наличие большого количества игольчатых контактов позволяет проводить измерения деформации в самых различных комбинациях контактов, что невозможно сделать при помощи известных устройств измерения деформации. Кроме того, возможно также уплотнение контактов в местах предполагаемого резкого изменения (градиента) напряжений.
Заявляемое устройство поясняется фигурами. На фиг. 1 - изображен общий вид устройства сбоку, на фиг. 2 - изображен вид устройства сверху, на фиг. 3 - показан пример нумерации датчиков в рядах.
Устройство для измерения деформаций содержит нижнюю гибкую подложку 1 из тензочувствительного материала (подложка 1 должна быть достаточно тонкой для обеспечения минимального влияния деформации исследуемой поверхности объекта испытаний на показания датчиков), выводные проводники 4, соединенные с контактными площадками 6. На верхней гибкой диэлектрической подложке 2 рядами равномерно расположены контактные площадки 6, электрически соединенные с нижней подложкой 1 игольчатыми контактами 3, проходящими, в данном примере выполнения, через слой 7 электроизоляции, расположенный между подложками 1 и 2, позволяющий деформироваться нижней подложке 1, не оказывая влияния на верхнюю (возможен вариант простого склеивания верхней и нижней подложки), при этом выводные проводники 4 расположены на наружной поверхности верхней подложки 2.
Игольчатые контакты 3 не протыкают насквозь нижнюю подложку 1 а «заходят» примерно на половину толщины нижней гибкой подложки 1, так как соединение между окончанием игольчатого контакта 3 и нижней подложкой 1 должно быть постоянным.
На верхнюю подложку 2 нанесена сетка-разводка выводных проводников 4 от каждого контакта 3, соединенных с контактными площадками 6 (см. фиг. 2). Выводные проводники 4 собираются в общий жгут (шлейф) 5 и подсоединяются к устройству регистрации сигналов или персональному компьютеру (ПК) (на фиг. не показано).
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Устройство для измерения деформаций клеится (подобно пластырю) на объект испытаний внешней стороной нижней подложки 1 и может иметь любую площадь соприкосновения с ОИ, необходимую для получения полноценной картины деформации.
После наклейки устройства на испытуемую поверхность ОИ производится опрос показаний электрических сопротивлений между игольчатыми контактами - датчиками 3.
Для определения напряженно-деформированного состояния элемента конструкции в соответствии с установленной на ПК программой производят опрос разных комбинаций между контактами-датчиками 3 (см. фиг. 3). Например, сначала производят измерения между соседними контактами 3 А-ряда, затем производят измерения между «не соседними» контактами 3, например 1А-3В, 4А-1С, 3А-4С и т.д. Таким образом, уменьшается общая ошибка измерений, и получается более точная картина состояния поверхности элемента конструкции. Алгоритм снятия показаний любой, в зависимости от внешних факторов, состояния поверхности элемента конструкции и др.
Таким образом, обеспечивается повышение уровня информативности измерений, а именно получение представления о распределении относительной деформации (поле деформации) на заданной площади поверхности нагруженного исследуемого объекта, в том числе, локально в любой точке ОИ.