锚固试验机活塞位移测量装置的改进设计

　　1　引　言

　　在预应力筋用锚具的锚固性能试验中，通常用活塞位移代替试样变形来计算预应力筋-锚具组装件达到实测极限拉力时预应力筋的总应变εapu，这就要求对锚固试验机的活塞位移进行准确测量。现在锚固试验机的活塞位移测量装置结构复杂且测量效果不好，笔者对此装置提出了改进方案。

　　2　现在的测量装置

　　现在的测量装置是使用拉线式光电编码器进行活塞位移测量的，其组成结构如图1所示。

　　电编码器安装在油缸上，相对于试验机机座不动。拉线部分通过挂钩连接到滑块上，滑块可以在导向杆上前后滑动。导向杆共有两根，一端由连接块连接，另一端由固定块固定在油缸上。接触螺钉与滑块通过螺纹连接，端部与活塞相接触。当活塞伸出时，推动接触螺钉移动，接触螺钉带动滑块滑移，从而将光电编码器的拉线拉出，编码器经过一系列转换最终测量出活塞的位移量。当活塞收回时，压缩弹簧推动滑块复位。滑块和导向杆之间有一个铜套，可增加滑块的运动平稳性。

　　3　存在的问题

　　由上文的介绍可知，现在的测量装置结构复杂，辅助零件多，装配困难，而且关键件如导向杆、铜套等公差要求较高，大大提高了生产成本。再进一步分析，可以发现当活塞由油缸最底部伸出时，由于滑块上的铜套和导向杆之间会有间隙，光电编码器会首先出现负值，然后再增大到正值，这就造成了活塞初始位移不准的问题。另外，光电编码器和滑块是相对独立的，且均是配作安装的，于是，编码器的拉线与活塞轴线并不是完全平行的，而是有一定的角度偏差。因此，活塞位移的真实值和编码器的测量值之间就会有一个差值，而且这个差值和活塞的位移量是不成比例变化的。

　　为了解决现有测量装置中存在的问题，实现对活塞位移方便有效的测量，笔者提出了一种新的测量装置的设计方案。

　　4　新方案的设计

　　从活塞位移测量的根本要求入手分析，主要有3点要求：(1)实现对活塞位移的准确测量;(2)测量结果不能受活塞径向转动的影响(活塞在工作中可能会出现径向转动);(3)结构简单，安装方便，使用性不受安装误差的影响。

　　为满足以上3点要求，新方案采用了磁致伸缩位移传感器。

　　4.1　磁致伸缩位移传感器

　　磁致伸缩位移传感器是利用铁或镍在磁场作用下具有伸缩能力的特性而设计的线性位移传感器，它主要由活动磁环、脉冲检测器、具有磁致伸缩特性的波导管及电子系统组成。测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被检测器所检测到。由于这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比，通过测量时间，就可以准确地确定这个距离。磁致伸缩位移传感器工作原理如图2所示。