CN1945272A - 一种测量回弹仪冲击动能的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到用来测量回弹仪冲击动能的一种方法及装置，属于回弹仪的计量检定/校准领域，其通过直接测量弹击锤撞击时弹击导杆传递的弹击锤冲量，利用冲量－动量守恒定律(或等价的牛顿第二定律的微分或积分形式)，计算得到弹击锤在撞击弹击杆时的撞击速度，直接得到回弹仪的冲击动能，从而实现对回弹仪的计量检定/校准。由于本发明是直接测量得到回弹仪的冲击动能，不但解决了目前回弹仪的计量检定/校准方法中存在的量值溯源问题，而且该方法不受回弹仪类型的限制，采用一套测量设备即可进行各种回弹仪的冲击动能测试，降低了测量成本，也较目前传统的计量检定/校准方法更快捷、方便。

Description

一种测量回弹仪冲击动能的方法及装置

技术领域

本发明涉及到用来测量回弹仪(一种土木工程领域中用于测试建筑材料的强度的仪器)冲击动能的一种方法及装置，属于回弹仪的计量检定/校准领域。

背景技术

在土木工程领域中，常常采用一种强度测试仪器——回弹仪，通过以一定的冲击能量弹击建筑材料表面后的回弹值，来测试诸如混凝土、砂浆、砖等建筑材料的强度。按回弹仪冲击动能给出的回弹仪能量标称值是回弹仪的一个重要指标，其直接影响测量结果的准确性，因此回弹仪的能量标称值是回弹仪计量检定/校准的一个主要参数。

由于以前没有实际测量回弹仪冲击动能的有效方法和装置，虽然回弹仪的能量标称值是按冲击动能给出的，但在目前传统的回弹仪计量检定/校准方法中，对于回弹仪的冲击动能标称值的测试，仍是根据具有一定刚度的弹击拉簧在规定拉伸长度下储存的弹性势能等价计算得到的，在对回弹仪进行检定/校准时，只要在静力条件下测量的弹击拉簧刚度和工作长度满足相应的要求，也就默认回弹仪的标称冲击动能得到了满足。而实际回弹仪的冲击动能不仅与弹击拉簧的刚度和长度有关，还受非静力条件下弹击锤和弹击拉簧的惯性质量、弹击拉簧的力学性能、弹击锤与导杆的摩擦力等因素影响，因而实际回弹仪的冲击动能与按传统的拉簧静力势能“等价”换算的冲击动能有一定的差距。

由于目前的回弹仪检定/校准采用的是上述非直接测量回弹仪冲击动能的方法，其对回弹仪的冲击动能标称值的计量检定/校准时忽视了动力学和静力学的差异，目前回弹仪计量检定/校准还规定了回弹仪必须在一定硬度的钢砧上、以弹击锤的回弹高度达到其工作冲程的一定程度作为合格标准，这也是传统方法无法建立明确的量值溯源链的根本所在。另外，采用传统的测量方法对于不同类型的回弹仪，由于弹击拉簧的刚度、安装尺寸不同，需要配备不同的计量检定/校准测量设备，测量费时成本高。

发明内容

基于上述目前回弹仪计量检定/校准时存在的问题，本发明的目的是提出一种测量回弹仪冲击动能的方法及装置，通过该方法和装置，直接测量计算得到回弹仪的冲击能量，进而解决回弹仪冲击动能的量值溯源问题。

本发明是通过直接测量弹击锤撞击时经弹击导杆传递的弹击锤冲量，利用冲量-动量守恒定律(或等价的牛顿第二定律的微分或积分形式)，计算得到弹击锤在撞击弹击杆时的撞击速度，直接得到回弹仪的冲击动能，从而实现对回弹仪的计量检定/校准，其具体方法步骤为：

(1)测量回弹仪弹击锤的质量m；

(2)利用安装于钢砧上、可感应冲击力的传感器，以及和传感器相连的冲击力信号采集记录装置，测量记录回弹仪沿固定于钢砧上的导向装置对传感器进行冲击时，经回弹仪弹击杆传递的冲击力F(t)；

(3)利用公式 $I={\∫}_b^{e}F\left(t\right)\mathrm{dt}$ 计算得到弹击锤的冲量I，其中t_b、t_e分别为弹击杆的冲击起始时刻和结束时刻；

(4)利用公式 $V=\frac{I}{2m}$ 计算得到弹击锤冲击时的速度V；

(5)利用公式 $E_k=\frac{1}{2}m{V}^2$ 计算得到弹击锤的冲击动能E_k。

目前对回弹仪冲击动能的检定/校准方法是通过测量静力条件下弹击拉簧刚度及其工作长度的方法来换算得到回弹仪的冲击动能的，是一种非直接测量方法，且未考虑实际存在的动力学影响，无法建立明确的量值溯源链；而由于本发明是直接通过测量得到回弹仪的冲击动能，不但实现了回弹仪的计量检定/校准的量值朔源问题，而且该方法不受回弹仪类型的限制，不同类型的回弹仪不需要配备不同的计量检定/校准测量设备，采用一套测量设备即可进行各种回弹仪的冲击动能测试，降低了测量成本，也较目前传统的检定/校准方法更快捷、方便。

下面结合测量装置的具体实施例对本发明作进一步的阐述。

附图说明

图1为本发明测量装置工作原理示意图。

图2为利用图1所示装置测得的冲击力信号时域曲线。

具体实施方式

其具体实施方法、步骤为：

(1)测量图1中欲计量检定/校准的回弹仪A的弹击锤A1的质量m；

(2)如图1所示，将回弹仪A沿固定于钢砧U1上的导向装置U5对安装于钢砧U1上的测力传感器U2进行冲击，利用通过信号线U3和传感器U2相连的冲击力信号采集记录装置4，得到图2所示的弹击杆A2的冲击力F(t)；

(3)对图1所示测量装置得到的图2所示的F(t)曲线进行数值积分计算，得到弹击杆的冲量I；

(4)利用公式 $V=\frac{I}{2m}$ 计算得到弹击锤冲击时的速度V；

(5)利用公式 $E_k=\frac{1}{2}m{V}^2$ 计算得到弹击锤的冲击动能E_k。

本发明中测量冲击力的传感器是不限定的，其可以采用电阻应变式、压电式、压阻式等类型。

Claims (3)

1、一种测量回弹仪冲击动能的方法，其特征在于其是通过直接测量弹击锤撞击时弹击导杆传递的弹击锤冲量，利用冲量-动量守恒定律(或等价的牛顿第二定律的微分或积分形式)，计算得到弹击锤在撞击弹击杆时的撞击速度，直接得到回弹仪的冲击动能，从而实现对回弹仪的计量检定/校准。

2、一种测量回弹仪冲击动能的方法，其特征在于其是通过测量回弹仪弹击锤的冲量，利用测得的弹击锤冲量计算得到弹击锤的冲击动能，从而实现对回弹仪的计量检定/校准，其具体步骤为：

(1)测量回弹仪弹击锤的质量m；

(2)利用可测量冲击力的传感器测量回弹仪在冲击时经回弹仪弹击杆传递的冲击力F(t)；

(3)利用公式 $I={\∫}_b^{t_e}F\left(t\right)\mathrm{dt}$ 计算得到弹击锤的冲量I，其中t_b、t_e分别为弹击杆的冲击起始时刻和结束时刻；

(4)利用公式 $V=\frac{I}{2m}$ 计算得到弹击锤冲击时的速度V；

(5)利用公式 $E_k=\frac{1}{2}m{V}^2$ 计算得到弹击锤的冲击动能E_k。

3、一种测量回弹仪冲击动能的装置，该装置的组成和特征在于：

一个固定安装测量弹击锤冲击力传感器的钢砧；

一个固定于钢砧上、测量弹击杆冲击力的传感器；

一个固定于钢砧上、用于引导回弹仪冲击时与测力传感器保持在同一轴线的导向装置；

一个与传感器相连的冲击力信号采集记录装置。

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