HBM 测试和测量设备用于测量海浪冲击海堤过程产生的力

加泰罗尼亚理工大学海堤模型
海堤模型侧面

在海平面上升时,可靠且坚固的海堤 是非常重要的。然而,当海浪冲击海堤的时候会产生多大的力? 科学家们目前只是按照公式来计算力和压力 - 但是,没有实验数据来证实。

现在,西班牙巴塞罗 加泰罗尼亚理工大学的科学家,已经开发出一种实验方法来测量海浪在冲击过程产生的力。

HBM 的 力和压力传感器,以及高品质的测量放大器在实验中起到了举足轻重的作用。

将压力传感器定位在海堤模型上

模型的前墙
模型上的 HBM 压力传感器
海浪冲击海堤模型

海浪对垂直墙的冲击过程非常快速且剧烈。测量海浪产生的冲击力对于正确地设计海堤和混凝土结构极为重要。

为此,加泰罗尼亚理工大学 海洋工程实验室 建立了一个 实验模型,其采用 6个 P8AP 压力传感器 定位在冲击区,以测量垂直压力。

该结构还采用了两个 Z6C3 称重传感器以测量总冲击力和海浪产生的动力

P8AP 绝压传感器

P8AP 是一种基于应变原理的 绝压传感器,量程为10 bars,精度等级为 0.3。 保护等级为 IP67, 这意味着着其可以防风雨,但是不能放水,因此需要采用一个隔离盒来进行防水

在前墙上钻取了 20 个洞,以尝试不同的压力传感器布局。六个洞置入压力传感器,剩下的用螺栓堵住,以保证前墙是防水的。

通过多次测试,最终将六个压力传感器垂直排列,彼此之间间距 25 mm.

采用 Z6 称重传感器

采用的 Z6 称重传感器 额定量程为 50 kg,精度为 0.009%。其被固定在前述的网状结构和保护盒中。

在测试中,机械连接是刚性的,这是非常重要的,以保证在测量过程中,任何力都不会被吸收。另外,测试模型本身是需要是超结构的,要保证在冲击时产生足够小的变形。称重传感器的硬度要远远低于网状结构,只有这样,传感器本身才会产生变形,才能正确测量海浪产生力的大小。

两个称重传感器在两个不同位置的耦合是必要的,只有这样才能获得力的时间序列。

一个数据采集系统连接所有的传感器

时间/压力比
力/频率比
压力和负载数据

由于 冲击过程非常快 (数毫秒), HBM QuantumX MX840 8通道放大器 成为了最佳选择,其每个通道的最大采样率高达19200 Hz。所有的压力传感器和称重传感器都通过 QuantumX 采集并通过 catmanEasy 软件来控制。

6个压力传感器和两个称重传感器都连接到 一个数据采集系统中,高采样率是至关重要的,只有这样才能比对两者获取的结果。

验证结果是通过两者之间的比较来完成的,也就是通过比对称重传感器和 P8AP 的 压力分布积分。

初步的结果 压力传感器的积分和称重传感器测试结果一致性很高。这表示无需提高测试采样率。但是由于压力传感器会受到水和空气混合物的影响,产生空气压缩力,

为解决这个问题,传感器的测量接触部分将被填充甘油和真空,以避免真空膜的任何振动。

实验的下一步将是改善压力传感器,以获得更精确的测试结果。

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