[發明專利]表面變形分布測試傳感元件

無效

• 申請號: 201110218851.X
• 申請日: 2011-08-02
• 公開（公告）號: CN102305587A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 廖波;周國慶;趙光思;陳國舟;王承來;商翔宇
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 程化銘

技術領域

本發明涉及變形測試傳感技術領域，尤其是一種適用于巖土介質及結構表面變形的測試的表面變形分布測試傳感元件。

背景技術

在巖土力學與工程基礎研究領域，模型試驗和試樣試驗中均需要進行變形物理量的量測。模型試驗測試主要包括裂紋發展與破壞演化等；試樣試驗測試主要包括試樣體變、應變局部化、破壞面（帶）的形成及漸進破壞過程等。傳統變形量測方法主要采用基于彈性、均勻、連續和小變形假設的電阻應變片、應變式引伸傳感器、差動電阻式應變計、電感式應變傳感器、弦式應變傳感器、混凝土應變計及光纖傳感器等。該類傳感器大多僅具有單點測試功能。長期試驗研究與工程實踐表明，目前采用的變形傳感器普遍存在以下兩個關鍵問題：(1)?各類變形傳感器敏感元件原理各異、傳感器與待測介質剛度不匹配；單個傳感器一般只能測得單點信息，無法獲得場量特征，即大多信息“測不準”；(2)?現有測試傳感器無法量測巖土介質非線性變形及其分布、裂紋及破壞（剪切）帶孕育及演化等對于現代基礎科學研究越來越重要的參數，即諸多信息“測不到”。因此，現有傳感技術已不適應巖土介質表面變形，特別是非線性大變形分布的量測。

發明內容

技術問題：本發明的目的是克服已有技術中的不足，提出一種結構簡單、能夠測試巖土介質及結構表面變形分布及變化的傳感元件。

技術方案：本發明的表面變形分布測試傳感元件，包括柔性傳感薄膜、柔性傳感薄膜的周圍均勻布有若干與導線相連接的電極，柔性傳感薄膜上下表面及電極連接處分別附著一層柔性絕緣層。

所述的柔性傳感薄膜由導電橡膠復合材料制作而成；所述的柔性絕緣層由硅橡膠制作而成。

有益效果：采用由導電橡膠復合材料制作而成的柔性傳感薄膜、均勻間隔布置在柔性傳感薄膜四周的電極、與電極連接的導線及附著于柔性傳感薄膜上下面的柔性絕緣層。導電橡膠復合材料使用橡膠作為材料的基體，使用的導電相可以是導電炭黑、碳納米管或碳納米纖維等；具有柔性大變形的特點，制作的傳感薄膜可實現超薄化，并具有應變敏感性的特點。由于柔性傳感薄膜具有柔性（低彈模、剛性低）的特點，當其被粘貼于巖土介質表面時，巖土介質變形柔性傳感薄膜也跟隨其同步變形，其電阻率將產生變化，變形大小的不同，電阻率的變化將不同，便可通過測試此電阻率的不同來判斷巖土介質表面變形的大小。四周布置的電極及導線用來量測柔性傳感薄膜的電阻率變化信息。柔性絕緣層附著于柔性傳感薄膜的上下表面，用于防止外界接觸物對柔性傳感薄膜電性能的影響，起到絕緣、密封等作用；柔性絕緣層利用橡膠制作而成，其剛性（或彈性模量）應大于傳感薄膜，以實現巖土介質表面與柔性傳感薄膜之間變形的有效傳遞。傳感元件使用時，將導線與測試儀器連接，傳感元件粘貼于巖土介質表面，當巖土介質表面產生變形時，傳感元件產生同樣的變形，傳感薄膜不同位置處的電阻率將產生變化；便可通過已有文獻中公開的電阻抗成像技術對這種變化進行采集測試及進行相關的計算，得到各位置處的電阻率變化以反推出各位置處變形的大小，得到巖土介質表面變形分布。具有如下優點：

1、傳感元件使用的柔性傳感薄膜，具有結構薄、應變精度高、大量程及成本低的特點；

2、柔性傳感薄膜具有較高的柔順性，可以貼附在任意形狀的巖土介質表面進行變形分布的量測；

3、可以通過密布電極實現較高的分辨率，理論上，四周間隔布置的電極越多，通過電阻抗成像技術計算出的應變精度和分辨率越高；

4、可實現大面積表面變形分布的測量。理論上，傳感元件的面積可以根據需要做成任意大小，實現大面積表面變形分布的測量。

附圖說明

圖1為本發明的傳感元件實施例1的平面結構示意圖。

圖2為本發明的傳感元件實施例2的平面結構示意圖。

圖3為圖1和圖2的A-A剖面結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施例作進一步的描述：