[實用新型]一種智能長標距應變傳感器

有效

• 申請號: 201320621346.4
• 申請日: 2013-10-09
• 公開（公告）號: CN203489836U
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 楊才千
• 申請（專利權）人: 楊才千
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本實用新型涉及智能傳感與監測、信息處理及土建交通工程的技術領域。

背景技術

電阻應變片有多種形式，常用的有絲式和箔式。它是由直徑為0.02～0.05mm的康銅絲或者鎳鉻絲繞成柵狀（或用很薄的金屬箔腐蝕成柵狀）夾在兩層絕緣薄片（基底）中制成，用鍍錫銅線與應變片絲柵連接作為應變片引線，用來連接測量導線。電阻應變片的測量原理為：金屬絲的電阻值除了與材料的性質有關之外，還與金屬絲的長度，橫截面積有關。將金屬絲粘貼在構件上，當構件受力變形時，金屬絲的長度和橫截面積也隨著構件一起變化，進而發生電阻變化。

根據歐姆定律，電阻應變片的傳感原理：ΔR/R=K*ε

其中，K為電阻絲的應變靈敏系數，其物理意義是單位應變的電阻變化率，標志著該類電阻絲電阻應變片效應顯著與否。ε為測點處應變，為無量綱的量，但習慣上仍給以單位微應變，常用符號με表示。由此可知，金屬絲在產生應變效應時，應變ε與電阻變化率ΔR/R成線性關系，這就是利用金屬應變片來測量構件應變的理論基礎。

電阻應變片雖然已在工程和實驗室中被廣泛運用，但在實際應用中普遍存在以下方面問題：

1）耐久性不足。傳統電阻應變片的封裝一般采用絕緣紙，在較惡劣環境下受損傷嚴重，因此不適合長期實時監測，很難滿足長期結構健康監測的需求。

2）傳感標距短、不適合分布式監測。傳統的應變片傳感標距短，一般只有5mm-10cm，通常只適合“點式”監測，而“點式”監測方法適合均質、小型結構，而對于大型、非均質的土木工程結構則需要進行改善或二次開發。

3）操作繁瑣。傳統的應變片除了粘貼應變片本身外，還包括粘貼接線端子、焊接等復雜程序。

4）需對溫度進行補償。傳統應變片需外設應變片對溫度進行補償，卻無法進行定位補償，這樣會影響測量準確度。

發明內容

本實用新型目的是能夠自行地進行溫度補償，測量一定標距內的有效應變，并能進行數據處理和無線傳輸；同時，該應變傳感器具有很好的耐久性和長期測量穩定性，適用于土建交通工程中各類結構（如橋梁、高層、大跨等）的檢測與監測。且制作方法簡單，成本低廉，測量儀器便宜，測量操作簡單，有效降低了結構的檢測費用。

一種智能長標距應變傳感器，包括傳感芯、智能模塊，傳感芯的一端與智能模塊連接；所述傳感芯由電阻絲和包覆在電阻絲外周的增強層組成，增強層可采用纖維增強復合材料制作；增強層的外周布置套管，套管的外周布置封裝層，封裝層可采用編織纖維復合材料制作；在封裝層的兩端，分別設置封裝錨固點；所述智能模塊由數據采集芯片和無線傳感器組成。

比較好的是，本實用新型的電阻絲包括至少兩根平行布置的第一電阻絲、第二電阻絲，第一電阻絲、第二電阻絲的外周分別包覆有增強層，增強層可以采用纖維增強復合材料制作，第一電阻絲、第二電阻絲分別呈U型，第一電阻絲、第二電阻絲之間設置連接點。

基于本實用新型的智能長標距應變傳感器的制造方法，包括如下步驟：

第一步：將電阻絲布置在模具內，然后在電阻絲的表面制作增強層；

第二步：將在表面制作了增強層的電阻絲穿置在套管內；

第三步，在套管的外周面制作封裝層，封裝層可以采用纖維增強復合材料等制作，封裝層的兩端分別固定封裝錨固點；

第四步：將第三步得到的電阻絲的一端連接智能模塊。

與現有的應變傳感器相比，本實用新型所提出的智能長標距傳感器具有以下優點：

1）測量性能與監測精度的改善與提高。首先，由于不同溫度系數或電阻系數電阻絲的使用，使得該傳感器能自行進行溫度補償，避免了傳統電阻應變片需對溫度進行專門補償及其產生的誤差，且由多種電阻絲制成的傳感芯可以在同一標段內測量出各個電阻絲的應變值，通過處理后可以求得最優化的應變值，大幅提高了測量精度。其次，電阻絲的絕緣增強以及其長標距化封裝后，也消除了因電阻絲蠕變等因素產生的測量不準確性，改善了測量精度。

2）抗腐蝕與耐久性的提高。首先，對電阻絲采用了高聚物以及纖維等高性能材料進行絕緣封裝增強，對電阻絲進行了良好保護，提高了傳感芯的耐久性；再者，封裝結構中采用了抗老化基體材料以及纖維材料，同時對傳感芯進行密閉封裝，有效提高了抗老化性能及耐久性，能夠對結構進行長期穩定監測，且該電阻傳感器可用于較惡劣的環境，如海洋環境、地下工程等。

3）測量范圍的增大。該應變傳感器能對結構進行分布式監測，能對大型結構的損傷進行定位和對局部的損傷進行定量化監測，避免傳統電阻應變片只適合“點式”監測的方式。