[發明專利]一種高靈敏度測力環傳感器

在審

• 申請號: 201810579270.0
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN108627289A
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 鄧年春
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;G01L1/24
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 王蕓;龐啟成

本發明公開了一種高靈敏度測力環傳感器，包括彈性體，所述彈性體上設有多個測量部件，所述測量部件包括與彈性體產生一致形變的測量段和設于測量段上的敏感元件；所述測量段包括第一測量段和第二測量段，在垂直于彈性體受力方向的截面上，所述第一測量段的截面積小于所述第二測量段的截面積；所述敏感元件位于第一測量段上。本發明中當彈性體發生形變時，第一測量段和第二測量段的應變是不一樣的，截面積大的應變敏感性差，截面積小的應變敏感性好；當敏感元件布置在第一測量段上時，則擴大傳感器的應變敏感性，而溫度的敏感性完全一樣，沒有變化，因而可提高傳感器測量精度。

技術領域

本發明涉及傳感器領域，具體涉及一種高靈敏度測力環傳感器。

背景技術

預應力錨索包括鋼絲索、鋼棒、鋼絞線索等結構，廣泛用于混凝土預應力筋、橋梁拉索或吊索、巖土錨索等建筑工程結構之中。錨索索力是評價預應力錨索工作狀態的一個重要指標，在張拉過程中常需要進行索力監控，使用過程中進行長期實時的監測。目前通常采用測力環傳感器對錨索索力進行測量,而測力環傳感器是在彈性體上安裝電阻應變片、光纖光柵、振弦傳感器而得到，使用時需預先安裝在錨具與錨墊板之間。

由于測力環傳感器長期受壓作用，且傳感器的高度較高，傳感器的彈性體安全系數大，最大量程的應力應變小，為上百個微應變。而溫度對鋼材的敏感系數為1.0×10^-5/℃，即每度的影響為10με，溫差大于10℃時，則溫度影響為100με，由此可見溫度的影響占結構自身的微應變占比很大，雖然存在參考傳感器法的溫度補償，但補償效果差，影響測量精度。因此，有必要提供一種靈敏度更加高的測力環傳感器。

發明內容

本發明目的在于：針對采用測力環傳感器對錨索索力進行測量時，存在測量靈敏度不夠，影響測量精度的問題，提供一種高靈敏度測力環傳感器，該傳感器具有較高的測量靈敏度，能夠滿足錨索索力的測量精度要求。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種高靈敏度測力環傳感器，包括彈性體，所述彈性體上設有多個測量部件，所述測量部件包括與彈性體產生一致形變的測量段和設于測量段上的敏感元件；所述測量段包括第一測量段和第二測量段，在垂直于彈性體受力方向的截面上，所述第一測量段的截面積小于所述第二測量段的截面積；所述敏感元件位于第一測量段上。

本發明通過在測力環傳感器的彈性體上設置多個測量部件，該測量部件包括與彈性體產生一致形變的測量段和設于測量段上的敏感元件；并通過將測量段設置為包括第一測量段和第二測量段，且在垂直于彈性體受力方向的截面上，第一測量段的截面積小于第二測量段的截面積，當彈性體發生形變時，第一測量段和第二測量段的應變是不一樣的，截面積大的應變敏感性差，截面積小的應變敏感性好；當敏感元件布置在第一測量段上時，則擴大傳感器的應變敏感性，而溫度的敏感性完全一樣，沒有變化，因而可提高傳感器測量精度。

需要說明的是，對于兩端固定安裝的測量部件，根據測量段的應變計算公式：其中N為軸向力，E為彈性模量，A為各測量段在垂直于彈性體受力方向上所對應的截面積，由于兩端安裝軸向力N大小一樣，材質彈性模量E一樣，且在安裝段內的總變形一樣，但在不同截面積的測量段上，變形分配的比例不一樣，所以截面積的大小決定著各測量段的應變，因而調整各測量段截面積的大小比例，可調整傳感器的靈敏度或測量量程。該方案摒棄了以往通過調整敏感元件及其封裝工藝來改變傳感器的靈敏度或測量量程的做法，且該方案實施簡單，實施成本低。

作為本發明的優選方案，所述測量段上有一個第一測量段，且第一測量段位于兩個第二測量段之間。通過在測量段上設置一個第一測量段，且第一測量段位于兩個第二測量段之間，由于第一測量段的截面積小于第二測量段的截面積，即該測量段呈兩端大中間小的結構，當測量段兩端固定時，由于敏感元件布置在第一測量段上，即可以提升測量靈敏度，同時由于結構對稱性，使得傳感器制造及安裝方便，第一測量段受力形變更加均勻，提高測量準確性。