[發(fā)明專利]靜電式自供能應(yīng)變柵格傳感器有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201811308827.3 | 申請日： | 2018-11-05 |
| 公開（公告）號： | CN109470133B | 公開（公告）日： | 2019-09-06 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 張鶴;全力威;張計煒;張治成 | 申請（專利權(quán)）人： | 浙江大學(xué) |
| 主分類號： | G01B7/16 | 分類號： | G01B7/16 |
| 代理公司： | 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200 | 代理人： | 黃歡娣;邱啟旺 |
| 地址： | 310058 浙江*** | 國省代碼： | 浙江;33 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 滑片 傳感陣列 滑槽 傳感單元 靜電式 應(yīng)變柵 自供能 傳感器 分段 應(yīng)變測量裝置 測量精度高 應(yīng)用范圍廣 待測構(gòu)件 額外提供 結(jié)構(gòu)應(yīng)變 輸出電流 裝置結(jié)構(gòu) 固定端 固定連 位移計 下端部 標(biāo)定 電源 測量 輸出 | ||
本發(fā)明提供一種靜電式自供能應(yīng)變柵格傳感器，用于測量待測構(gòu)件的應(yīng)變，裝置結(jié)構(gòu)包括滑槽和滑片，所述滑槽固定于固定端，且滑槽內(nèi)側(cè)底部布置有傳感陣列；所述滑片固定連接待測構(gòu)件，滑片下端部與滑槽內(nèi)側(cè)底部相接觸。當(dāng)滑片劃過傳感陣列時，將會輸出一個對應(yīng)的電信號，通過該信號所示的傳感陣列中的傳感單元的編號和輸出電流大小，可得到滑片劃過的分段個數(shù)和在單個傳感陣列上的傳感單元上劃過的距離，進而來求得結(jié)構(gòu)應(yīng)變。相比其他應(yīng)變測量裝置來說，分段位移計具有結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用范圍廣、測量精度高、無需額外提供電源等優(yōu)點，并且創(chuàng)造性地解決了按電信號標(biāo)定應(yīng)變的結(jié)果不穩(wěn)定的問題。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及用于一種靜電式自供能應(yīng)變柵格傳感器裝置。
背景技術(shù)
結(jié)構(gòu)的應(yīng)變測試是工程人員進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，了解結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)以及保證結(jié)構(gòu)安全的一個很重要的環(huán)節(jié)。在現(xiàn)今的土木工程行業(yè)中，應(yīng)變測量儀器廣泛地應(yīng)用于橋梁、鐵路、大壩以及各種建筑設(shè)施的應(yīng)變測量。目前常用的應(yīng)變測量儀器主要有千分表應(yīng)變計、電阻應(yīng)變計、振弦式傳感器，等等。其中，如采用千分表應(yīng)變計，由于標(biāo)注長度以及安裝的限制，在實際應(yīng)用中受限較大；如采用電阻應(yīng)變計，具有非線性，輸出信號微弱，抗干擾能力較差，受環(huán)境影響較大，且其只能測構(gòu)件表面一個點沿某個方向的應(yīng)變而不能進行全域性測量；如采用振弦式傳感器，則對傳感器材料及加工工藝要求較高，且測量精度較低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種靜電式自供能應(yīng)變柵格傳感器，能夠用于應(yīng)變的測量，并且無需額外提供能源，能夠?qū)⒋郎y構(gòu)件變形能轉(zhuǎn)化為電能并以電信號的形式輸出，同時還具備精度高、應(yīng)用范圍廣、易加工、成本低廉和操作簡便的特點。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種靜電式自供能應(yīng)變柵格傳感器，用于測量待測構(gòu)件的應(yīng)變，其特征包括一U形的滑槽，滑槽上端開口，并插有一滑片；滑片與滑槽底面平行，長度相等；所述滑片底面固定一垂直于所述滑片的滑板；滑板與所述滑片的滑動方向垂直；所述滑槽的頂面一端通過連接構(gòu)件固定于待測構(gòu)件，滑槽底面布置有由多個平行于所述滑板的條狀傳感單元組成的傳感陣列；所述滑片從滑槽的另一端插入，末端固定于待測構(gòu)件；所述滑板下端也具有條狀傳感單元；所述傳感陣列中的傳感單元以及滑板下端的傳感單元均依次布置有金屬電極層和介電材料層組成，且所述傳感陣列中的傳感單元以及滑板下端的傳感單元的介電材料層相互接觸，且兩者極性相反。滑板下端的金屬電極層與電流表相連后，與多個并聯(lián)的指示燈相連接，且每個指示燈都分別連接傳感陣列中的一個傳感單元的金屬電極層。
進一步地，所述連接構(gòu)件都通過膠黏劑固定于待測構(gòu)件。
進一步地，所述指示燈和電流表均集成在所述滑槽的背面。
進一步地，所述的滑槽、滑片與滑板均由絕緣材料制成。
進一步地，傳感陣列中的各個傳感單元寬度相同，且相鄰兩個傳感單元之間的間距與傳感單元的寬度相同?；宓暮穸扰c所述傳感單元的寬度相同。
進一步地，t時刻的應(yīng)變值通過以下公式計算得到：ε(t)＝Δx(t)/l1；
其中，Δx(t)表示t時刻的位移量，l1為滑槽(1)的長度。
Δx(t)＝Δx1(t)+Δx2(t)；Δx1(t)表示粗位移，通過指示燈的位置來確定；Δx2(t)表示精細(xì)位移，根據(jù)電流值來確定。
Δx1(t)＝(|k|-1)×l0，其中k表示亮的指示燈的序號，l0為傳感單元寬度；
Δx2(t)＝f(IRk)，Rk表示第k個指示燈的電阻，I表示電流表示數(shù)，f()為兩個相互接觸的傳感單元之間的位移與輸出電壓的函數(shù)關(guān)系式。
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