[發明專利]一種基于惠斯通全橋原理的結構損傷識別傳感器及結構損傷識別方法

在審

• 申請號: 201910317088.2
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN110031085A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 崔洪宇;杜海越;殷玉梅;趙峰源
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;大連海洋大學
• 主分類號: G01H11/06
• 分類號: G01H11/06;G01N29/04;G01N29/24
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于應變片傳感器技術領域，提供一種基于惠斯通全橋原理的結構損傷識別傳感器及結構損傷識別方法，該結構損傷識別傳感器包括電阻應變傳感器s₁、電阻應變傳感器s₂、電阻應變傳感器s₃、電阻應變傳感器s₄、柔性基底、保護層和導線。本發明將四個電阻應變傳感器進行組合并根據惠斯通全橋原理連接成一種組合式傳感器，結合模態參數算法進行結構損傷識別，有效提高測量的靈敏度和精確度，穩定性較好；且各電阻應變傳感器之間進行溫度自補償，不需要連接額外的溫度補償片。本發明的結構損傷識別傳感器可以測量多個方向的應變，蘊含結構的損傷信息更加豐富；制作簡單，成本低，有利于應用在結構損傷識別方面。

技術領域

本發明屬于應變片傳感器技術領域，涉及一種基于惠斯通全橋原理的結構損傷識別傳感器及結構損傷識別方法，應用在基于應變模態的結構振動損傷識別中結果良好。

背景技術

在結構健康監測領域，利用傳感器獲得的結構模態參數是衡量結構是否發生損傷的重要標志。目前多采用應變片粘貼在結構表面，測量結構表面的應變信號來獲得應變模態參數，并且通過結構在健康和損傷狀態下應變模態參數的改變來確定損傷的位置。

電阻式應變傳感器可以將結構振動的應變信號轉換成電信號，再通過動態信號采集系統對其產生的電信號進行采集，并結合現有的算法對采集的信號進行處理和計算分析，進而得到結構的應變模態參數。目前，提取結構模態參數比較成熟的算法有峰值拾取法、特征系統實現算法等。在實際工程測試中要求傳感器測量精度高，同時成本低，測試設備易操作。電阻式應變傳感器具有價格低廉，品種多樣，便于選擇和大量使用等優點，被廣泛應用于實驗研究和實際工程測量。

然而，在結構損傷診斷中，使用單片電阻式應變傳感器進行損傷診斷時存在一些不足：測量精度和對損傷的靈敏度不高，測量過程中必須額外溫度補償，在進行損傷識別時效果不好。

發明內容

為解決上述單片應變傳感器使用時存在的不足，本發明提出一種基于惠斯通全橋原理的結構損傷識別傳感器及結構損傷識別方法，該結構損傷識別傳感器是一種基于惠斯通全橋原理的組合式電阻應變傳感器。

本發明的技術方案為：

一種基于惠斯通全橋原理的結構損傷識別傳感器，包括電阻應變傳感器s₁1、電阻應變傳感器s₂2、電阻應變傳感器s₃3、電阻應變傳感器s₄4、柔性基底5、保護層12和導線；

電阻應變傳感器s₁1、電阻應變傳感器s₂2、電阻應變傳感器s₃3和電阻應變傳感器s₄4按順時針依次粘貼在柔性基底5四條邊的中點處，四個電阻應變傳感器的一側均含有兩個引線端，電阻應變傳感器含有引線端的一側均朝向柔性基底5的中心；按照惠斯通全橋原理，通過導線將電阻應變傳感器s₁1和電阻應變傳感器s₄4各自一個引線端連接在端子A7上，并通過端子A7引出接線端子E+；通過導線將電阻應變傳感器s₁1的另一引線端和電阻應變傳感器s₃3的一個引線端連接在端子B8上，并通過端子B8引出接線端子V+；通過導線將電阻應變傳感器s₂2的一個引線端和電阻應變傳感器s₄4的另一引線端連接在端子C9上，并通過端子C9引出接線端子V-；通過導線將電阻應變傳感器s₂2另一引線端和電阻應變傳感器s₃3另一引線端連接在端子D10上，并通過端子D10引出接線端子E-；所述端子E+、端子V+、端子V-和端子E-組成引出端子11，用于連接應變橋盒；連接完成后在上方覆蓋粘貼保護層12；

其中，四個電阻應變傳感器的型號、阻值和靈敏度均相同；柔性基底5和保護層12均采用酚醛環氧樹脂制作，粘結劑選用環氧樹脂。