[發明專利]一種與瀝青路面材料協同變形的應變傳感器

在審

• 申請號: 202211312667.6
• 申請日: 2022-10-25
• 公開（公告）號: CN115854852A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 趙永利;韓東東
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 胡杰

本發明公開了一種與瀝青路面材料協同變形的應變傳感器，涉及傳感器技術領域，其技術方案要點是包括彈性敏感元件、電阻應變片、端部法蘭、封裝外殼、柔性層。封裝外殼采用柔性層包裹，封裝外殼與端部法蘭采用組裝式連接方式，封裝外殼與端部法蘭在測量方向可以自由滑動，在垂直測量方向相互約束，消除了封裝外殼的加筋作用，封裝外殼的尺寸按照彈性敏感元件與應變傳感器占據的路面材料具有相同抗拉剛度原則進行確定，保證了彈性敏感元件與路面材料變形一致，彌補了傳統應變傳感器與路面材料難以協調變形的局限性，測量結果能夠直接真實反映路面結構實際狀態，不需要對傳感器進行二次標定。

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，具體涉及一種與瀝青路面材料協同變形的應變傳感器。

背景技術

在交通荷載反復作用下，瀝青路面逐漸出現疲勞損傷、反射裂縫、車轍等多種病害形式，歸根結底是路面結構應力應變累積造成材料性能衰退，因此獲取瀝青路面服役過程中實際行車荷載作用下結構層應力應變響應，能夠指導路面結構設計、解釋路面力學破壞機理、制定路面養護決策，是建立長壽命路面結構設計體系重要組成部分，埋入式應變傳感器已經成為路面結構健康監測的主要觀測手段。

而現階段瀝青路面采用的埋入式應變傳感器，為了防止施工階段壓路機鋼輪振動碾壓及服役階段重載交通作用導致傳感器內部敏感元件破壞，通常采用模量較大的鋼材作為傳感器封裝外殼，使得傳感器在路面結構中存在加筋作用，約束了傳感器周圍瀝青混合料變形，測量輸出結果與實際路面結構狀態不一致，影響對路面結構真實狀態認識。

同時由于傳感器約束作用，在傳感器與周圍路面材料的界面處產生應力集中現象，在反復行車荷載作用下，容易造成傳感器與周圍路面材料分離。

在公開號為CN101592474A的中國發明專利中，提出了一種瀝青路面材料與光纖光柵傳感器協同變形的評價方法，該方法基于小變形純彈性梁的假設，根據理論計算應變修正應變傳感器的輸出結果，但是要求埋入式應變傳感器必須要先植入四點彎曲梁進行二次標定，才能進行實際路面結構監測應用，其操作流程繁瑣復雜，難以推廣。

因此亟待出現一種能夠對路面結構狀態認知真實的，計算流程簡單且易于推廣的應變傳感器。

發明內容

本發明的目的是提供一種與瀝青路面材料協同變形的應變傳感器，其為了解決現有的瀝青路面用應變傳感器不能與路面材料協調變形導致測量結果與路面實際狀態存在差異，進而提出一種與瀝青路面材料協同變形的應變傳感器，確保傳感器的輸出真實反映路面結構的實際狀態，達到準確測量路面應變的目的。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種與瀝青路面材料協同變形的應變傳感器，包括：

彈性敏感元件，設于應變傳感器內，整體為扁平長方體片狀結構，用于感受瀝青路面形狀變化并與其同步發生形變；

電阻應變片，貼合固定在彈性敏感元件中間位置，用于收集并傳遞彈性敏感元件產生的形變數據；

端部法蘭，呈長方體結構，于彈性敏感元件的兩端對稱設有兩個；

封裝外殼，呈扁平長方體形狀，于彈性敏感元件的扁平兩側面對稱設有兩個，用于配合端部法蘭完成彈性敏感元件及電阻應變片的固定封裝；

柔性層，嵌套于封裝外殼表面，用于保護應變傳感器內部。

進一步設置：封裝外殼貼合彈性敏感元件的一側面開設有沿彈性敏感元件長度方向延伸的矩形凹槽，兩個封裝外殼上的矩形凹槽相互配合以容納彈性敏感元件。

進一步設置：封裝外殼上開設有位于矩形凹槽兩側并與矩形凹槽平行的橫向半圓凹槽，橫向半圓凹槽關于彈性敏感元件的中線對稱設有兩組；端部法蘭對應橫向半圓凹槽位置設有凸圓柱體，凸圓柱體的形狀和數量均與橫向半圓凹槽相互適配，以完成二者的嵌合連接。