[发明专利]复合压阻式土应力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合土应力传感器，特别是涉及一种复合硅压阻式土应力传感器技术。

背景技术

所谓的土应力就是指土体(包括土壤、沙石、混凝土、山体、水坝的坝基、桥梁的桥基、道路的路基、楼房的房基等)在受到重物(包括楼房、桥梁、水库的蓄水、公路上的车辆等)的压迫、在其内部产生的应力。随着科学技术的发展，尤其是建筑业的发展，促使人们对土体承载能力、土壤与结构物相互作用关系产生极大兴趣。这就提出了如何准确地测量土应力问题。

国外早在1913年前后就着手研究土应力的测量，后来发展到各主要国家的运输、水道、建筑、桥梁、工程、大学等部门都设立了相关的研究机构。国内大约从六十年代初期才着手研制，目前从土应力传感器原理、结构形式来说：有活塞式、变电阻式、变电容式、变磁阻式、压电式、压磁式、振弦式等。

硅压阻式压力传感器诞生于20世纪50年代，以后随着集成电路技术的成熟而开始实用化，随着它的设计技术、信息处理技术和微机械加工技术的发展而不断扩大其应用领域。本发明就是将成熟的硅压阻式压力传感器引入土应力研究领域，制作了复合压阻式土应力传感器。一般的土壤或多或少的含有水分，所以通常的土应力传感器所测量的结果是土壤的应力和土壤中水分对传感器所造成的压强之和；称为总应力；由于各地、各地的不同时期土壤中所含的水份是不同的，所以用总应力不能代表有效应力，这就需要同时测量土壤中的渗透水压力，该复合压阻式土应力传感器兼有同时测量总应力和渗透水压力的复合传感器，可以较好的满足这一需求。

发明内容

本发明就是将成熟的硅压阻式敏感元件引入到土应力力学研究领域，制作了复合压阻式土应力传感器，本发明提供了一种复合压阻式土应力传感器，它的优点在于它可以更准确地测量土体的有效应力，并采用集成电路技术和模块化技术来大批量生产，具有一致性好、廉价、低频特性好、信号处理简单、方便等特点。

本发明的技术方案是这样实现的：一种复合压阻式土应力传感器，由壳体、分别设置于该壳体的用于感受土体应力的应力敏感组件和用于测量渗透水的水压敏感组件组成，其中：

1)该应力敏感组件为具有惠斯通电桥结构的第一硅敏感芯片，该应力敏感组件受压面面对该壳体的正面，该壳体的正面外侧焊固有感受土应力的弹性体，并与该应力敏感组件受压面之间形成的密封腔体填充有压力传递介质；

2)该水压敏感组件为具有惠斯通电桥结构的第二硅敏感芯片，该水压敏感组件受压面面对该壳体的背面，位于该水压敏感组件受压面的该壳体背面部位安装有透水石。

作为本发明的进一步改进，该壳体为呈扁平状的铲形壳体。

作为本发明的进一步改进，该应力敏感组件还包括玻璃环、第一转接板和应力模块壳体，该应力模块壳体旋固于该铲形壳体背面并且具有连通该压力传递介质的台阶中心孔，该第一硅敏感芯片背压面通过该玻璃环密封固定于该应力模块壳体之台阶中心孔内侧，该第一硅敏感芯片上的压力应变电阻通过金丝内引线连接到固定于该台阶中心孔外侧的该第一转接板后，外接引出电缆，该引出电缆经设于该第一转接板上的信号调理电路后外接输出电缆。

作为本发明的进一步改进，该压力传递介质为硅油，该铲形壳体的背面设有填充该硅油的充油机构，该充油机构为充油通道和密封塞，该充油通道连通到该弹性体与该应力敏感组件受压面之间形成的密封腔体。

作为本发明的进一步改进，该水压敏感组件还包括玻璃环和环行转接板，该水压敏感组件固定于该铲形壳体背面的台阶孔内，该第二硅敏感芯片的背压面通过该玻璃环密封固定于该台阶孔内侧而其受压面通过该环行转接板和透水石连通被侧介质，该第二硅敏感芯片之压力应变电阻通过金丝内引线连接到固定于该台阶孔外侧的该环行转接板后，外接引出电缆，该引出电缆经设于该环行转接板上的信号调理电路后外接输出电缆。

作为本发明的进一步改进，该透水石的外侧设有保护衬板，该保护衬板通过螺钉旋固在该铲型壳体背面，相对该透水石，该保护衬板上设有花型小孔便于该透水石渗透水。

作为本发明的进一步改进，该应力敏感组件和该水压敏感组件分别设有两温度补偿，该两温度补偿为分别焊接在第一转接板和环行转接板上的两调整电阻。

作为本发明的进一步改进，该应力敏感组件和该水压敏感组件中的信号调理电路具有0～5VDC、1～5VDC或4～20mADC标准的传感器输出信号。

作为本发明的进一步改进，该壳体为不锈钢材质制成。