[发明专利]一种用于监测/测量应力/应变的传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器。

背景技术

目前，在土木建筑中广泛使用的传感元件包括电测传感元件和光纤传感元件，电测传感元件的灵敏度较低、耐久性差、与混凝土相容性差，无法达到长期准确监测的目的。光纤传感元件测试辅助设备昂贵、复杂，其成活率低，而且也存在与混凝土相容性差、耐久性差的问题。

发明内容

本发明为了解决现有土木建筑中使用的传感元件的灵敏度低、与混凝土相容性差、耐久性差和无法达到长期准确监测的目的；光纤传感元件测试辅助设备昂贵、复杂，其成活率低的问题，提供了一种用于监测/测量土木工程领域应力/应变的传感器，解决上述问题的具体技术方案如下：

本发明的传感器由机敏水泥基材料和多个电极组成，多个电极呈片状、网状或环状，间隔埋在机敏水泥基材料内或粘贴、镀在机敏水泥基材料表面。

机敏水泥基材料由导电材料和水泥基材料的混合物构成，其组份按重量百分比导电材料为1～80％，余量为水泥基材料。

所述的导电材料由金属镍粉或按重量百分比由10％～70％的金属镍粉与短切碳纤维、碳纤维粉、钢渣、钢纤维、铜粉、石墨或碳黑的一种或多种任意比例组成。

电极采用金、银、铜、不锈钢及耐腐蚀、导电性能好的材料。

电极设置方式采用两电极、三电极或四电极。

本发明的有益效果是：在传统的水泥基材料掺入导电材料制成机敏水泥基材料，机敏水泥基材料在荷载的作用下，体积电阻会产生有规律的变化，掺入导电材料的水泥基材料能够通过电阻率的变化感知自身的应力/应变(力/变形)，应用机敏水泥基材料及合适形状、设置方式的电极材料可制成不同规格、形状、尺寸的应力/应变(力/变形)监测/测量传感元件，不仅能够监测/测量混凝土结构的应力(力)，还能对混凝土结构的应变(变形)进行监测/测量，也能应用水利、核工程等其他工业领域进行应力/应变(力/变形)监测/测量，而且具有灵敏度高、耐久性、相容性好以及埋置成活率高等优点，本发明的传感器与已有的传感元件(如电阻应变片的应变传感灵敏系数仅为2～3)相比具有稳定性、耐久性和灵敏度高的优点(本传感器的应变传感灵敏系数为几百，甚至上千；应力灵敏度可达0.05/MPa，甚至可接近0.1/MPa，传感元件的规格、形状、尺寸可以根据所监测/测量的对象进行匹配)。

附图说明

图1是本发明采用矩形四电极的结构示意图，图2是矩形两电极的结构示意图，图3是圆柱形四电极的结构示意图，图4是圆柱形两电极的结构示意图。图中3为引线。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1描述本实施方式。本实施方式由机敏水泥基材料1和多个电极2组成，多个电极2呈片状、网状或环状，间隔埋在机敏水泥基材料1内或粘贴、镀在机敏水泥基材料表面。

机敏水泥基材料为导电材料和水泥基材料的混合物，其组份按重量百分比导电材料为1～80％，余量为水泥基材料。

所述的导电材料单独由金属镍粉制成，或者按重量百分比由10％～70％的金属镍粉与短切碳纤维、碳纤维粉、钢渣、钢纤维、铜粉、石墨或碳黑的一种或多种任意比例组成。

电极采用金、银、铜、不锈钢及耐腐蚀、导电性能好的材料。

具体实施方式二：本实施方式多个电极2形状采用片状、网状或环状，通过粘贴、电镀或埋入方式，多个电极2设置为两电极、三电极或四电极。

具体实施方式三：结合图3描述本实施方式。本实施方式机敏水泥基材料1由镍粉与水泥石组成，镍粉按重量百分比为60.8％，余量采用与普通水泥基材料配制成、采用浇筑成型方法，将四个电极2采用环状铜电极间隔埋在机敏水泥基材料1内，传感器的尺寸为20mm×20mm×40mm。其传感关系如表1。

由测试结果表明，本发实施方式的传感元件灵敏度高：应力灵敏度大于0.050/MPa，应变灵敏度高于895.5(如电阻应变片的应变传感灵敏系数仅为2～3)。

具体实施方式四：本实施方式机敏水泥基材料1由镍粉、碳黑和水泥石组成，其中镍粉、碳黑的按重量百分比分别为15％、10％和余量为水泥石基材料配制成、采用浇筑成型方法，将四个电极2采用环状不锈钢电极2埋在机敏水泥基材料1内。传感器的尺寸为20mm×20mm×40mm。其传感关系如表2。

由测试结果表明，本实施方式的传感元件的灵敏度高：应力灵敏度高于0.012/MPa，应变灵敏度高于111.86。

表1