[发明专利]一种高输出灵敏度的混凝土表面应变传感器及其制作和测量方法

权利要求书

1.一种高输出灵敏度的混凝土表面应变传感器，其特征在于：它包括弹性元件(1)，所述弹性元件(1)的拱顶部位设置有用于采集并转换应变信号的应变片线路结构(3)，所述应变片线路结构(3)通过防水层结构(2)封装粘结在弹性元件(1)的顶部，所述弹性元件(1)的两个拱脚部位分别设置有固定铰支座(4)和活动铰支座(5)；

所述弹性元件(1)的拱顶应变与材料无关，其采用镀锌铁片材料制成；

在弹性元件(1)制备过程中，对弹性元件(1)进行优化处理，通过理论计算和有限元仿真对不同尺寸拱形弹性元件(1)的传感效率进行求解并绘制曲线图，再用拟合软件和主成成分分析法对弹性元件(1)的拱高、拱跨、截面高度、截面宽度、截面开槽尺寸、拱轴线的形式以及弹性元件(1)的材料进行分析和优化，并且是试验中的输出灵敏度达到4000με/mm；

在弹性元件(1)制备过程中，对混凝土表面应变传感器建立模型，理论和实际对比，选择带有两个支铰的圆拱结构，并使传感器更接近两铰圆拱的力学分析模型，对弹性元件(1)的支铰进行固定铰支座(4)和活动铰支座(5)处理；所述固定铰支座(4)是在该侧的支撑座上加工铰接通孔；所述活动铰 支座(5)是在该侧的支撑座上加工开口槽；

所述应变片线路结构(3)包括第一应变片(6)、第二应变片(7)、第三应变片(8)、第四应变片(9)、大绝缘薄板(10)、小绝缘薄板(11)、第一金属导电板(12)和第二金属导电板(13)；所述第一应变片(6)、第二应变片(7)、第三应变片(8)和第四应变片(9)粘贴在弹性元件(1)的拱顶位置，并采用惠斯通全桥的连接方式；所述第一金属导电板(12)和第二金属导电板(13)安装在大绝缘薄板(10)上，所述第一应变片(6)和第三应变片(8)通过导线连接到第一金属导电板(12)，并在此处伸出连接后的导线；所述小绝缘薄板(11)覆盖在第一应变片(6)和第三应变片(8)相接导线的薄板中间部位；所述第二应变片(7)和第四应变片(9)通过导线连接到第二金属导电板(13)，并在此处伸出连接后的导线；

所述第一应变片(6)、第二应变片(7)、第三应变片(8)和第四应变片(9)的伸出导线与外部电路相连。

2.根据权利要求1所述一种高输出灵敏度的混凝土表面应变传感器，其特征在于：所述惠斯通全桥的连接方式消除温度的补偿，并且使测得零漂和满漂为±3με；并且惠斯通电桥的全桥接法使得对拱顶的应变进行至少四倍的放大。

3.根据权利要求1所述一种高输出灵敏度的混凝土表面应变传感器，其特征在于：所述防水层结构(2)包括速干胶底层(14)，所述应变片线路结构(3)通过速干胶底层(14)粘结在弹性元件(1)上，在应变片线路结构(3)的外层依次封装有胶布防水层(15)、透明有机硅密封胶层(16)、防水胶带层(17)和软塑料层(18)。

4.根据权利要求1所述一种高输出灵敏度的混凝土表面应变传感器，其特征在于：所述弹性元件(1)的拱顶部位加工有开口槽(19)，所述应变片线路结构(3)设置在开口槽(19)的两侧，所述开口槽(19)的上下部用圆角做过渡处理。