CN101470034B - 风载荷压力传感器 - Google Patents

Abstract

一种风载荷压力传感器安装在建筑物表面，由壳体和设于壳体内的硅压阻敏感组件组成，壳体设有连通该壳体内腔室的感压口，硅压阻敏感组件的受压面齐平密封固定于感压口内侧，硅压阻敏感组件的应变电阻通过金丝内引线连接到信号引出线，壳体设有一端连通壳体内腔室而另一端连通外界气压实现传感器静压测量的毛细管，硅压阻敏感组件为具有惠斯通电桥结构的硅敏感元件，硅敏感元件的受压面固定于玻璃环片，并通过玻璃环片密封固定于感压口内侧，硅敏感元件的背压面设有引出硅敏感元件上应变电阻的金丝内引线，本发明用于测量建筑风载荷，把压力信号转化成电信号输出，实现风载荷的测量，并且具有超博、低量程测量等优点。

Description

风载荷压力传感器

技术领域

本发明涉及一种用于建筑物表面风载荷测量的压力传感器，主要应用于土木工程领域中的建筑物抗台风等恶劣环境能力试验及预警防护系统。

技术背景

测量风荷载及预测建筑物受风响应主要有如下三种方法：(1)风压测量：利用压力传感器直接测量建筑物或其模型的风压力分布。这种方法能得到局部点的平均压力和脉动压力，对结构的局部设计很有帮助(如玻璃幕墙等)，通过积分还可以求出整体平均荷载(静态荷载)。(2)气动弹性模型试验：采用几何相似和动力相似的气动弹性模型，直接测量模型的动静态荷载和响应。但技术复杂，费用昂贵，而且当建筑物内部结构参数改变时，必须重新设计模型重新试验。(3)高频动态天平试验：这是近20年来发展起来的一种新技术，采用高固有频率、高灵敏度的高频动态天平，直接测量刚性模型的静态和动态广义荷载，然后根据结构参数，通过计算处理获得建筑物动态响应，但其问题也在于费用昂贵。除了上述三种方法以外，从建筑结构设计的观点来说还应包括规范方法。

对于风压测量，由于风压测量属于流场测量，为了不破坏流场，影响测量的精度，所以在传感器安装在建筑表面时，要求压力传感器的外形尽可能薄，同时在有限的面积中布置尽可能多的测量点，所以要求传感器外形尽可能小。还有，由于风压压力在几千帕左右，属于小量程微差压测量。

发明内容

为了解决以上风载荷测量的问题，本发明提供一种风载荷压力传感器，用于测量建筑风载荷，当风载荷作用在硅敏感元件上，敏感元件把压力信号转化成电信号输出，实现了风载荷的测量，并且具有超薄、低量程测量等优点。

本发明的技术方案是这样的：一种风载荷压力传感器，由壳体和设于该壳体内的硅压阻敏感组件组成，该壳体设有连通该壳体内腔室的感压口，该硅压阻敏感组件为具有惠斯通电桥结构的硅敏感元件，该硅敏感元件的受压面固定于玻璃环片，并通过该玻璃环片密封固定于该感压口内侧，而该硅敏感元件的背压面设有引出该硅敏感元件上应变电阻的金丝内引线，并连接到信号引出线，该壳体还设有一端连通该壳体内腔室而另一端连通外界气压、实现该压力传感器静压测量的毛细管。

作为本发明的进一步改进，该壳体由呈管状的基座和密封固定于该基座顶部的保护帽组成，该基座底部设有作为该感压口的台阶孔，该硅压阻敏感组件的受压面密封固定于该台阶孔内环面，该硅压阻敏感组件的应变电阻通过该金丝内引线连接到固定于该台阶孔的引线板，并通过连接于该引线板上的该信号输出线引出压力。

作为本发明的进一步改进，该感压口还连通一个排水管道。

作为本发明的进一步改进，该基座厚度为不大于5mm，直径不超过12mm，该硅敏感元件尺寸为4*4mm。

本发明的有益技术效果是：本发明采用硅压阻敏感组件作为风载荷测量的敏感元件，由于硅敏感元件具有尺寸小，响应快、频带宽等特性，为建筑物风载荷测量提供了很好的测量工具。同时由于该基座尺寸小(高不超过5mm，直径小于12mm)，因此传感器外形超薄，贴在建筑物表面而不影响流体力场，固有频率高，保证了测量的准确性，真实性，同时硅敏感元件具有微压量程灵敏度高，输出信号大，便于后端信号处理与采集。

该感压口设计有排水管道，由于在建筑风载荷测试时经常出现的雨水环境中，使传感器内部的积水及时的排出，很好的保护了传感器的压力敏感元件。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中所述硅压阻敏感组件的结构示意图。

并对照图1和图2作补充：

1——基座              7——排水管道

2——保护帽            8——感压口

3——硅压阻敏感组件    9——玻璃环片

4——引线板            10——硅敏感元件

5——信号引出线        13——金丝内引线

6——毛细管            12——壳体内腔室

具体实施方式

结合图1和图2，以下作进一步描述：一种风载荷压力传感器，用于测量建筑风载荷，如图1所示，由呈管状的基座1、密封固定于该基座顶部的保护帽2以及硅压阻敏感组件3组成，该硅压阻敏感组件3置于由该基座和保护帽形成的壳体内腔室12内，该基座设有连通该壳体内腔室12的感压口8，该硅压阻敏感组件为具有惠斯通电桥结构的硅敏感元件10，该硅敏感元件10的受压面固定于玻璃环片9，并通过该玻璃环片密封固定于该感压口内侧，而该硅敏感元件的背压面设有引出该硅敏感元件上应变电阻的金丝内引线13，并连接到信号引出线5，该基座还设有一端连通该壳体内腔室而另一端连通外界气压、实现该压力传感器静压测量的毛细管6。

该硅压阻敏感组件采用中国专利“一种微型动态压阻压力传感器及其制造方法”(专利号ZL2003101063298)公开技术方案制成的，该硅压阻敏感组件为具有惠斯通电桥结构的硅敏感元件，采用MEMS(Micro Electro Mechanical System)硅体微机械加工方法制造。

如图1所示，该基座1底部设有作为该感压口8的台阶孔，该硅压阻敏感组件3的受压面密封固定于该台阶孔内环面，该硅压阻敏感组件的应变电阻通过该金丝内引线11连接到固定于该台阶孔的引线板4，并通过连接于该引线板上的该信号引出线5引出压力，该感压口还连通一个排水管道7。该基座厚度为不大于5mm，直径不超过12mm，该硅敏感元件尺寸(长*宽)为4*4mm。

当风载荷通过感压口8作用到该硅压阻敏感组件3上，该硅敏感元件10把压力转化成电信号输出。由于工作环境一般伴有雨水，为了保护好该硅压阻敏感组件3不被雨水长时间浸泡，由排水管道7及时把雨水排出。该毛细管6起到测量风载荷提供参考压力。

Claims (4)

1.一种风载荷压力传感器，安装在建筑物表面，其特征在于，由壳体和设于该壳体内的硅压阻敏感组件(3)组成，该壳体设有连通该壳体内腔室(12)的感压口(8)，该硅压阻敏感组件为具有惠斯通电桥结构的硅敏感元件(10)，该硅敏感元件(10)的受压面固定于玻璃环片(9)，并通过该玻璃环片密封固定于该感压口(8)内侧，而该硅敏感元件的背压面设有引出该硅敏感元件上应变电阻的金丝内引线(13)，并连接到信号引出线(5)，该壳体还设有一端连通该壳体内腔室而另一端连通外界气压、实现该压力传感器静压测量的毛细管(6)。

2.如权利要求1所述的风载荷压力传感器，其特征在于，该壳体由呈管状的基座(1)和密封固定于该基座顶部的保护帽(2)组成，该基座(1)底部设有作为该感压口(8)的台阶孔，该硅压阻敏感组件(3)的受压面密封固定于该台阶孔内环面，该硅压阻敏感组件的应变电阻通过该金丝内引线(13)连接到固定于该台阶孔的引线板(4)，并通过连接于该引线板上的该信号引出线(5)引出压力。

3.如权利要求2所述的风载荷压力传感器，其特征在于，该感压口(8)还连通一个排水管道(7)。

4.如权利要求2所述的风载荷压力传感器，其特征在于，该基座厚度为不大于5mm，直径不超过12mm，该硅敏感元件尺寸为4*4mm。

Images