CN102435132A - 一种监测混凝土动力损伤过程的埋入式高精度双轴倾角仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种监测混凝土动力损伤过程的埋入式高精度双轴倾角仪，其组成包括SCA100T芯片、金属保护壳、集成电路板、环氧树脂、密封胶、金属顶盖、导线、信号调理系统、AD转换器及通信系统；倾角传感芯片SCA100T与集成电路板焊接为一体，利用环氧树脂将其固定于金属保护外壳上，用密封胶填灌于金属保护壳内的其余空间，利用激光将金属顶盖与金属保护壳焊为一体。根据重力加速度的变化，倾角传感器会产生与倾角成正比的电压信号，将此电压信号经过信号调理系统进行处理后，再通过AD转换，即为计算机可以直接读取的数字信号。本发明的优点是：可调量程以提高测量精度、输出信号直接为计算机可读的数字信号、动态响应良好、构造简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种用来监测混凝土结构动力损伤过程的埋入式高精度双轴倾角仪，尤其是可以监测混凝土内部关键部位的动态转动过程的倾角传感器。
背景技术
混凝土结构是量大面广的土木工程结构，在役期间可能遭受地震、台风、碰撞等动力灾变作用，造成结构关键部位如梁柱节点处产生转角，利用转角的信息可推算结构构件的变形，用以评估结构的损伤状态。为了得到混凝土结构动力损伤过程中的关键部位的转角信息，最直接有效的方法就是在结构的关键部位埋入倾角传感器。
目前，市场上倾角仪种类很多，但是针对混凝土结构的损伤监测存在一些不足，如传统的水泡式倾角仪，肉眼观察、人为因素大、测量误差大；普通的单摆式倾角仪，必须等摆处于稳定位置时才能得出正确结果，多用于静态测量；现有的应变式、电容式、电感式倾角仪产品为量程范围固定，这样会造成由于量程不匹配而带来的传感器精度降低的问题；现有的倾角仪产品的输出信号为电压信号或频率信号，缺少信号放大及A/D转换过程，不能直接接入计算机进行实时监测分析，给监测过程带来不便。
本发明——一种监测混凝土动力损伤过程的埋入式高精度双轴倾角仪，由倾角传感器系统(包括SCA100T传感芯片、集成电路板、金属保护壳、金属顶盖、环氧树脂、密封胶及导线)、数据采集器(包括信号调理系统、AD转换器、通信系统)组成。本发明的测量原理是基于重力加速度的变化，测量出角度的变化，分辨率可达0.005°(±10°测量范围)。通过不同的地址编码，可方便、快捷地组成多点传感器网络测量系统。
发明内容
针对混凝土结构动力损伤过程中构件截面转角较小的特点，为克服现有的倾角仪在测量精度、动态测量稳定性、输出信号转换等问题，本发明提供了一种监测混凝土结构动力损伤过程的埋入式高精度双轴倾角仪，该发明有效地解决了上述问题，量程根据结构动力反应过程可在±1～±90°范围内选择，通过合理确定量程可提高测量精度，且制作简单，性能稳定，易于在土木工程领域大量推广使用。
本发明的技术方案如下：
一种监测混凝土动力损伤过程的埋入式高精度双轴倾角仪结构，包括：倾角传感器(包括SCA100T传感芯片、集成电路板、金属保护壳、金属顶盖、环氧树脂、密封胶及导线)、采集器(包括信号调理系统、AD转换器、通信系统)。利用导线将倾角传感器与采集器相连，每个采集器可以同时接入多个倾角仪，各个采集器与信号调理系统(8)通过RS232(RS485/422，USB)接口相连，再经过AD转换器(9)后即得到数字信号，利用通信系统(10)将此信号传输至计算机，即可实时监测混凝土结构的动态倾角。
上述倾角传感器的具体做法为：将倾角传感芯片SCA100T与集成电路板焊接为一体，并在电路板上刷一层防潮胶，利用环氧树脂将电路板与金属保护外壳粘为一体，风干24小时后，用密封胶填灌于金属保护壳内的其余空间，最后利用激光将金属顶盖与金属保护壳焊为一体，即形成倾角传感器。
本发明的有益效果：
1.本发明将信号调理系统分离出倾角传感器之外，一方面可以减少传感器的体积从而减小对原结构的影响，另一方面可以灵活的根据实际需要调整量程，提高测量的精度。
2.本发明将采集器(包括信号调理系统、AD转换器、通信系统)与倾角传感器作为一套系统开发出来，输出信号为计算机直接可读取的数字信号，为后期信号处理提供了方便。
3.本发明较同类产品动态响应良好，测量范围可达到0-28Hz，且构造简单、性能稳定，适用于土木工程中的广泛应用。
附图说明
图1是本发明的埋入式高精度双轴倾角仪的芯片结构示意图。
图2是本发明的埋入式高精度双轴倾角仪的结构示意图。
图中：1SCA100T芯片；2金属保护外壳；3集成电路板；4环氧树脂；5密封胶；6金属顶盖；7导线；8信号调理系统；9AD转换器；10通信系统。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施过程。
本发明的结构如图1、图2所示，其结构包括SCA100T芯片1、金属保护壳2、集成电路板3、环氧树脂4、密封胶5、金属顶盖6、导线7、信号调理系统8、AD转换器9、通信系统10组成。将倾角传感芯片SCA100T与集成电路板焊接为一体，利用环氧树脂将电路板与金属保护外壳粘为一体，用密封胶填灌于金属保护壳内的其余空间，最后利用激光将金属顶盖与金属保护壳焊为一体。当传感器埋入到混凝土结构中时，金属保护壳可以有效屏蔽外界干扰；密封胶可以防止内部结构腐蚀，保证传感器正常工作；另外金属保护壳外部可以粘一些粗砂，这样使得金属保护壳可与混凝土界面保证良好的相容性，减少由于界面分离造成的信号干扰。
将传感器埋入混凝土结构中，使倾角传感器的底面与混凝土截面平行，当结构受到外部动力荷载作用时，传感器会产生一定的倾斜角度，根据重力加速度的变化，倾角传感器会产生与倾角成正比的电压信号，将此电压信号经过信号调理系统进行处理后，再通过AD转换，即为计算机可以直接读取的数字信号，此方法为数据处理提供了很大便利；而且由于信号调理系统置于传感器外部，则可以调整信号调理的量程，以提高传感器的精度，从而实现有针对性的更加精确的动态倾角测量，进而实现对混凝土结构进行动力损伤过程的倾角监测。为混凝土结构动力损伤机制研究提供了新的方法。
Claims (1)
1.一种监测混凝土动力损伤过程的埋入式高精度双轴倾角仪，包括倾角传感器和采集器二部分，其特征在于该倾角传感器包括SCA100T芯片(1)、金属保护壳(2)、集成电路板(3)、环氧树脂(4)、密封胶(5)、金属顶盖(6)和导线(7)采集器包括信号调理系统(8)、AD转换器(9)和通信系统(10)；导线将倾角传感器与采集器相连，每个采集器同时接入多个倾角仪，各个采集器与信号调理系统(8)通过RS232(RS485/422，USB)接口相连，再经过AD转换器(9)后即得到数字信号，利用通信系统(10)将此信号传输至计算机，即可实时监测混凝土结构的动态倾角；
上述倾角传感器的具体做法为：将倾角传感芯片SCA100T与集成电路板焊接为一体，并在电路板上刷一层防潮胶，利用环氧树脂将电路板与金属保护外壳粘为一体，风干24小时后，用密封胶填灌于金属保护壳内的其余空间，最后利用激光将金属顶盖与金属保护壳焊为一体，即形成倾角传感器。
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| CN2011102577113A CN102435132A (zh) | 2011-09-01 | 2011-09-01 | 一种监测混凝土动力损伤过程的埋入式高精度双轴倾角仪 |
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Cited By (1)
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| CN108709539A (zh) * | 2018-08-02 | 2018-10-26 | 苏州合衡动电子科技有限公司 | 金属壳体电解质水平传感器 |
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2011
- 2011-09-01 CN CN2011102577113A patent/CN102435132A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |