CN103759632A - 用于测量结构挠度的应变式传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器技术领域，具体公开了一种用于测量结构挠度的应变式传感器，其包括弹性体、安装在弹性体上的应变计、线路板及护罩，所述弹性体包括有安装部，弹性体通过该安装部悬设于待测结构的顶部或一侧面位置处。本发明用于测量结构挠度的应变式传感器结构简单、制作方便、灵敏度高、精度高、密封好，可测量结构的挠度和挠度相关的物理量；特别是其超高灵敏度，可用于更加细微的绕度微应力测量。

Description

用于测量结构挠度的应变式传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种测量挠度的应变式传感器。

背景技术

目前，对于结构挠度的测量基本上采用从外部测量位移的方式，将位移传感器安装在被测梁的被测点下方。上述这种测试方式只能针对梁静止时，以及梁下有空间安装位置传感器的情形。此种方式不能对梁实时进行检测，例如在行车过程中就很难用此种方式来测量行车大梁的挠度。同时，由于对位置传感器的安装空间有要求，因此传感器体积越小也就越容易实现安装。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种用于测量结构挠度的应变式传感器，其结构简单、灵敏度较高，可以对梁进行实时检测。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于测量结构挠度的应变式传感器，其包括：包括弹性体、安装在弹性体上的应变计、线路板及护罩，所述弹性体包括有安装部，弹性体通过该安装部悬设于待测结构的顶部或一侧面位置处。

作为本发明的一种具体实施例，所述弹性体可以包括有两个安装部、设于两安装部之间的应变区，及线路板安装区；该线路板安装区两端还分别设有导线输入端及导线输出端。

作为本发明的另一种具体实施例，所述弹性体可以包括有两个安装部、设于两安装部之间的载荷传递转化区、应变区，及线路板安装区；该线路板安装区两端还分别设有导线输入端及导线输出端。

具体的，所述弹性体通过两个安装部悬设于待测结构的顶部或一侧面位置处，该两安装部通过螺纹固定，或者焊接、粘结方式固定安装于待测结构的顶部或一侧面位置处。

本发明中，所述两安装部底部设有纵横交错的凹槽，该凹槽深度为0.3mm。

具体的，所述两安装部与应变区相接处采用倒圆角结构设置，该应变区与两安装部顶面连接处采用半径为2mm的倒圆角结构设置，该应变区与两安装部底面连接处采用半径为5mm的倒圆角结构设置。

进一步地，所述应变计安装于应变区，线路板安装于线路板安装区内；该线路板两端均电性连接有导线，其中一端的导线穿过导线输入端与应变计电性连接，另一端的导线穿过导线输出端设置。

本发明中，所述载荷传递转化区包括有依次设置的第一转化区、第二转化区及第三转化区；所述第一转化区与一个安装部连接设置，第二转化区紧接第一转化区设置，应变区设于第二转化区与第三转化区之间位置处，该第三转化区与线路板安装区相连接。

再者，所述线路板上设有检测电路，该检测电路一端与应变计电性连接，检测电路的另一端与穿过导线输出端设置的导线电性连接。

此外，所述应变区内外设有用于密封的橡胶套，应变计通过橡胶套及胶水密封安装于应变区内；所述线路板安装区外设有用于密封的膜片，线路板通过膜片及胶水密封安装于线路板安装区内。

本发明的用于测量结构挠度的应变式传感器，其结构简单、制作方便、灵敏度高、精度高、密封好，可测量结构的挠度和挠度相关的物理量；特别是其超高灵敏度，可用于更加细微的绕度微应力测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明用于测量结构挠度的应变式传感器第一种具体实施例的结构示意图；

图2为图1的仰视图；

图3为沿图1中A-A方向的剖视图；

图4为本发明用于测量结构挠度的应变式传感器第二种具体实施例的结构示意图；

图5为图4中用于测量结构挠度的应变式传感器与待测结构的一种安装位置示意图；

图6为图5的仰视图；

图7为图4中用于测量结构挠度的应变式传感器与待测结构的另一种安装位置示意图；

图8为图7的仰视图；

图9为图4中用于测量结构挠度的应变式传感器与待测结构发生形变时的结构示意图；

图10为本发明用于测量结构挠度的应变式传感器第三种具体实施例的结构示意图；

图11为图10的仰视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明提供一种用于测量结构挠度的应变式传感器，其包括：包括弹性体10、安装在弹性体10上的应变计、线路板及护罩（未图示），所述弹性体10包括有安装部，弹性体10通过该安装部悬设于待测结构20的顶部或一侧面位置处，该待测结构20为弯曲梁。本发明用于测量结构挠度的应变式传感器，其通过特殊的结构设置，不仅结构简单、制作方便，可以直接安装在待测结构20被测点的上方或其一侧面位置处进行测试，安装使用均较为方便，且可以对梁进行实时检测。

作为本发明的第一种具体实施例，所述特殊结构的弹性体可以包括有两个安装部11、12、设于两安装部11、12之间的应变区14，及线路板安装区（未图示）；该线路板安装区两端还分别设有导线输入端及导线输出端（未图示）。其中，所述弹性体10通过两个安装部11、12悬设于待测结构的顶部或一侧面位置处，该两安装部11、12可以通过螺纹固定，或者焊接、粘结方式固定安装于待测结构的顶部或一侧面位置处，使用较为方便。所述两个安装部11、12可以为分别设于弹性体10两端的一个安装支柱，弹性体10通过该两安装支柱固定在待测结构的顶部或一侧面位置处。由于本发明中的待测结构为弯曲梁，传感器安装端会产生梁挠度方向的位移和与安装点一致的转角的旋转，而本发明中的两个安装部11、12的位置不一致，会产生位移差与转角差，从而引起应变区14的变形，其变形量与梁的挠度成倍增比例，在应变区14贴上应变计（未图示）检测便可测量梁的挠度。当然，在本发明其他具体实施例中，所述弹性体10的安装部还可以根据不同安装场合设计成不同的结构。

特别的，所述两安装部11、12底部设有纵横交错的凹槽112，该凹槽深度可以为0.25mm-0.35mm，其优选设置为0.3mm，以增加安装部与待测结构表面的摩擦力。进一步地，所述两安装部11、12与应变区14相接处采用倒圆角结构设置，该应变区14与两安装部11、12顶面连接处采用半径为1.5mm-2.5mm的倒圆角结构设置，该应变区14与两安装部11、12底面连接处采用半径为4.5mm-5.5mm的倒圆角结构设置。优选的，所述应变区14与两安装部11、12顶面连接处采用半径为2mm的倒圆角结构设置，应变区14与两安装部11、12底面连接处采用半径为5mm的倒圆角结构设置。

本发明中，所述应变计安装于应变区14，该应变计可以采用现有技术中的电阻应变片。线路板安装于线路板安装区内，该线路板两端均电性连接有导线（未图示），其中一端的导线穿过导线输入端与电阻应变片电性连接，另一端的导线穿过导线输出端设置。当然，在本发明其他具体实施例中，所述导线、线路板安装区的位置可调整，导线和线路板的安装方式也可以设计成不同的方式。

进一步地，所述线路板上设有检测电路（未图示），该检测电路一端与电阻应变片电性连接，检测电路的另一端与穿过导线输出端设置的导线电性连接。本发明中的检测电路可以直接采用现有技术中挠度检测的测量电路。

再者，所述应变区14内外设有用于密封的橡胶套（未图示），应变计通过橡胶套及胶水密封安装于应变区14内。同时，所述线路板安装区外设有用于密封的膜片（未图示），线路板通过膜片及胶水密封安装于线路板安装区内。本发明中用于密封的橡胶套、胶水及膜片可以保护传感器内部的应变计、线路板等部件免受环境影响，有效防止水、气、尘等进入，能使本发明用于测量结构挠度的应变式传感器在更恶劣的环境下使用。

本发明第一种具体实施例中，所述用于测量结构挠度的应变式传感器通过两安装部11、12采用螺纹固定，或者焊接、粘结的方式安装在待测结构的顶部位置处；两安装部11、12安装固定在待测结构的顶部或一侧面位置处后，会与待测结构一起发生形变，因此两安装部11、12都会产生一定的转角和挠度方向位移，转角和挠度方向位移会引起安装电阻应变片位置所在应变区14的倍增变形，于是安装在应变区14的应变计阻值发生改变，应变计阻值的改变会被安装在线路板安装区内的检测电路转变为信号并经固定在导线输出端处的导线输出，输出的信号与转角成比例，再根据挠度与转角的关系便可实现对挠度测量。

作为本发明的第二种具体实施例，如图4-6所示，其与上述第一具体实施例中的区别在于，所述特殊结构的弹性体10’包括有两个安装部11’、12’、设于两安装部11’、12’之间的载荷（挠度）传递转化区13’、应变区14’，及线路板安装区15’；该线路板安装区15’两端还分别设有导线输入端16’及导线输出端17’。所述弹性体10’通过两个安装部11’、12’悬设于待测结构20的顶部或一侧面位置处（图7、8所示）。具体的，所述载荷传递转化区13’包括有依次设置的第一转化区131’、第二转化区132’及第三转化区133’；所述第一转化区131’与一个安装部11’连接设置，第二转化区132’紧接第一转化区131’设置，应变区14’设于第二转化区132’与第三转化区133’之间位置处，该第三转化区133’与线路板安装区15’相连接。该载荷传递转化区13’为挠度传递转化的过渡区域，能实现高灵敏度及高精度。

如图9所示，当安装部11’、12’安装固定在待测结构20的顶部后，会与待测结构20一起发生形变，因此两安装部11’、12’都会产生一定的转角和挠度方向位移，转角和挠度方向位移会传递到载荷传递转化区13’，进而引起安装应变计位置所在应变区14’的倍增变形，于是安装在应变区14’的应变计阻值发生改变，应变计阻值的改变会被安装在线路板安装区15’内的检测电路转变为信号并经固定在导线输出端17’处的导线输出，输出的信号与转角成比例，再根据挠度与转角的关系便可实现对挠度测量。

作为本发明的第三种具体实施例，如图10、11所示，其与上述第二具体实施例的区别在于，所述载荷传递转化区包括有第一转化区131’’及第二转化区132’’，该第一转化区131’’及第二转化区132’’均为一凹槽型结构；所述第一转化区131’’与一个安装部11’’连接设置，第二转化区132’’与线路板安装区15’’相连接，应变区14’’设于第一转化区131’’与第二转化区132’’之间位置处。该载荷传递转化区为挠度传递转化的过渡区域，能实现高灵敏度及高精度。

在本发明第二、三种具体实施例中，所述用于测量结构挠度的应变式传感器通过两安装部采用螺纹固定，或者焊接、粘结的方式安装在待测结构的顶部或一侧位置处；两安装部安装固定在待测结构的顶部或一侧位置处后，会与待测结构一起发生形变，因此两安装部都会产生一定的转角和挠度方向位移，转角和挠度方向位移会传递到载荷传递转化区，进而引起安装应变计位置所在应变区的倍增变形，于是安装在应变区的应变计阻值发生改变，应变计阻值的改变会被安装在线路板安装区内的检测电路转变为信号并经固定在导线输出端处的导线输出，输出的信号与转角成比例，再根据挠度与转角的关系便可实现对挠度测量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于测量结构挠度的应变式传感器，其特征在于，包括弹性体、安装在弹性体上的应变计、线路板及护罩，所述弹性体包括有安装部，弹性体通过该安装部悬设于待测结构的顶部或一侧面位置处。

2.如权利要求1所述的用于测量结构挠度的应变式传感器，其特征在于，所述弹性体包括有两个安装部、设于两安装部之间的应变区，及线路板安装区；该线路板安装区两端还分别设有导线输入端及导线输出端。

3.如权利要求1所述的用于测量结构挠度的应变式传感器，其特征在于，所述弹性体包括有两个安装部、设于两安装部之间的载荷传递转化区、应变区，及线路板安装区；该线路板安装区两端还分别设有导线输入端及导线输出端。

4.如权利要求2或3所述的用于测量结构挠度的应变式传感器，其特征在于，所述弹性体通过两个安装部悬设于待测结构的顶部或一侧面位置处，该两安装部通过螺纹固定，或者焊接、粘结方式固定安装于待测结构的顶部或一侧面位置处。

5.如权利要求4所述的用于测量结构挠度的应变式传感器，其特征在于，所述两安装部底部设有纵横交错的凹槽，该凹槽深度为0.3mm。

6.如权利要求4所述的用于测量结构挠度的应变式传感器，其特征在于，所述两安装部与应变区相接处采用倒圆角结构设置，该应变区与两安装部顶面连接处采用半径为2mm的倒圆角结构设置，该应变区与两安装部底面连接处采用半径为5mm的倒圆角结构设置。

7.如权利要求4所述的用于测量结构挠度的应变式传感器，其特征在于，所述应变计安装于应变区，线路板安装于线路板安装区内；该线路板两端均电性连接有导线，其中一端的导线穿过导线输入端与应变计电性连接，另一端的导线穿过导线输出端设置。

8.如权利要求3所述的用于测量结构挠度的应变式传感器，其特征在于，所述载荷传递转化区包括有依次设置的第一转化区、第二转化区及第三转化区；所述第一转化区与一个安装部连接设置，第二转化区紧接第一转化区设置，应变区设于第二转化区与第三转化区之间位置处，该第三转化区与线路板安装区相连接。

9.如权利要求4所述的用于测量结构挠度的应变式传感器，其特征在于，所述线路板上设有检测电路，该检测电路一端与应变计电性连接，检测电路的另一端与穿过导线输出端设置的导线电性连接。

10.如权利要求7所述的用于测量结构挠度的应变式传感器，其特征在于，所述应变区内外设有用于密封的橡胶套，应变计通过橡胶套及胶水密封安装于应变区内；所述线路板安装区外设有用于密封的膜片，线路板通过膜片及胶水密封安装于线路板安装区内。

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