CN107764437B - 拉压式混凝土应力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种拉压式混凝土应力传感器，有效地解决了混凝土中双向应力的测量；采用的技术方案为：拉压式混凝土应力传感器，外壳上端设置有盖子，盖子通过螺纹拧装在外壳上，盖子中间设置有通孔，连杆匹配活动插入盖子的通孔内，连杆的上端通过螺纹连接与受力盘连接在一起，连杆的下端连接有圆盘，圆盘匹配活动设置在外壳的内腔，能随连杆一起滑动，圆盘和盖子之间的连杆上套装有弹簧，外壳的内腔底部设置有扩散硅压力芯体，扩散硅压力芯体下方的外壳内设置有电路槽，外壳的底部侧壁上设置有通线口，电路槽与通线口连通，与扩散硅压力芯体连接的导线通过电路槽和通线口与外界的单片机连通；本发明广泛应用于机械式电子传感系统领域。

Description

拉压式混凝土应力传感器
技术领域
本发明拉压式混凝土应力传感器，属于机械式电子传感系统技术领域。
背景技术
混凝土应变计一般是一种埋入式应变计，即埋设在基桩等混凝土结构内，或捆扎于钢筋上，用于结构内部砼以及钢筋的应变、应力测量，主要应用于桥梁、公路、铁路、地铁、隧道、大巴、基桩等混凝土结构内部的应力应变测量。
应力传感器的适应工作环境能力的大小，以及测量精度的高低等指标都极大地影响着社会各行业的发展。现如今向数字化、智能化、微型化、多功能化、网络化发展是应力传感器将来发展的必然趋势，因此研究高质量的应力传感器是十分必要的。目前常规的应力传感器可大致分为以下几类：
1、振弦式压应力计：外部应力改变传感器钢弦松弛程度，通过激振电路使传感器钢弦产生共振，并读取钢弦频率从而获得应力值。如中国发明201410308398.5。
2、压电式应力传感器：以压电陶瓷为敏感单元，通过测量压电材料中等效电路参数来反映混凝土结构中的静态或准静态应力。如中国发明专利201320850021.3。
3、光纤光栅应力传感器：反射光的波长对应力和应变非常敏感，当弹性体受到有压力时，光纤光栅与弹性体一起发生应变，导致光纤光栅反射光的峰值波长漂移，通过对波长漂移量的度量来实现对应力和应变的感测。如中国发明专利201420832311.X。
上述传统应力传感器存在有耐用性低，需要复杂的采集系统，不能实现应力拉压测量、传感器网络化管理等不足，此外由于强度小，体积较大，不适用于混凝土的测量，应用环境有限。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种拉压式混凝土应力传感器，有效地解决了混凝土中双向应力的测量。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：拉压式混凝土应力传感器，包括受力盘、连杆、盖子、外壳、弹簧、扩散硅压力芯体、电路槽和通线口，所述外壳的上端设置有盖子，所述盖子通过螺纹拧装在外壳上，所述盖子中间设置有通孔，所述连杆匹配活动插入盖子的通孔内，所述连杆的上端通过螺纹连接与受力盘连接在一起，所述连杆的下端连接有圆盘，所述圆盘匹配活动设置在外壳的内腔，能随连杆一起滑动，所述圆盘和盖子之间的连杆上套装有弹簧，所述外壳的内腔底部设置有扩散硅压力芯体，所述扩散硅压力芯体下方的外壳内设置有电路槽，所述外壳的底部侧壁上设置有通线口，所述电路槽与通线口连通，所述弹簧在常态下处于压紧状态，使得所述连杆下端的圆盘在常态下能压在扩散硅压力芯体上，与所述扩散硅压力芯体连接的导线通过电路槽和通线口与外界的单片机连通。
所述电路槽内设置有芯片，所述芯片内集成恒流源电路和差分放大电路。
所述扩散硅压力芯体在常态下受到的压强为3Mpa。
所述芯片为OPA2335芯片。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明在内部添加了一个恒流源电路和放大电路，恒流源电路用于将外部的电压转换为电流源供扩散硅压力芯体使用，芯体输出的差分信号经过放大电路转换成0-3.3V的电压信号，并将测量液体压强的扩散硅压力芯体转换为可测固体压力的传感器，将一定量的环氧树脂附于液压传感器的受压薄膜，使薄膜可承受大重量的固体压力而不损坏，并可线性输出信号变化，从而解决了混凝土中双向应力的测量。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的外形示意图。
图3为本发明中置于芯片内部的恒流转换及放大电路示意图。
图中：1为受力盘、2为连杆、3为盖子、4为外壳、5为弹簧、6为扩散硅压力芯体、7为电路槽、8为通线口。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明拉压式混凝土应力传感器，包括受力盘1、连杆2、盖子3、外壳4、弹簧5、扩散硅压力芯体6、电路槽7和通线口8，所述外壳4的上端设置有盖子3，所述盖子3通过螺纹拧装在外壳4上，所述盖子3中间设置有通孔，所述连杆2匹配活动插入盖子3的通孔内，所述连杆2的上端通过螺纹连接与受力盘1连接在一起，所述连杆2的下端连接有圆盘，所述圆盘匹配活动设置在外壳4的内腔，能随连杆2一起滑动，所述圆盘和盖子3之间的连杆2上套装有弹簧5，所述外壳4的内腔底部设置有扩散硅压力芯体6，所述扩散硅压力芯体6下方的外壳4内设置有电路槽7，所述外壳4的底部侧壁上设置有通线口8，所述电路槽7与通线口8连通，所述弹簧5在常态下处于压紧状态，使得所述连杆2下端的圆盘在常态下能压在扩散硅压力芯体6上，与所述扩散硅压力芯体6连接的导线通过电路槽7和通线口8与外界的单片机连通。
所述电路槽7内设置有芯片，所述芯片内集成恒流源电路和差分放大电路。
所述扩散硅压力芯体6在常态下受到的压强为3Mpa。
所述芯片为OPA2335芯片。
本发明在内部添加了一个恒流源电路和放大电路，恒流源电路用于将外部的电压转换为电流源供扩散硅压力芯体使用，芯体输出的差分信号经过放大电路转换成0-3.3V的电压信号。
本发明将测量液体压强的扩散硅压力芯体转换为可测固体压力的传感器，将一定量的环氧树脂附于液压传感器的受压薄膜，使薄膜可承受大重量的固体压力而不损坏，并可线性输出信号变化。
本发明的工作原理：本发明捆绑在钢筋上并浇筑混凝土，用于测量道路桥梁混凝土内部应力变化。连杆2通过直径与杆粗一致的盖子3内孔，与盖子3接触保持良好的密封型与滑动性，连杆2上方与受力盘1通过螺纹旋紧，由外部混凝土的应力带动连杆运动。连杆2的另一端与扩散硅压力芯体6接触，连杆2底部为一圆盘，其直径大小与外壳4内径相等，同时保持良好的滑动性。弹簧5置于连杆2的圆盘上，另一端与盖子3相接触，盖子3通过螺丝旋紧在外壳4上，弹簧5处于负荷状态，其在压力芯体上产生的压强为扩散硅压力芯体6量程的一半，大小为3Mpa，即在埋入混凝土后能测量的压强在±3Mpa。
本发明中弹簧5的数据经过试验测算，压力达到扩散硅压力芯体量程的一半，本发明使用线径5mm，外径26mm，自由高度70.3mm，圈数为7圈的弹簧5；弹簧5材料为高强度的GB/T18983-2003油淬火-回火弹簧钢丝，可降低弹簧5在长期高负荷情况产生的疲劳性；弹簧5表面喷塑处理，防止混凝土中高湿度及酸碱腐蚀。
本发明内置电路采用一块OPA2335芯片做成一个恒流源电路与差分放大电路，增加了芯片的使用率。
上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.拉压式混凝土应力传感器，其特征在于：包括受力盘（1）、连杆（2）、盖子（3）、外壳（4）、弹簧（5）、扩散硅压力芯体（6）、电路槽（7）和通线口（8），所述外壳（4）的上端设置有盖子（3），所述盖子（3）通过螺纹拧装在外壳（4）上，所述盖子（3）中间设置有通孔，所述连杆（2）匹配活动插入盖子（3）的通孔内，所述连杆（2）的上端通过螺纹连接与受力盘（1）连接在一起，所述连杆（2）的下端连接有圆盘，所述圆盘匹配活动设置在外壳（4）的内腔，能随连杆（2）一起滑动，所述圆盘和盖子（3）之间的连杆（2）上套装有弹簧（5），所述外壳（4）的内腔底部设置有扩散硅压力芯体（6），所述扩散硅压力芯体（6）下方的外壳（4）内设置有电路槽（7），所述外壳（4）的底部侧壁上设置有通线口（8），所述电路槽（7）与通线口（8）连通，所述弹簧（5）在常态下处于压紧状态，使得所述连杆（2）下端的圆盘在常态下能压在扩散硅压力芯体（6）上，与所述扩散硅压力芯体（6）连接的导线通过电路槽（7）和通线口（8）与外界的单片机连通；
所述电路槽（7）内设置有芯片，所述芯片内集成恒流源电路和差分放大电路；
所述扩散硅压力芯体（6）在常态下受到的压强为3Mpa。
2.根据权利要求1所述的拉压式混凝土应力传感器，其特征在于：所述芯片为OPA2335芯片。
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