CN109631745A - 一种高精度应变传感器及其增加灵敏度和量程的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种高精度应变传感器及其增加灵敏度和量程的方法，包括应变传感体，所述应变传感体包括夹持组件和金属封装，所述夹持组件设有两组，两组所述金属封装之间设有增敏基片，且增敏基片上附有测应变组件；本发明通过将高精度应变传感器的通过在应变传感体上设置具有不同面积大小的横截面的测量段来大增加灵敏度以及增加量程的目的，通过对高精度应变传感器的测应变组件在不同的增敏基片上做标定试验可以得到最适合高精度应变传感器的测应变组件的增敏基片，避免造成高精度应变传感器的测应变组件在增敏基片上出现应力集中的问题。
Description
技术领域
本发明涉及应变监测领域，尤其涉及一种高精度应变传感器及其增加灵敏度和量程的方法。
背景技术
应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生的应变的一种传感器，电阻应变片则是其最常采用的传感元件，它是一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件；桥梁应力应变是桥梁的一个重要指标，然而在桥梁的不同部位，其应变值的大小是不一样的，在桥梁关键位置关键点的测量过程中，其应力应变的量值大小是不一样的，有的位置总应变为几十个到上百个微应变，在建筑工程施工过程中，钢结构及混凝土结构常采用两端安装包括粘结安装电阻应变片测应变组件、光纤光栅栅格测应变组件的应变传感器来测试结构的应力应变，应变传感器两端的安装方法包括螺栓、焊接等，为了使应变传感器测量结果更准确，要求应变传感器的量程、敏感性与测量要求相一致。
如图3、图4所示的现有技术结构以及结构连接示意图中，在应变的桥梁小应变的结构中，常常遇到应变传感器结构的灵敏度和量程不够的问题，这时则需适当增加其参数指标来适应应变的桥梁小应变结构，因此，本发明提出一种高精度应变传感器及其增加灵敏度和量程的方法，以解决现有技术中的不足之处。
发明内容
针对上述问题，本发明通过将高精度应变传感器的测应变组件设置在具有不同面积大小的横截面的测量段来达到增加灵敏度以及增加量程的目的，通过对高精度应变传感器的测应变组件在不同的增敏基片上做标定试验可以得到最适合高精度应变传感器的测应变组件的增敏基片，避免由于增敏基片选择错误造成高精度应变传感器的测应变组件在增敏基片上出现应力集中的问题。
本发明提出一种高精度应变传感器，包括应变传感体，所述应变传感体包括夹持组件和金属封装，所述夹持组件设有两组，且两组所述夹持组件的内端均夹持有金属封装，所述夹持组件包括连接座下部和夹座，所述连接座下部和夹座之间固定有传输线，且传输线的外侧包覆有保护套，所述连接座下部与夹座通过拧紧螺丝夹紧所述传输线，两组所述金属封装之间设有增敏基片，且增敏基片上附有测应变组件，所述传输线的内端穿过所述金属封装与测应变组件连接，所述连接座下部的底部设有固定垫片。
进一步改进在于：所述传输线为光缆或电缆中的一种。
进一步改进在于：所述测应变组件通过环氧树脂胶固定附于所述增敏基片上，且测应变组件为光纤光栅栅格或电阻应变片中的一种。
进一步改进在于：所述金属封装的横截面为圆形或其它形状中的一种，所述增敏基片的横截面积不同于所述金属封装的横截面积。
进一步改进在于：所述固定垫片上设有螺孔，且固定垫片通过螺栓或焊接中的一种方式固定于轴心受力构件上。
一种高精度应变传感器增加灵敏度和量程的方法，包括以下步骤：
步骤一：在应变传感体上设置多个测量段，并控制多个测量段具有不同面积大小的横截面；
步骤二：将用于测量应变力大小的高精度应变传感器的测应变组件在不同的增敏基片上做标定试验，选择最合适应变传感体的增敏基片；
步骤三：选择弹性模量小于或者接近应变传感体增敏基片弹性模量的金属封装；
步骤四：将用于测量应变力大小的高精度应变传感器的测应变组件封装在金属封装内；
步骤五：将用于测量应变力大小的金属封装内高精度应变传感器的测应变组件固定附于应变传感体上具有大面积横截面的测量段，进行增加高精度应变传感器的量程；
步骤六：将用于测量应变力大小的金属封装内的高精度应变传感器的测应变组件固定附于应变传感体上具有小面积横截面的测量段，进行增加高精度应变传感器的灵敏度。
进一步改进在于：所述步骤一中的具有不同面积大小横截面的多个测量段之间的过渡段采用圆弧过渡处理。
进一步改进在于：所述步骤一中受力构件为混凝土、钢结构或岩石中的任意一种。
进一步改进在于：所述应变传感体在受力构件上的固定方式为两端固定，所述应变传感体采用两端与受力构件进行固定时，应变传感体的应变计算公式如公式(1)所示：
其中，N为轴向力，E为弹性模量，应变传感体的两端安装轴向力N大小相同，应变传感体的两端弹性模量E相同，故总的应变力大小相同，根据多组测量段的横截面面积大小可以确定多组测量段的应变，实现高精度应变传感器的测量量程可调。
进一步改进在于：所述步骤五和步骤六中高精度应变传感器的测应变组件固定附于应变传感体测量段的方式为粘贴式或内嵌式中的任意一种。
本发明的有益效果为：通过在应变传感体上设置具有不同面积大小的横截面的测量段，保证应变传感体上具有大面积的横截面的测量段极限强度大，应变传感体上具有小面积的横截面的测量段极限强度小，通过将高精度应变传感器的测应变组件设置在具有不同面积大小的横截面的测量段可达到增加灵敏度以及增加量程的目的，同时对应变传感体用两端固定的方式可以保证应变传感体在安装段内的总变形一样，通过对高精度应变传感器的测应变组件在不同的增敏基片上做标定试验可以得到最适合高精度应变传感器的测应变组件的增敏基片，避免由于增敏基片选择错误造成高精度应变传感器的测应变组件在增敏基片上出现应力集中的问题，从而导致影响高精度应变传感器灵敏度的问题，本发明方法可以多方位全面提高高精度应变传感器的灵敏度和量程，且操作方法简单。
附图说明
图1为本发明的立体示意图。
图2为本发明的连接示意图。
图3为现有技术结构立体示意图。
图4为现有技术连接示意图
图5为本发明方法流程示意图。
其中：1-夹持组件，2-金属封装，3-连接座下部，4-夹座，5- 传输线，6-保护套，7-拧紧螺丝，8-增敏基片，9-固定垫片，10-螺孔。
具体实施方式
为了使发明实现的技术手段、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例一
根据图1、2、3、4、5所示，本实施例提出一种高精度应变传感器，包括应变传感体，所述应变传感体包括夹持组件1和金属封装2，所述夹持组件1设有两组，且两组所述夹持组件1的内端均夹持有金属封装2，所述夹持组件1包括连接座下部3和夹座4，所述连接座下部3和夹座4之间固定有传输线5，且传输线5的外侧包覆有保护套6，所述连接座下部3与夹座4通过拧紧螺丝7夹紧所述传输线5，两组所述金属封装2之间设有增敏基片8，且增敏基片8上附有测应变组件，所述传输线5的内端穿过所述金属封装2与测应变组件连接，所述连接座下部3的底部设有固定垫片9。
所述传输线5为光缆或电缆中的一种。所述测应变组件通过环氧树脂胶固定附于所述增敏基片8上，且测应变组件为光纤光栅栅格或电阻应变片中的一种。所述金属封装2的横截面为圆形或其它形状中的一种，所述增敏基片8的横截面积不同于所述金属封装2的横截面积。所述固定垫片9上设有螺孔10，且固定垫片9通过螺栓或焊接中的一种方式固定于受力构件上。
一种高精度应变传感器增加灵敏度和量程的方法，包括以下步骤：
步骤一：在应变传感体上设置多个测量段，并控制多个测量段具有不同面积大小的横截面，具有不同面积大小横截面的多个测量段之间的过渡段采用圆弧过渡处理，受力构件为混凝土；
步骤二：将用于测量应变力大小的高精度应变传感器的测应变组件在不同的增敏基片8上做标定试验，选择最合适应变传感体的增敏基片8；
步骤三：选择弹性模量小于或者接近应变传感体增敏基片8弹性模量的金属封装2；
步骤四：将用于测量应变力大小的高精度应变传感器的测应变组件封装在金属封装2内；
应变传感体在受力构件上的固定方式为两端固定，所述应变传感体采用两端与受力构件进行固定时，应变传感体的应变计算公式如公式(1)所示：
其中，N为轴向力，E为弹性模量，应变传感体的两端安装轴向力N大小相同，应变传感体的两端弹性模量E相同，故总的应变力大小相同，根据多组测量段的横截面面积大小可以确定多组测量段的应变，实现高精度应变传感器的测量量程可调；
步骤五：将用于测量应变力大小的金属封装2内高精度应变传感器的测应变组件固定附于应变传感体上具有大面积横截面的测量段，进行增加高精度应变传感器的量程，高精度应变传感器的测应变组件固定附于应变传感体测量段的方式为粘贴式；
步骤六：将用于测量应变力大小的金属封装2内的高精度应变传感器的测应变组件固定附于应变传感体上具有小面积横截面的测量段，进行增加高精度应变传感器的灵敏度，高精度应变传感器的测应变组件固定附于应变传感体测量段的方式为粘贴式。
实施例二
根据图1、2、3、4、5所示，本实施例提出一种高精度应变传感器，包括应变传感体，所述应变传感体包括夹持组件1和金属封装2，所述夹持组件1设有两组，且两组所述夹持组件1的内端均夹持有金属封装2，所述夹持组件1包括连接座下部3和夹座4，所述连接座下部3和夹座4之间固定有传输线5，且传输线5的外侧包覆有保护套6，所述连接座下部3与夹座4通过拧紧螺丝7夹紧所述传输线5，两组所述金属封装2之间设有增敏基片8，且增敏基片8上附有测应变组件，所述传输线5的内端穿过所述金属封装2与测应变组件连接，所述连接座下部3的底部设有固定垫片9。
所述传输线5为光缆或电缆中的一种。所述测应变组件通过环氧树脂胶固定附于所述增敏基片8上，且测应变组件为光纤光栅栅格或电阻应变片中的一种。所述金属封装2的横截面为圆形或其它形状中的一种，所述增敏基片8的横截面积不同于所述金属封装2的横截面积。所述固定垫片9上设有螺孔10，且固定垫片9通过螺栓或焊接中的一种方式固定于轴心受力构件上。
一种高精度应变传感器增加灵敏度和量程的方法，包括以下步骤：
步骤一：在应变传感体上设置多个测量段，并控制多个测量段具有不同面积大小的横截面，具有不同面积大小横截面的多个测量段之间的过渡段采用圆弧过渡处理，受力构件可为混凝土、钢结构、岩石；
步骤二：将用于测量应变力大小的高精度应变传感器的测应变组件在不同的增敏基片8上做标定试验，选择最合适应变传感体的增敏基片8；
步骤三：选择弹性模量小于或者接近应变传感体增敏基片8弹性模量的金属封装2；
步骤四：将用于测量应变力大小的高精度应变传感器的测应变组件封装在金属封装2内；
应变传感体在受力构件上的固定方式为两端固定，所述应变传感体采用两端与应变传感器进行固定时，应变传感体的应变计算公式如公式(1)所示：
其中，N为轴向力，E为弹性模量，应变传感体的两端安装轴向力N大小相同，应变传感体的两端弹性模量E相同，故总的应变力大小相同，根据多组测量段的横截面面积大小可以确定多组测量段的应变力，实现高精度应变传感器的测量量程可调；
步骤五：将用于测量应变力大小的金属封装2内高精度应变传感器的测应变组件固定附于应变传感体上具有大面积横截面的测量段，进行增加高精度应变传感器的量程，高精度应变传感器的测应变组件固定附于应变传感体测量段的方式为粘贴式；
步骤六：将用于测量应变力大小的金属封装2内的高精度应变传感器的测应变组件固定附于应变传感体上具有小面积横截面的测量段，进行增加高精度应变传感器的灵敏度，高精度应变传感器的测应变组件固定附于应变传感体测量段的方式为粘贴式。
根据实施例一和实施例二可以得出，高精度应变传感器的测应变组件为光纤光栅栅格或电阻应变片中的任意一种时，本发明方法均可以实现通过将高精度应变传感器的敏感元件设置在具有不同面积大小的横截面的测量段来达到增加灵敏度以及增加量程的目的。
通过在应变传感体上设置具有不同面积大小的横截面的测量段，保证应变传感体上具有大面积的横截面的测量段极限强度大，应变传感体上具有小面积的横截面的测量段极限强度小，通过将高精度应变传感器的测应变组件设置在具有不同面积大小的横截面的测量段可达到增加灵敏度以及增加量程的目的，同时对应变传感体采用两端固定的方式可以保证应变传感体在安装段内的总变形一样，通过对高精度应变传感器的测应变组件在不同的增敏基片8上做标定试验可以得到最适合高精度应变传感器的测应变组件的增敏基片8，避免由于增敏基片8选择错误造成高精度应变传感器的测应变组件在增敏基片8上出现应力集中的问题，从而导致影响高精度应变传感器灵敏度的问题，本发明方法可以多方位全面提高高精度应变传感器的灵敏度和量程，且操作方法简单。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种高精度应变传感器，包括应变传感体，其特征在于：所述应变传感体包括夹持组件(1)和金属封装(2)，所述夹持组件(1)设有两组，且两组所述夹持组件(1)的内端均夹持有金属封装(2)，所述夹持组件(1)包括连接座下部(3)和夹座(4)，所述连接座下部(3)和夹座(4)之间固定有传输线(5)，且传输线(5)的外侧包覆有保护套(6)，所述连接座下部(3)与夹座(4)通过拧紧螺丝(7)夹紧所述传输线(5)，两组所述金属封装(2)之间设有增敏基片(8)，且增敏基片(8)上附有测应变组件，所述传输线(5)的内端穿过所述金属封装(2)与测应变组件连接，所述连接座下部(3)的底部设有固定垫片(9)。
2.根据权利要求1所述的一种高精度应变传感器，其特征在于：所述传输线(5)为光缆或电缆中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种高精度应变传感器，其特征在于：所述测应变组件通过环氧树脂胶固定附于所述增敏基片(8)上，且测应变组件为光纤光栅栅格或电阻应变片中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高精度应变传感器，其特征在于：所述金属封装(2)的横截面为圆形或其它形状中的一种，所述增敏基片(8)的横截面积不同于所述金属封装(2)的横截面积。
5.根据权利要求1所述的一种高精度应变传感器，其特征在于：所述固定垫片(9)上设有螺孔(10)，且固定垫片(9)通过螺栓或焊接中的一种方式固定于受力构件上。
6.一种高精度应变传感器增加灵敏度和量程的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在应变传感体上设置多个测量段，并控制多个测量段具有不同面积大小的横截面；
步骤二：将用于测量应变力大小的高精度应变传感器的测应变组件在不同的增敏基片(8)上做标定试验，选择最合适应变传感体上的增敏基片(8)；
步骤三：选择弹性模量小于或者接近应变传感体增敏基片(8)弹性模量的金属封装(2)；
步骤四：将用于测量应变力大小的高精度应变传感器的测应变组件封装在金属封装(2)内；
步骤五：将用于测量应变力大小的金属封装(2)内高精度应变传感器的测应变组件固定附于应变传感体上上具有大面积横截面的测量段，进行增加高精度应变传感器的量程；
步骤六：将用于测量应变力大小的金属封装(2)内的高精度应变传感器的测应变组件固定附于应变传感体上上具有小面积横截面的测量段，进行增加高精度应变传感器的灵敏度。
7.根据权利要求6所述的一种高精度应变传感器增加灵敏度和量程的方法，其特征在于：所述步骤一中的具有不同面积大小横截面的多个测量段之间的过渡段采用圆弧过渡处理。
8.根据权利要求6所述的一种高精度应变传感器增加灵敏度和量程的方法，其特征在于：所述步骤一中受力构件为混凝土、钢结构或岩石中的任意一种。
9.根据权利要求6所述的一种高精度应变传感器增加灵敏度和量程的方法，其特征在于：所述应变传感体上在受力构件上的固定方式为两端固定，所述应变传感体上采用两端与受力构件进行固定时，应变传感体的应变计算公式如公式(1)所示：
其中，N为轴向力，E为弹性模量，应变传感体的两端安装轴向力N大小相同，应变传感体的两端弹性模量E相同，故总的应变力大小相同，根据多组测量段的横截面面积大小可以确定多组测量段的应变，实现高精度应变传感器的测量量程可调。
10.根据权利要求6所述的一种高精度应变传感器增加灵敏度和量程的方法，其特征在于：所述步骤五和步骤六中高精度应变传感器的测应变组件固定附于应变传感体测量段的方式为粘贴式或内嵌式中的任意一种。
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