CN110146007A - 应变传感器、建筑结构检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种应变传感器、建筑结构检测装置及方法，其中应变传感器包括第一电极层，包括多个第一电极，多个第一电极并列平行设置；第二电极层，包括多个第二电极，第二电极并列平行设置；第一电极与第二电极之间形成预设角度，第一电极与第二电极形成多个重合区域；以及电致发光材料层，设置于重合区域。由于本发明技术方案中第一电极层与第二电极层交叉处形成节点电容，在外部应变作用下，第一电极与第二电极之间的交叉区域面积发生改变，从而检测出应变大小。通过对第一电极及第二电极电极施加预设电压，能够使得在第一电极与第二电极间呈阵列排布的电致发光材料发光光强随裂缝对应的应变大小而变化，从而呈现裂缝的位置与形态变化。

Description

应变传感器、建筑结构检测装置及方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种应变传感器、建筑结构检测装置及方法。

背景技术

建筑物在长期使用过程中，受到台风、温度、载荷变化以及地震等因素的影响下，许多高层建筑等会产生裂缝，这些裂缝需要及时有效做出监控，以防患于未然。

现有技术通常采用传感器来对这些裂缝及其引起的应变状态进行检测。传感器包括一下两类：

一类采用电阻式应变片(由应变引起电阻变化)；另一类是采用三明治结构制作的电容式应变传感器(由应变引起电容的变化)。前者，因为应变片面积较小，对于裂缝较大时，应变片将被撕裂从而导致检测失效；后者，虽然可以忍受大的裂缝的应变，但由于裂缝通常是不规出现，且不定点出现，从而无法对裂缝的产生及发展进行有效的检测和监测。

因此，二者用于裂缝检测时，均只能检测出裂缝引起的应变，从而检测到裂缝是否存在，但不能对裂缝形态进行有效检测。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种应变传感器、建筑结构检测装置及方法，旨在实现对裂缝形态进行有效检测。

为实现上述目的，本发明提出的应变传感器，包括：

第一电极层，包括多个第一电极，多个第一电极并列平行设置；

第二电极层，包括多个第二电极，所述第二电极并列平行设置；所述第一电极与所述第二电极之间形成预设角度，所述第一电极与第二电极形成多个重合区域；以及

电致发光材料层，设置于所述重合区域。

优选地，所述应变传感器还包括第一绝缘层及第二绝缘层；所述第一绝缘层、第一电极层、电致发光材料层、第二电极层及第二绝缘层依次相对设置。

优选地，所述第一电极及所述第二电极均为透明电极。

优选地，所述电致发光材料层包括第一隔离层、荧光层及第二隔离层，所述第一隔离层、荧光层及第二隔离层依次设置。

优选地，所述第一电极与所述第二电极之间形成预设角度为90°。

优选地，所述第一电极、第二电极及电致发光材料层均采用柔性可喷涂材料。

为实现上述目的，本发明还提出一种建筑结构检测装置，包括驱动电路、电容检测电路、主控电路及如上所述的应变传感器；其中

所述驱动电路，用于给所述第一电极及所述第二电机施加预设电压；

所述电容检测电路，用于采集应变传感器中第一电极与第二电极之间形成的节点电容的电容值；

所述主控电路，用于根据所述电容值确定对应节点电容位置的应变值，根据所述应变值对裂缝位置及形态进行监测。

优选地，所述主控电路还根据节点电容的应变值，调整驱动电路输出的预设电压，通过所述预设电压对节点电容进行扫描驱动，以控制电致发光材料层的发光光强与对应的应变值呈正相关。

为实现上述目的，本发明还提出一种建筑结构检测方法，所述建筑结构检测方法包括：

驱动电路给第一电极及第二电机施加预设电压；

电容检测电路采集应变传感器中第一电极与第二电极之间形成的节点电容的电容值；

主控电路根据所述电容值确定对应节点电容位置的应变值，根据所述应变值对裂缝位置及形态进行监测。

优选地，在所述主控电路根据所述电容值确定对应节点电容位置的应变值，根据所述应变值对裂缝位置及形态进行监测之后，所述建筑结构检测方法还包括：

主控电路根据节点电容的应变值，调整驱动电路输出的预设电压；

通过所述预设电压对节点电容进行扫描驱动，以控制电致发光材料层的发光光强与对应的应变值呈正相关。

本发明技术方案中的应变传感器包括第一电极层、第二电极层及位于第一电极层和第二电极层交叉位置的电致发光材料层。其中第一电极层包括多个第一电极，多个第一电极并列平行设置；第二电极层包括包括多个第二电极，所述第二电极并列平行设置；所述第一电极与所述第二电极之间形成预设角度，所述第一电极与第二电极形成多个重合区域。由于本发明技术方案中第一电极层与第二电极层交叉处形成节点电容，在外部应变作用下，第一电极与第二电极之间的交叉区域面积发生改变，从而检测出应变大小。通过对第一电极及第二电极电极施加预设电压，能够使得在第一电极与第二电极间呈阵列排布的电致发光材料发光光强随裂缝对应的应变大小而变化，从而呈现裂缝的位置与形态变化。

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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明应变传感器一实施例的结构示意图；

图2为本发明应变传感器一实施例的剖视结构示意图；

图3为本发明建筑结构检测装置一实施例的结构示意图；

图4为本发明建筑结构检测方法一实施例的流程示意图；

图5为本发明建筑结构检测方法另一实施例的流程示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	第一电极层	500	第二绝缘层
200	电致发光材料层	600	驱动电路
				300	第二电极层	700	电容检测电路
400	第一绝缘层	800	主控电路
				Cs	节点电容

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种应变传感器。

参照图1及图2，在本发明实施例中，该应变传感器，包括：

第一电极层100，包括多个第一电极，多个第一电极并列平行设置。本实施例中，每一电极之间间隔距离是固定的，其间隔距离依据实际所需的精度等参数要求而灵活设定。

第二电极层300，包括多个第二电极，所述第二电极并列平行设置；所述第一电极与所述第二电极之间形成预设角度，所述第一电极与第二电极形成多个重合区域。类似的，每二电极之间间隔距离是固定的。

本实例中，第一电极与第二电极之间的夹角呈90°，因此第一电极与第二电极之间相互垂直。第一电极与第二电极相交处构成多个重合区域。本实施例中，所述第一电极及所述第二电极均为透明电极，透明电极能够降低电极对电致发光材料发出光线的阻挡。

其中，所述第一电极、第二电极及电致发光材料层200均采用可喷涂材料。

电致发光材料层200，设置于所述重合区域。电致发光材料层200、第一电极及第二电极共同构成多个呈阵列排布的电致发光单元。电致发光(英文electroluminescent)，又可称电场发光，简称EL，是通过加在两电极的电压产生电场，被电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子在能级间的跃迁、变化、复合导致发光的一种物理现象。本实施例中，第一电极和第二电极在相交处形成相对设置的两电极板，电极板之间填充有电致发光材料，从而构成了节点电容Cs，节点电容Cs呈阵列排布。

本发明技术方案中的应变传感器包括第一电极层100、第二电极层300及位于第一电极层100和第二电极层300交叉位置的电致发光材料层200。其中第一电极层100包括多个第一电极，多个第一电极并列平行设置；第二电极层300包括包括多个第二电极，所述第二电极并列平行设置；所述第一电极与所述第二电极之间形成预设角度，所述第一电极与第二电极形成多个重合区域。由于本发明技术方案中第一电极层100与第二电极层300交叉处形成节点电容Cs，在外部应力作用下，第一电极与第二电极之间的交叉区域面积发生改变，通过对第一电极及第二电极电极施加预设电压，能够使得呈阵列排布的电致发光材料发光光强呈现裂缝的位置与形态变化。

请继续参照图1，进一步地，所述应变传感器还包括第一绝缘层400及第二绝缘层500；所述第一绝缘层400、第一电极层100、电致发光材料层200、第二电极层300及第二绝缘层500依次相对设置。

所述第一绝缘层400、第一电极层100、电致发光材料层200、第二电极层300及第二绝缘层500相互之间紧密贴合。

具体地，所述电致发光材料层200包括第一隔离层、荧光层及第二隔离层，所述第一隔离层、荧光层及第二隔离层依次设置。一隔离层、荧光层及第二隔离层之间紧密贴合。

本发明技术方案中。第一电极、第二电极及电致发光材料层200组成电致发光单元阵列，每个阵列单元又组成一个单独的柔性电容式应变检测单元，当受到外界应变变化时，每个阵列单元将会被拉伸，从而引起节点电容Cs的改变，通过对节点电容Cs的检测，即可实现对应位置应变的检测。同时，由于每个阵列单元又是一个EL发光结构单元，因此，当给这个阵列单元交流驱动电压时，该单元将会发光，且其发光光强在一定区间将与应变成比例关系。

参照图3，为实现上述目的，本发明还提出一种建筑结构检测装置，包括驱动电路600、电容检测电路700、主控电路800及如上所述的应变传感器；其中

所述驱动电路600，用于给所述第一电极及所述第二电机施加预设电压；

所述电容检测电路700，用于采集应变传感器中第一电极与第二电极之间形成的节点电容Cs的电容值。需要说明的是，电容检测电路700与各个第一电极和第二电极分别连接，用以检测节点电容的电容值。驱动电路600与电容检测电路700轮流工作。当驱动电路600施加预设电压时，电容检测电路700断开与各个第一电极和第二电极的连接；当电容检测电路700对各个节点电容Cs进行检测时，驱动电路600则断开与各个第一电极和第二电极的连接。

所述主控电路800，用于根据所述电容值确定对应节点电容Cs位置的应变值，根据所述应变值对裂缝位置及形态进行监测。

进一步地，所述主控电路还根据节点电容Cs的应变值，调整驱动电路600输出的预设电压，通过所述预设电压对节点电容Cs进行扫描驱动，以控制电致发光材料层200的发光光强与对应的应变值呈正相关。

针对裂缝这一影响建筑物健康的因素，应变传感器工作过程可以描述如下：当出现裂缝时，裂缝将引起应变传感器相应位置发生形变，电容检测电路700对应变传感器进行阵列式扫描给出每个阵列单元的电容的变化，从而得到每个单元对感受到的应变大小，实现裂缝位置及形态的检测。同时，驱动电路600根据应变大小对应变传感器进行阵列式扫描，并控制扫描电压，从而使得每个阵列单元的发光，通过光强的变化实现裂缝的位置形态呈现。

参照图4，为实现上述目的，本发明还提出一种建筑结构检测方法，所述建筑结构检测方法包括：

步骤S100：驱动电路给第一电极及第二电机施加预设电压；

步骤S200：电容检测电路采集应变传感器中第一电极与第二电极之间形成的节点电容的电容值；

步骤S300：主控电路根据所述电容值确定对应节点电容位置的应变值，根据所述应变值对裂缝位置及形态进行监测。

本实施例中，应变传感器包括第一电极层100及第二电极层300，第一电极层100包括多个第一电极，多个第一电极并列平行设置。本实施例中，每一电极之间间隔距离是固定的，其间隔距离依据实际所需的精度等参数要求而灵活设定。

第二电极层300包括多个第二电极，所述第二电极并列平行设置；所述第一电极与所述第二电极之间形成预设角度，所述第一电极与第二电极形成多个重合区域。类似的，每二电极之间间隔距离是固定的。

本实例中，第一电极与第二电极之间的夹角呈90°，因此第一电极与第二电极之间相互垂直。第一电极与第二电极相交处构成多个重合区域。本实施例中，所述第一电极及所述第二电极均为透明电极，透明电极能够降低电极对电致发光材料发出光线的阻挡。

其中，所述第一电极、第二电极及电致发光材料层200均采用可喷涂材料。

电致发光材料层200，设置于所述重合区域。电致发光材料层200、第一电极及第二电极共同构成多个呈阵列排布的电致发光单元。电致发光(英文electroluminescent)，又可称电场发光，简称EL，是通过加在两电极的电压产生电场，被电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子在能级间的跃迁、变化、复合导致发光的一种物理现象。本实施例中，第一电极和第二电极在相交处形成相对设置的两电极板，电极板之间填充有电致发光材料，从而构成了节点电容Cs，节点电容Cs呈阵列排布。

参照图5，进一步地，在所述主控电路根据所述电容值确定对应节点电容Cs位置的应变值，根据所述应变值对裂缝位置及形态进行监测之后，所述建筑结构检测方法还包括：

步骤S400：主控电路根据节点电容的应变值，调整驱动电路输出的预设电压。

步骤S500：通过所述预设电压对节点电容进行扫描驱动，以控制电致发光材料层的发光光强与对应的应变值呈正相关。需要说明的是，当建筑物出现裂缝时，裂缝将引起应变传感器相应位置发生形变，电容检测电路700对应变传感器进行阵列式扫描给出每个阵列单元的电容的变化，从而得到每个单元对感受到的应变大小，实现裂缝位置及形态的检测。同时，EL驱动电路600根据应变大小对应变传感器进行阵列式扫描，并控制扫描电压，从而使得每个阵列单元的发光，通过光强的变化实现裂缝的位置形态呈现。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种应变传感器，其特征在于，包括：

第一电极层，包括多个第一电极，多个第一电极并列平行设置；

第二电极层，包括多个第二电极，所述第二电极并列平行设置；所述第一电极与所述第二电极之间形成预设角度，所述第一电极与第二电极形成多个重合区域；以及

电致发光材料层，设置于所述重合区域。

2.如权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，所述应变传感器还包括第一绝缘层及第二绝缘层；所述第一绝缘层、第一电极层、电致发光材料层、第二电极层及第二绝缘层依次相对设置。

3.如权利要求2所述的应变传感器，其特征在于，所述第一电极及所述第二电极均为透明电极。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的应变传感器，其特征在于，所述电致发光材料层包括第一隔离层、荧光层及第二隔离层，所述第一隔离层、荧光层及第二隔离层依次设置。

5.如权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，所述第一电极与所述第二电极之间形成预设角度为90°。

6.如权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，所述第一电极、第二电极及电致发光材料层均采用柔性材料。

7.一种建筑结构检测装置，其特征在于，包括驱动电路、电容检测电路、主控电路及如权利要求1～6任意一项所述的应变传感器；其中

所述驱动电路，用于给所述第一电极及所述第二电机施加预设电压；

所述电容检测电路，用于采集应变传感器中第一电极与第二电极之间形成的节点电容的电容值；

所述主控电路，用于根据所述电容值确定对应节点电容位置的应变值，根据所述应变值对裂缝位置及形态进行监测。

8.如权利要求7所述建筑结构检测装置，其特征在于，所述主控电路还根据节点电容的应变值，调整驱动电路输出的预设电压，通过所述预设电压对节点电容进行扫描驱动，以控制电致发光材料层的发光光强与对应的应变值呈正相关。

9.一种建筑结构检测方法，其特征在于，所述建筑结构检测方法包括：

驱动电路给第一电极及第二电机施加预设电压；

电容检测电路采集应变传感器中第一电极与第二电极之间形成的节点电容的电容值；

主控电路根据所述电容值确定对应节点电容位置的应变值，根据所述应变值对裂缝位置及形态进行监测。

10.如权利要求9所述的建筑结构检测方法，其特征在于，在所述主控电路根据所述电容值确定对应节点电容位置的应变值，根据所述应变值对裂缝位置及形态进行监测之后，所述建筑结构检测方法还包括：

主控电路根据节点电容的应变值，调整驱动电路输出的预设电压；

通过所述预设电压对节点电容进行扫描驱动，以控制电致发光材料层的发光光强与对应的应变值呈正相关。