CN112629401A - 一种路面结构应变传感器制造方法及传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种路面结构应变传感器制造方法及传感器，将两端安装好牵拉件及导电引线的电阻式应变片置入封装模具中，在封装模具与电阻式应变片之间的空间填注封装胶液，待封装胶液固化后，拆下封装模具，采用本发明方法制造的传感器监测结果更加精确。

Description

一种路面结构应变传感器制造方法及传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种路面结构应变传感器制造方法及传感器。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

为了保证路面结构等基础设施在长期使用中的安全性、完整性和耐久性，需要智能健康监测系统来监测并评估土木工程结构的受力变形程度，对其进行修复并控制破坏的进一步发展。道路变形监测传感器作为智能健康监测系统的“神经单元”主要起到感知变形的作用。用于小应变变形监测最成熟的电阻式应变片结构脆弱，不经过封装保护难以在恶劣的土木工程施工及服役环境中成活。但发明人发现，当前的大多封装手段和材料过分关注于应变片的成活率，多采用高强度金属结构进行封装，封装结构的模量与路面沥青混凝土相比过大，经常造成监测结构与传感器的变形协调性差的问题，不能保证监测数据的可靠性。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种路面结构应变传感器制造方法，能够将封装层与传感器形成很好的结构体系，使得传感器的道路结构监测数据更加可靠。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种路面结构应变传感器制造方法，将两端安装好牵拉件及导电引线的电阻式应变片置入封装模具中，在封装模具与电阻式应变片之间的空间填注封装胶液，待封装胶液固化后，拆下封装模具。

进一步的，所述封装模具包括内模、外模及封端塞，所述内模由柔性材质制成，电阻式应变片能够置入内模中，外模由刚性材质制成且能够套在内模外周，内模两端均能够密封固定封端塞。

进一步的，所述制造方法的具体步骤为：

分别在电阻式应变片的两端安装牵拉件及导电引线；

将安装好牵拉件及导电引线的电阻式应变片置入内模中，并将内模两端利用封端塞进行封堵，牵拉件及导电引线穿过封端塞；

将内模置入外模中，内模外侧面贴紧外模内侧面；

调整电阻式应变片至内模的中部位置；

在内模和电阻式应变片之间的空间填注封装胶液；

待封装胶液固化后，依次拆下外模、内模及封端塞。

进一步的，所述内模两端分别设置有第一通孔和第二通孔，内模两端的封端塞分别设置有与第一通孔和第二通孔相匹配的第三通孔和第四通孔，第一通孔和第三通孔中能够插入注胶管，第二通孔和第四通孔中能够插入出胶管。

进一步的，所述注胶管与第一通孔的孔面之间注入密封胶进行密封，所述出胶管与第二通孔的孔面之间注入密封胶进行密封。

进一步的，所述导电引线连接有接线端子，所述接线端子与电阻式应变片的自带电极铜线焊接固定。

进一步的，所述牵拉件采用绝缘材质制成。

进一步的，所述封端塞、内模及封装胶液的材质被配置为：内模与封装胶液无法粘合，封端塞与封装胶液无法粘合。

进一步的，所述封端塞内部设置有阶梯通孔，包括第一通孔部和第二通孔部，第一通孔部的直径大于第二通孔部的直径，用于牵拉件穿过的封端塞的第二通孔部直径与牵拉件直径相匹配，用于引电导线穿过的封端塞的第二通孔部直径与引电导线直径相匹配，第一通孔部作为封装胶液的汇集腔室。

第二方面，本发明提供了一种路面结构应变传感器，采用第一方面所述的方法制造而成。

本发明的有益效果：

1.本发明的方法，利用封装胶液对电阻式应变片进行封装，封装胶液的材质可根据所在的路面沥青混凝土进行设置，使得封装胶液与电阻式应变片形成了很好的结构体系，既可以使应变片隔绝外部的湿度环境又可以使传感器的结构模量适应不同路面面层的模量，道路结构监测数据更加可靠。

2.本发明的方法，能够通过牵拉件及导电引线实现电阻式应变片在封装模具中的定位和调整，能够有效避免封装电阻式应变片贴壁、弯曲、成活率低的问题。

3.本发明的方法，相比于应变片粘贴使用更加简单方便，适用于不同规格的应变片封装，扩宽了电阻式应变片传感器的适用范围和领域。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1制造方法流程示意图；

图2为本发明实施例1封装模具与电阻式应变片装配示意图；

图3为本发明实施例1封端塞结构示意图；

其中，1.牵拉件，2.导电引线，3.电阻式应变片，4.外模，5.内模，6.封端塞，6-1.第一通孔部，6-2.第二通孔部，6-3.第三通孔，7.注胶管，8.出胶管，9.接线端子。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”字样，仅表示与附图本身的上、下方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，目前的路面结构监测用应变片采用高强度金属结构进行封装，经常造成监测结构与传感器的变形协调性差的问题，不能保证监测数据的可靠性，针对上述问题，本申请提出了一种路面结构应变传感器制造方法。

本申请的一种典型实施方式中，如图1-3所示，一种路面结构应变传感器制造方法，将两端安装好牵拉件1及导电引线2的电阻式应变片3置入封装模具中，在封装模具与电阻式应变片之间的空间填注封装胶液，待封装胶液固化后，拆下封装模具。

所述封装模具包括外模4、内模5及封端塞6，所述内模由柔性材质制成，电阻式应变片能够置入内模中，外模由刚性材质制成且能够套在内模外周，且外模的长度小于内模的长度，内模两端均能够密封固定封端塞。内模及封堵塞能够共同构成密封腔室，电阻式应变片能够置入所述的密封腔室中，密封腔室中注入封装胶液，利用封装胶液对电阻式应变片进行封装。

本实施例中，所述内模和外模为圆形管结构或方形管结构，内模的内径大于电阻式应变片的宽度，内模的内径范围为5mm-500mm，优选的，所述内模采用橡胶管或硅橡胶管，所述外模采用金属管或亚克力管，内模的制作材料被配置为与封装胶液不会产生粘合，便于封装胶液固化成型后进行脱模。外模能够套在内模外周，且其内侧面与内模的外周面紧贴，能够防止封装胶液固化成型过程中形态发生改变。

所述封端塞的材质被配置为与封装胶液不会产生粘合，本实施例中，所述封端塞采用环氧板或尼龙或聚醚醚酮PEEK或聚四氟乙烯或聚乙烯材质制成，所述封端塞的外径与内模的内径相匹配，封端塞塞入内模后，能够紧贴内模内侧面，防止空隙过大使得封装胶液流入空隙中，造成封端塞与内模粘合。

所述封端塞设置有贯穿其上下端面的阶梯通孔，阶梯通孔与封端塞同轴设置，所述阶梯通孔包括第一通孔部6-1和第二通孔部6-2，第一通孔部的直径大于第二通孔部的直径，用于牵拉件穿过的封端塞的第二通孔部直径与牵拉件直径相匹配，用于引电导线穿过的封端塞的第二通孔部直径与引电导线直径相匹配，第二通孔部的直径略大于牵拉件及引电导线的直径，其直径范围为0.01mm-1mm，使得第二通孔部部限制牵拉件及引电导线沿内模轴线方向的移动，第一通孔部作为封装胶液的汇集腔室，使得封装胶液填充过程中不易引入外部气泡。

所述内模的两端的管壁上分别设置有第一通孔和第二通孔，用于安装在内模设置第一通孔端部的封端塞设置有第三通孔6-3，第三通孔与第一通孔相匹配，且第三通孔与封端塞的第一通孔部相连通，用于安装在内模设置第二通孔端部的封端塞设置有第四通孔，所述第四通孔与第二通孔相匹配，且第四通孔与封端塞的第一通孔部相连通，所述第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔的直径范围为1mm-5mm，第一通孔和第三通孔中能够插入注胶管7，作为封装胶液的流入通道，所述第二通道和第四通道中能够插入出胶管8，作为封装胶液的流出通道。

本实施例中，所述注胶管和出胶管采用塑料管或金属管。

所述牵拉件采用由绝缘材质制成的细线或采用与电阻式应变片宽度相同的纸质胶带或其他绝缘胶带，采用绝缘材质，避免了引入其他电阻长影响应变片的检测精度，本实施例中，所述牵拉件采用尼龙线或棉线或纤维线，所述牵拉件的直径范围为0.1mm-1mm，

本实施例中，所述封装胶液为环氧树脂或热熔尼龙或塑料或橡胶或硅丁基橡胶材料，胶液体系粘度、固化时间应适应注胶的工艺，保证注胶过程的完成。

所述传感器的制造的具体步骤为：

步骤1：分别在电阻式应变片的两端安装牵拉件及导电引线。

将牵拉件粘贴固定在电阻式应变片的一端，所述牵拉件粘贴在电阻式应变片端部的中心位置或中心位置的两侧位置或多点排列粘贴。

将导电引线由锡焊焊接或导电胶粘贴固定到接线端子9上，接线端子的位置尽可能靠近电阻式应变边，将电阻式应变片自带电极铜线完全焊接到接线端子上，以免铜线结构脆弱，在道路埋设的位置经过长时间碾压而疲劳断裂。

步骤2：将安装好牵拉件及导电引线的电阻式应变片置入内模中，并将内模两端利用封端塞进行封堵，牵拉件及导电引线穿过封端塞。

将电阻式应变片伸入内模中，并将牵拉件和导电引线分别通过第二通孔部穿过用于设置在内模两端的封端塞，利用封端塞封堵住内模的两端，并使得一端的封端塞上的第三通孔与内模一端端部的第二通孔连通，另一端的封端塞的第四通孔与内模另一端端部的第四通孔连通，在封端塞和内模之间涂密封胶，用于密封封端塞与内模之间的空隙。

步骤3：将内模置入外模中，内模外侧面贴紧外模内侧面。

将外模套在内模外周，使得内模的外周面与外模的内侧面贴合，并利用紧固配件将外模紧固，本实施例中，所述紧固配件采用塑料松紧束带或金属紧固圈，在第一通孔和第三通孔中插入注胶管，在第二通孔和第四通孔中插入出胶管，并利用密封胶对第一通孔孔面和注胶管进行密封，利用密封胶对第二通孔孔面和出胶管进行密封。

步骤4：调整电阻式应变片至内模的中部位置。

将外模利用铁架台中心的夹子夹紧，使得组装好的外模、内模及电阻式应变片处于竖直状态，且注胶管位于下方，出胶管位于上方，再由铁架台上下夹子分别夹紧电阻式应变片两端的牵拉件和导电引线，调节夹子位置，完全舒展电阻式应变片，并使电阻式应变片位于内模的中部位置，能够有效避免封装电阻式应变片贴壁、弯曲、成活率低的问题。

步骤5：在内模和电阻式应变片之间的空间填注封装胶液。

封装胶液的注入采用在注胶管连接注射器或出胶管连接负压真空设备进行。

采用注射器进行注胶时，利用注射器将封装胶液吸入注射器内部，然后将注射器的针头插入注胶管中，将封装胶液通过注胶管推入电阻式应变片与内模之间的空间，出胶管用于排出内模内部的空气，当出胶管有封装胶液流出时，停止注胶。

采用负压真空设备进行注胶时，负压真空设备与出胶管连接，将注胶管插入封装胶液中，负压真空设备对内模内部抽真空，在大气压的作用下，封装胶液通过注胶管进入内模内部，直至出胶管有封装胶液流出，停止注胶。

封装胶液注入完成后，将外模、内模、电阻式应变片、封端塞、封装胶液等组成的整套装置置于胶液的理论初凝温度下2h使其胶凝，再将其置于固化温度维持5h以上完全固化。理论初凝温度和固化温度根据封装胶液的材质进行设置，在此不进行详细叙述。

待封装胶液完全固化后，取出注胶管和出胶管，取下外模，在内模上切缝，通过切缝将内模剥离固化成型的封装胶液，然后脱出两端的封端塞，此时完成了整个传感器的制造。

本实施例中，内模的内径可根据实际需要设置，封装胶液材料可根据待监测路面结构进行设置，所以根据具体的使用情况，可以选择不同的封装胶液材料和不同内径的成型内管，从而实现制造不同尺径的路面结构应变检测传感器。

采用本实施例的方法，相比于应变片粘贴使用更加简单方便，适用于不同规格的应变片封装，扩宽了电阻式应变片传感器的适用范围和领域。

实施例2：

本实施例公开了一种路面结构应变传感器，采用实施例1的方法制作而成，采用本实施例的传感器，利用封装胶液进行封装，具有较好的耐高温剪切性能，形成了很好的结构体系，封装胶液既可以使应变片隔绝外部的湿度环境又可以使传感器的结构模量适应不同路面面层的模量，道路结构监测数据更加可靠。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种路面结构应变传感器制造方法，其特征在于，将两端安装好牵拉件及导电引线的电阻式应变片置入封装模具中，在封装模具与电阻式应变片之间的空间填注封装胶液，待封装胶液固化后，拆下封装模具。

2.如权利要求1所述的一种路面结构应变传感器制造方法，其特征在于，所述封装模具包括内模、外模及封端塞，所述内模由柔性材质制成，电阻式应变片能够置入内模中，外模由刚性材质制成且能够套在内模外周，内模两端均能够密封固定封端塞。

3.如权利要求2所述的一种路面结构应变传感器制造方法，其特征在于，具体步骤为：

分别在电阻式应变片的两端安装牵拉件及导电引线；

将安装好牵拉件及导电引线的电阻式应变片置入内模中，并将内模两端利用封端塞进行封堵，牵拉件及导电引线穿过封端塞；

将内模置入外模中，内模外侧面贴紧外模内侧面；

调整电阻式应变片至内模的中部位置；

在内模和电阻式应变片之间的空间填注封装胶液；

待封装胶液固化后，依次拆下外模、内模及封端塞。

4.如权利要求3所述的一种路面结构应变传感器制造方法，其特征在于，所述内模两端分别设置有第一通孔和第二通孔，内模两端的封端塞分别设置有与第一通孔和第二通孔相匹配的第三通孔和第四通孔，第一通孔和第三通孔中能够插入注胶管，第二通孔和第四通孔中能够插入出胶管。

5.如权利要求4所述的一种路面结构应变传感器制造方法，其特征在于，所述注胶管与第一通孔的孔面之间注入密封胶进行密封，所述出胶管与第二通孔的孔面之间注入密封胶进行密封。

6.如权利要求3所述的一种路面结构应变传感器制造方法，其特征在于，所述封端塞、内模及封装胶液的材质被配置为：内模与封装胶液无法粘合，封端塞与封装胶液无法粘合。

7.如权利要求3所述的一种路面结构应变传感器制造方法，其特征在于，所述封端塞内部设置有阶梯通孔，包括第一通孔部和第二通孔部，第一通孔部的直径大于第二通孔部的直径，用于牵拉件穿过的封端塞的第二通孔部直径与牵拉件直径相匹配，用于引电导线穿过的封端塞的第二通孔部直径与引电导线直径相匹配，第一通孔部作为封装胶液的汇集腔室。

8.如权利要求1所述的一种路面结构应变传感器制造方法，其特征在于，所述导电引线连接有接线端子，所述接线端子与电阻式应变片的自带电极铜线焊接固定。

9.如权利要求1所述的一种路面结构应变传感器制造方法，其特征在于，所述牵拉件采用绝缘材质制成。

10.一种路面结构应变传感器，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的方法制造而成。

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