CN113932841B - 一种埋入式传感器保护装置及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑监测技术领域，具体公开了一种埋入式传感器保护装置及制作方法，包括传感器组件，以及包裹于传感器组件外围的壳体；壳体包括柔性基材层，以及设置于柔性基材层两侧的水泥砂浆层；传感器组件包括管壁均布有透气孔的套管、设置于套管两端的端盖、包裹于套管外表面的纱网、以及设置于套管内的传感器，传感器的导线外露于壳体并与外部电控装置相连接。以此结构设计的埋入式传感器保护装置，具备良好的隔水性和透气性，同时也为传感器提供了一个安全的工作空间，继而有效延长了传感器的寿命，同时也方便对传感器周围的环境进行检测。

Description

一种埋入式传感器保护装置及制作方法

技术领域

本发明涉及建筑监测技术领域，尤其涉及一种埋入式传感器保护装置制作方法。

背景技术

结构健康监测是各类工程建筑运维中的重要一环，通过传感器进行周期性采样监测，获取结构相关数据，从而确定结构当前的健康状况。为了获取的数据更加精准，现在的混凝土结构健康监测使用的传感器大多为预埋式，即预先将传感器固定再进行混凝土浇筑养护，但传感器也因此无法取出或更换。而传感器大多为电子设备，内部芯片与电路板遇水短路，且本身易损坏。因此，如何保护传感器芯片在现浇混凝土内环境不被破坏且可以长期正常工作变得尤为重要。

目前传感器保护外壳多为金属或塑料材质，具有较高的强度与防水能力，但有很多传感器是对工作空间中的气体进行监测，要求传感器所在内部环境与混凝土环境进行气体交换（如温湿度监测、气体检测等），而目前大多数温湿度与气体监测传感器的保护外壳不能很好地兼顾隔水性与透气性；外壳一般较薄，强度和韧性一般较差，在高压下容易损坏；且外壳与监测体材质上的差异会导致传感器装置兼容性较差，从而对监测造成影响。因此此类埋入式混凝土传感器保护外壳需要具有如下特点：良好的隔水透气性、为传感器提供工作空间、具有良好的强度与韧性，且使用相似的水泥砂浆材料制作。此外，目前结构健康监测中使用的埋入式传感器大多为有线传感器，信号传输距离短，需要将信号传唤、存储、处理设备放置在周围，十分不便。因此，传感器的信号传输最好通过无线的方式，进行远距离传输。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种埋入式传感器保护装置，该埋入式传感器保护装置具备良好的隔水性和透气性，且结构稳定可靠，能够有效延长传感器的使用寿命。

本发明的第二目的在于提供一种制作方法，该制作方法工艺简单，易于操作，方便埋入式传感器保护装置的加工制作。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种埋入式传感器保护装置，包括传感器组件，以及包裹于所述传感器组件外围的壳体；所述壳体包括柔性基材层，以及设置于所述柔性基材层两侧的水泥砂浆层；所述传感器组件包括管壁均布有透气孔的套管、设置于所述套管两端的端盖、包裹于所述套管外表面的纱网、以及设置于所述套管内的传感器，所述传感器的导线外露于所述壳体并与外部电控装置相连接。

其中，所述套管设置为橡胶管，且所述透气孔的孔径大于0.5mm,小于1.5mm。

其中，所述端盖包括设置于所述套管下端口的橡胶密封盖，以及密封设置于所述套管上端口的环氧树脂密封盖，所述导线穿过所述环氧树脂密封盖及所述壳体后与外部电控装置相连接。

其中，所述橡胶密封盖上表面的中部设置有用于所述传感器定位的卡槽，与所述卡槽配合后的所述传感器与所述套管的内壁间隔设置。

其中，所述纱网设置为不锈钢金属网，所述纱网的网孔内径小于所述透气孔的孔径。

其中，包裹后的所述壳体呈球状、方形或不规则状设置。

其中，所述外部电控装置包括与所述导线电连接的信息采集模块，以及与所述信息采集模块电连接的无线发射模块，所述无线发射模块与移动终端无线连接。

其中，所述移动终端设置为服务器、电脑、手机或平板。

其中，所述柔性基材层设置为纤维网格布或防水透气膜。

一种制作方法，包括如下步骤：

1）.将传感器密封于侧壁均布有透气孔的套管内，之后将与传感器电连接的导线引出套管外，最后再将纱网包裹于套管的外周面使其形成传感器组件；

2）.将沾满水泥砂浆的柔性基材层包裹于传感器组件的外周面，并使得步骤1中的导线外露，待柔性基材层表面的水泥砂浆固化后形成传感器组件的壳体。

本发明的有益效果在于：本发明公开了一种埋入式传感器保护装置及制作方法，包括传感器组件，以及包裹于传感器组件外围的壳体；壳体包括柔性基材层，以及设置于柔性基材层两侧的水泥砂浆层；传感器组件包括管壁均布有透气孔的套管、设置于套管两端的端盖、包裹于套管外表面的纱网、以及设置于套管内的传感器，传感器的导线外露于壳体并与外部电控装置相连接。以此结构设计的埋入式传感器保护装置，具备良好的隔水性和透气性，同时也为传感器提供了一个安全的工作空间，继而有效延长了传感器的寿命，同时也方便对传感器周围的环境进行检测。

附图说明

图1是本发明一种埋入式传感器保护装置的结构示意图；

图2是图1中传感器与橡胶密封盖之间的分解图；

图3是图1中柔性基材层与水泥砂浆层配合后的结构示意图。

图中：

1、传感器组件；11、传感器； 13、橡胶密封盖；131、卡槽；14、导线；

2、壳体；21、柔性基材层；22、水泥砂浆层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

图1是本发明一种埋入式传感器保护装置的结构示意图；图2是图1中传感器11与橡胶密封盖13之间的分解图；图3是图1中柔性基材层21与水泥砂浆层22配合后的结构示意图。结合图1至图3所示，本实施例提供了一种埋入式传感器保护装置，该埋入式传感器保护装置由传感器组件1，以及包裹于传感器组件1外围的壳体2两部分组成，具体的，本实施例为了提升壳体2内的传感器组件1的透气性，作为优选，传感器组件1由设置传感器11、套管、端盖、纱网、导线14等部件组成，其中，套管套设于传感器11并通过设置于套管两端的端面密封，之后将与传感器11连接的导线14引出套管并将纱网包裹于套管的外表面。

本实施例为了使得套管具备一定的透气性，在套管的管壁上均布有多个透气孔，且用于包裹传感器组件1的壳体2由表面沾满水泥砂浆的柔性基材层21而成，在制作传感器组件1时，将纱网包裹于的套管的外表面后，不仅能够使得套管内部的传感器11具备较好的透气性，同时还能够隔离水泥砂浆避免进入套管内。而且还可以有效地防止在水泥砂浆水化过程中，对传感器11造成破坏。

作为优选，本实施例为了充分隔离水泥砂浆，作为进一步优选，本实施例中，为了方便套管管壁上的透气孔的孔径大于0.5mm,小于1.5mm，优选0.8mm，此外，为了进一步的延长套管寿命，同时也能够为传感器11提供一个较为安全可靠的工作环境，本实施例中的套管优选橡胶管，橡胶管不仅具备较好的弹性，同时还能够防止外部电磁干扰。

更进一步优选的，本实施例中为了方便传感器组件1的制作，作为优选，盖设于传感器11两端口的端盖包括设置于套管下端口的橡胶密封盖13，以及密封设置于套管上端口的环氧树脂密封盖，更进一步的，橡胶密封盖13上表面的中部设置有用于传感器11定位的卡槽131，与卡槽131配合后的传感器11与套管的内壁间隔设置。安装传感器11时，可将传感器11与橡胶密封盖13卡接，并使得传感器11与套管的内壁隔开，之后将传感器11插入套管内，并将橡胶密封盖13盖设于套管的下端口，之后将焊接于传感器11上的导线14从套管的上端口引出，并通过环氧树脂胶将套管的上端口密封，使其形成环氧树脂密封盖。固化后的环氧树脂胶与导线14凝固为一体，继而避免液体沿导线14进入套管内。最后再将纱网包裹于套管的外表面。

作为优选，本实施例中的纱网优选不锈钢金属网，且纱网的网孔内径小于透气孔的孔径。以此方式设置的纱网，不仅耐腐蚀性好，而且还能够有效隔离水泥砂浆进入套管。

更进一步具体的，本实施例为了提升该埋入式传感器保护装置与混凝土之间的兼容性，使得埋入式传感器保护装置埋入混凝土后能够与混凝土密实的连为一体，作为优选，壳体2采用表面沾满水泥砂浆的柔性基材层21制作而成，也即壳体2包括柔性基材层21，以及设置于柔性基材层21两侧的水泥砂浆层22，将两侧设置有水泥砂浆层22的柔性基材层21包裹于传感器组件1的外周面，并根据需要包裹成所需要形状，譬如球状、方形或不规则状，之后再将包裹有壳体2的传感器组件1埋入混凝土内使其与混凝土稳固的结合。进一步优选的，本实施例中的柔性基材层21优选纤维网格布。

此外，本实施例中，设置于壳体2外与上述导线14电连接的外部电控装置包括与导线14电连接的信息采集模块，以及与信息采集模块电连接的无线发射模块，其中，无线发射模块与移动终端无线连接，作为优选，移动终端可设置为服务器、电脑、手机或平板。本实施例中通过信息采集模块将传感器11采集模拟信号转换为数字信号，并通过无线发射模块进行无线传输，从而实现千米外的实时监控、处理、分析，提高了监测便利性的同时也节约了监测现场的空间。除了在混凝土工程外，本技术还可以应用在土体工程，农业土壤监测，地质环境监测，市政工程等领域，利用隔水透气、高强度高韧性，兼容性好的特点进行气体或温湿度的监测。

有关上述外部电控装置的具体电路原理及电路设置，相关技术中都较为常用，在此不做具体赘述。

本实施例还提供了用于上述埋入式传感器保护装置的制作方法，该制作方法包括如下步骤：1）.将传感器11密封于侧壁均布有透气孔的套管内，之后将与传感器11电连接的导线14引出套管外，最后再将纱网包裹于套管的外周面使其形成传感器组件1；2）.将沾满水泥砂浆的柔性基材层21包裹于传感器组件1的外周面，并使得步骤1中的导线14外露，待柔性基材层21表面的水泥砂浆固化后形成传感器组件1的壳体2。采用上述步骤制作的埋入式传感器保护装置不仅制作工艺简单，而且还能够使得埋入式传感器保护装置具备较好的隔水性和透气性，继而为套管内的传感器11提供一个安全可靠的工作环境，同时也能够有效提升传感器11的使用寿命。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种埋入式传感器保护装置，用于保护混凝土温湿度及气体检测传感器，其特征在于，包括传感器组件(1)，以及包裹于所述传感器组件(1)外围的壳体(2)；所述壳体(2)包括柔性基材层(21)，以及设置于所述柔性基材层(21)两侧的水泥砂浆层(22)；所述传感器组件(1)包括管壁均布有透气孔的套管、设置于所述套管两端的端盖、包裹于所述套管外表面的纱网、以及设置于所述套管内的传感器(11)，所述传感器(11)的导线(14)外露于所述壳体(2)并与外部电控装置相连接，所述套管设置为橡胶管。

2.根据权利要求1所述的一种埋入式传感器保护装置，其特征在于，所述透气孔的孔径大于0.5mm,小于1.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种埋入式传感器保护装置，其特征在于，所述端盖包括设置于所述套管下端口的橡胶密封盖(13)，以及密封设置于所述套管上端口的环氧树脂密封盖，所述导线(14)穿过所述环氧树脂密封盖及所述壳体(2)后与外部电控装置相连接。

4.根据权利要求3所述的一种埋入式传感器保护装置，其特征在于，所述橡胶密封盖(13)上表面的中部设置有用于所述传感器(11)定位的卡槽(131)，与所述卡槽(131)配合后的所述传感器(11)与所述套管的内壁间隔设置。

5.根据权利要求2所述的一种埋入式传感器保护装置，其特征在于，所述纱网设置为不锈钢金属网，所述纱网的网孔内径小于所述透气孔的孔径。

6.根据权利要求1所述的一种埋入式传感器保护装置，其特征在于，包裹后的所述壳体(2)呈球状、方形或不规则状设置。

7.根据权利要求1所述的一种埋入式传感器保护装置，其特征在于，所述外部电控装置包括与所述导线(14)电连接的信息采集模块，以及与所述信息采集模块电连接的无线发射模块，所述无线发射模块与移动终端无线连接。

8.根据权利要求7所述的一种埋入式传感器保护装置，其特征在于，所述移动终端设置为服务器、电脑、手机或平板。

9.根据权利要求1所述的一种埋入式传感器保护装置，其特征在于，所述柔性基材层(21)设置为纤维网格布。

10.一种制作方法，包括权利要求1至9任意一项所述的埋入式传感器保护装置，其特征在于，还包括如下步骤：

1）.将传感器(11)密封于侧壁均布有透气孔的套管内，之后将与传感器(11)电连接的导线(14)引出套管外，最后再将纱网包裹于套管的外周面使其形成传感器组件(1)；

2）.将沾满水泥砂浆的柔性基材层(21)包裹于传感器组件(1)的外周面，并使得步骤1中的导线(14)外露，待柔性基材层(21)表面的水泥砂浆固化后形成传感器组件(1)的壳体(2)。

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