CN114111561A - 应变传感器及其应用 - Google Patents
应变传感器及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114111561A CN114111561A CN202111425608.5A CN202111425608A CN114111561A CN 114111561 A CN114111561 A CN 114111561A CN 202111425608 A CN202111425608 A CN 202111425608A CN 114111561 A CN114111561 A CN 114111561A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thin film
- film resistor
- elastic
- strain sensor
- strain
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 187
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 16
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims description 6
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 7
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 11
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 8
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- 239000011384 asphalt concrete Substances 0.000 description 5
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 5
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 2
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 2
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
- G01B7/18—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in resistance
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
本发明涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种应变传感器及其应用。应变传感器包括设有安装腔和过线孔的弹性件，过线孔与安装腔连通，弹性件能随应变而变形；包含有惠斯通半桥电路单元的检测模块，惠斯通半桥电路单元设于安装腔内，惠斯通半桥电路单元包括第一薄膜电阻、第二薄膜电阻、第三薄膜电阻和第四薄膜电阻，第一薄膜电阻和第二薄膜电阻的长度方向相同，第三薄膜电阻和第四薄膜电阻与第一薄膜电阻和第二薄膜电阻垂直设置；第一薄膜电阻、第二薄膜电阻、第三薄膜电阻和第四薄膜电阻的引线经由过线孔露出于弹性件；与弹性件连接的固定件，以将弹性件进行固定。该传感器测量精度高。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种应变传感器及其应用。
背景技术
沥青路面层间应变影响着道路使用寿命和路面安全行驶性能。将传感器安装在弹性杆上并内置于路面层间是进行路面层间应变监测的有效手段，但是由于路面施工时的条件复杂而恶劣，因此为了保护集成在弹性杆上的传感器元件，通常需要增设保护壳体。然而保护壳体的引入不但使得传感器的体积增大、结构复杂、安装繁琐、整体的稳定性不高，而且还影响了传感器周边的混凝土结构。另外，加入保护壳体后导致传感器无法与混凝土直接接触，而使得路面层间应变只能通过沥青混凝土传送至保护壳体，再传送到检测元件。这一过程会造成应变的衰减损失，从而影响传感器的测量精度。
此外，传统应变传感器中的应变片通常是胶粘至检测元件上，在使用过程中粘接胶易失效，从而导致应变片无法正常工作。而且路面铺设时温度较高，在高温下粘接胶易产生黏性而造成传感器测量的滞后性。
发明内容
基于此，本发明提供了一种结构简单、测量精度较高的应变传感器及其应用。
本发明一方面，提供一种应变传感器，包括：
弹性件，设有安装腔和过线孔，所述过线孔与所述安装腔连通，所述弹性件能随应变而变形；
检测模块，包含有惠斯通半桥电路单元，所述惠斯通半桥电路单元设于所述安装腔内，所述惠斯通半桥电路单元包括第一薄膜电阻、第二薄膜电阻、第三薄膜电阻和第四薄膜电阻，所述第一薄膜电阻和所述第二薄膜电阻的长度方向相同，所述第三薄膜电阻和所述第四薄膜电阻与所述第一薄膜电阻和所述第二薄膜电阻垂直设置；所述第一薄膜电阻、所述第二薄膜电阻、所述第三薄膜电阻和所述第四薄膜电阻的引线经由所述过线孔露出于所述弹性件；及
固定件，与所述弹性件连接，以将所述弹性件进行固定。
可选的，如上述所述的应变传感器，所述第三薄膜电阻和所述第四薄膜电阻以金属材料为基底，且所述第三薄膜电阻和所述第四薄膜电阻远离其电极的一端固定于所述安装腔内。
可选的，如上述所述的应变传感器，所述弹性件为弹性杆，所述弹性杆的两端均连接有所述固定件。
可选的，如上述所述的应变传感器，所述第一薄膜电阻和所述第二薄膜电阻的长度方向与所述弹性杆的轴向相同；
所述第三薄膜电阻和所述第四薄膜电阻的长度方向垂直于所述弹性杆的轴向。
可选的，如上述所述的应变传感器，所述弹性杆为包括两个纵切半圆柱体形的弹性支杆，至少一个所述弹性支杆设有第一凹槽和与所述第一凹槽连通的第二凹槽，以使两个所述弹性支杆配合形成所述安装腔和所述过线孔。
可选的，如上述所述的应变传感器，两个所述弹性支杆粘合连接。
可选的，如上述所述的应变传感器，所述固定件为挡板，且所述挡板的高度高于所述弹性件的高度。
可选的，如上述所述的应变传感器，所述挡板设有开孔，所述弹性件安装于所述开孔内。
可选的，如上述所述的应变传感器，所述弹性件的材质为尼龙，所述固定件的材质为硬质合金。
本发明另一方面，还提供如上述所述的应变传感器在检测路面层间应变中的应用。
本发明提供的应变传感器不需要设置额外的保护外壳，弹性件在作为应变传递媒介的基础上，即可直接对传感器起到保护作用，无需额外的保护外壳，从而简化了传感器结构、减小了体积，提高了传感器的集成度及使用寿命，使得其在振动、高温压路工况等苛刻条件下工作时也可以正常使用，提高了传感器埋设的存活率。而且舍去了弹性件之外的中间体(保护外壳等)，通过弹性件与路面直接接触可以将路面层间应变直接传递到弹性件，传感器可以直接感应到弹性件的变形而测量应变大小，从而避免了对应变造成的衰减与损失，提高了应变检测精度。
另外，本发明提供的应变传感器中的薄膜电阻之间形成惠斯通半桥电路，从而使得该传感器可满足检测路面沿车辆行驶方向或垂直车辆行驶方向的两个应变，即可检测路面混凝土的横向或纵向应变。而且第三薄膜电阻和第四薄膜电阻还可以实现传感器的温度自补偿，无需外接补偿电路。
此外，通过将斯通半桥电路单元直接安装于弹性件的安装腔内，即直接在弹性件内部生成传感器，避免了硅胶等粘接剂的使用，从而避免了高温环境下粘接胶的老化、失效，进而避免了传感器粘接不牢而产生的测试滞后性与蠕变性的问题，提高了传感器的使用寿命及检测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。
图1为本发明一实施例中应变传感器的结构示意图；
图2为本发明一实施例中检测模块中惠斯通半桥电路单元的结构示意图；
图3为本发明一实施例中弹性件的结构示意图；
图4为本发明一实施例中弹性支杆与惠斯通半桥电路单元的结构关系示意图；
图5为本发明一实施例中安装有第一薄膜电阻和第二薄膜电阻的弹性支杆的半圆柱面俯视图；
图6为本发明一实施例中安装有第三薄膜电阻和第四薄膜电阻的弹性支杆的半圆柱面俯视图。
附图标记说明：100-弹性件；110-安装腔；111-第一凹槽；120-过线孔；121-第二凹槽；200-检测模块；210-惠斯通半桥电路单元；211-第一薄膜电阻；212-第二薄膜电阻；213-第三薄膜电阻；214-第四薄膜电阻；215-基底；216-引线；300-固定件；400-螺母。
具体实施方式
现将详细地提供本发明实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本发明进行多种修改和变化而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。
因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变化。本发明的其它对象、特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的。本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本发明更广阔的方面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。术语“长度”、“宽度”、“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“径向”、“轴向”、“纵向”、“横向”、“周向”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语和定义：
“沥青路面”是指在柔性基层、半刚性基层上，铺筑一定厚度的沥青混合料面层的路面结构。沥青面层分为沥青混凝土、沥青混合料(包括沥青混凝土混合料及沥青碎石混合料)、乳化沥青碎石、沥青灌入式、沥青表面处置等类型。
“半圆柱面”是指由圆柱面纵向剖切而得，纵剖面过圆柱底面的圆心，并垂直于底面。
请参阅图1和2，本发明一方面，提供一种应变传感器，包括：
弹性件100，设有安装腔110和过线孔120，其中过线孔120与安装腔110连通，弹性件100能随应变而变形；
检测模块200，包含有惠斯通半桥电路单元210，惠斯通半桥电路单元210设于安装腔110内，惠斯通半桥电路单元210包括第一薄膜电阻211、第二薄膜电阻212、第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214，第一薄膜电阻211和第二薄膜电阻212的长度方向相同，第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214与第一薄膜电阻211和第二薄膜电阻212垂直设置；第一薄膜电阻211、第二薄膜电阻212、第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214的引线216经由过线孔120露出于弹性件100；及
固定件300，与弹性件100连接，以将弹性件100进行固定。
本发明提供的应变传感器不需要额外的保护外壳，弹性件100即可直接对传感器起到保护作用，因而可以简化传感器结构、缩小体积，从而提高了传感器的集成度及使用寿命，使得其在振动、高温压路工况等苛刻条件下工作时也可以正常使用，提高了传感器埋设的存活率。而且通过弹性件100与路面直接接触式测量应变，舍去了中间体(保护外壳等)将路面层间应变传递到弹性件100的过程，从而避免了对应变造成的衰减与损失，提高了应变检测精度。
另外，本发明应变传感器中的薄膜电阻之间形成惠斯通半桥电路单元210，从而使得该传感器可满足检测路面沿车辆行驶方向或垂直车辆行驶方向的应变，即可检测路面混凝土的横向或纵向应变。而且第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214还可以实现传感器的温度自补偿，无需外接补偿电路。
请参阅图1、3和4，在一些实施方式中，第一薄膜电阻211、第二薄膜电阻212、第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214以嵌入的方式于安装腔110内。所述嵌入的方法不作限制，本领域技术人员可以根据公知方法进行选择，例如可以为光刻镀膜、真空镀膜、物理气相沉积、化学气相沉积、磁控溅射镀膜、3D打印、印刷电路等。通过将第一薄膜电阻211、第二薄膜电阻212、第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214直接嵌入于安装腔110内，即直接在弹性件100内部生成传感器，避免了硅胶等粘接剂的使用，从而避免了高温环境下粘接胶的老化、失效，进而避免了传感器粘接不牢而产生的测试滞后性与蠕变性的问题，提高了传感器的使用寿命及检测精度。
在一些实施方式中，弹性件100为弹性杆，弹性杆的两端均连接有固定件300。
在一些实施方式中，弹性杆为包括两个纵切半圆柱体形的弹性支杆，至少一个弹性支杆设有第一凹槽111和与第一凹槽111连通的第二凹槽121，以使两个弹性支杆配合形成安装腔110和过线孔120。
在一些实施方式中，两个弹性杆上均设有第一凹槽111和与第一凹槽111连通的第二凹槽121。
在一些实施方式中，第一凹槽111的形状和大小不作过多限制，例如可以为长方形、正方形、圆形等。优选的，第一凹槽111为长方形。更优选的，第一凹槽111的长度为11mm～15mm，宽度为7mm～10mm，深度为0.5mm～2mm。
在一些实施方式中，第二凹槽121一端与第一凹槽111侧边中心处相连通，另一端直至弹性杆端部。同样的，第二凹槽121的形状和大小根据实际需求进行选择即可，为了提高利用率，将第二凹槽121的形状设为半圆柱形凹槽，其中第二凹槽121的宽度和深度根据引线216确定即可，一般的，第二凹槽121的宽度和深度独立地选自2mm～4mm。优选的，为了防止引线216发生移动，可以在第二凹槽121内涂覆高温胶，例如可以涂覆耐170℃以上的高温胶。
在一些实施方式中，两个弹性支杆粘合连接。其中粘合为高温高压粘合，例如粘合温度可以为165℃～175℃，粘合压力可以为25MPa～35MPa。优选的，粘合过程中可在弹性支杆的半圆柱面上涂覆耐高温胶粘剂以实现强力粘合，所述耐高温胶粘剂可以为环氧树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂、橡胶胶粘剂等。
在一些实施方式中，弹性杆的体积不作限制，可根据实际需求进行选择。在一个具体的实施方式中，弹性杆的半径为7.5mm～12.5mm。
在一些实施方式中，两个弹性支杆可通过注塑成形工艺制备。
在一些实施方式中，为了更好的传递路面层间应变，弹性件100的弹性模量接近路面材质弹性模量。优选的，为了进一步使传感器能够在高温环境下服役，所述弹性件100的材质为尼龙。通过选用耐高温的尼龙作为弹性件100的原料可实现传感器在170℃的长期服役。
在一些实施方式中，可使用含氟塑料缠覆弹性件100以做防水处理。
在一些实施方式中，第一薄膜电阻211和第二薄膜电阻212的长度方向与弹性杆的轴向相同；
第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214的长度方向垂直于弹性杆的轴向。
参阅图5和图6可知，在一些实施方式中，两个弹性杆上均设有第一凹槽111和与第一凹槽111连通的第二凹槽121，且第一薄膜电阻211和第二薄膜电阻212位于一个弹性支杆的第一凹槽111内，第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214位于另一个弹性支杆的第一凹槽111内。
在一些实施方式中，第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214以金属材料为基底215，且第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214远离其电极的一端固定于安装腔110内。通过形成将第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214远离其电极的一端固定，另一端不固定的结构，可以使得第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214不参与弹性件100传递的应变，该结构可以起到温度补偿的作用，从而避免引入外界温度补偿结构。
在一些实施方式中，将第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214远离其电极的一端固定于安装腔110内的方法可以为任意公知方法，例如可以通过胶粘的方式将第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214远离其电极的一端固定于安装腔110内。
请参阅图2，在一些实施方式中，第一薄膜电阻211和第三薄膜电阻213的连接点及第二薄膜电阻212和第四薄膜电阻214的连接点分别与电桥供电电源的正负端相连；
第一薄膜电阻211和第四薄膜电阻214的连接点及第二薄膜电阻212和第三薄膜电阻213的连接点分别为电桥输出电源的正负端。
在一些实施方式中，固定件300为挡板，且挡板的高度高于弹性件100的高度。
在一些实施方式中，挡板设有开孔，弹性件100安装于开孔内。优选的，弹性件100与挡板之间为机械连接，所述机械连接的方式可以为螺栓连接。优选的，弹性件100的端部设有外螺纹，将弹性件100的端部插入挡板的开孔内，并经由螺母400连接为一个整体。固定件300的存在可以避免弹性件100发生移动，从而能够准确测量相应位置的应变。
在一些实施方式中，挡板的形状和大小不作限制，以能够将弹性件100进行稳定固定即可，例如可以为正方形、长方形、不规则多边形、圆形等。
在一些实施方式中，固定件300的材质可以为硬质金属或合金，例如可以为钢材。
在一些实施方式中，惠斯通半桥电路单元210可以为惠斯通交流半桥电路单元或惠斯通直流半桥电路单元。
在一些实施方式中，第一薄膜电阻211、第二薄膜电阻212、第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214的引线216经过线孔120引出后可连接线缆，并依次连接信号功率放大器、滤波器等以将电桥测量信号输出，从而实现路面层间应变的检测。
在一些实施方式中，基底215的材质可以为合金，所述合金包括但不限于含铁、钛、镍、碳等一种或多种元素的合金。
本发明另一方面，还提供如上述所述的应变传感器在检测路面层间应变中的应用。
在一些实施方式中，所述第一薄膜电阻211和第二薄膜电阻212用于检测路面层间应变，第一薄膜电阻211和第二薄膜电阻212的长度方向与路面层间应变的方向相同，第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214用于对应变传感器进行温度补偿，第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214的长度方向与路面层间应变的方向垂直。
在一些实施方式中，所述路面可以为沥青路面。
以下结合附图对本发明的应变传感器及其应用作进一步详细的说明。
实施例1
在如图1～4所示的具体示例中，本发明提供的应变传感器包括弹性件100、检测模块200及用于固定弹性件100的固定件300。如图3和4所示，弹性件100为由两个纵切半圆柱尼龙弹性支杆在170℃、30MPa下通过环氧树脂胶粘剂粘合而成的圆柱形弹性杆，且弹性件100可以随沥青路面层间应变而变形。其中一个弹性支杆的半圆柱面上设有第一凹槽111和与第一凹槽111连通的第二凹槽121，以使两个弹性支杆配合形成安装腔110和过线孔120。第二凹槽121的一端与第一凹槽111的一侧面中心处相连，第二凹槽121的另一端延伸至弹性件100的端部，用于将引线216从弹性件100内部引出。为了固定引线216，第二凹槽121内壁涂覆有环氧树脂胶粘剂。
检测模块200，包含有惠斯通半桥电路单元210，惠斯通半桥电路单元210设于安装腔110内，惠斯通半桥电路单元210包括第一薄膜电阻211、第二薄膜电阻212、第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214。第一薄膜电阻211和第三薄膜电阻213的连接点及第二薄膜电阻212和第四薄膜电阻214的连接点分别与电桥供电电源的正负端相连，即图2中的Uin +和Uin -。第一薄膜电阻211和第四薄膜电阻214的连接点及第二薄膜电阻212和第三薄膜电阻213的连接点分别为电桥输出电源的正负端，即图2中的Uout +和Uout -。
固定件300为中心处设有开孔的钢板，将弹性件100的两端分别插入两个固定件300的开孔内。弹性件100的端部具有外螺纹，经由螺母400即可将弹性件100与两个固定件300连接。
请参阅图4，采用磁控溅射方法在第一凹槽111中嵌入第一薄膜电阻211、第二薄膜电阻212、第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214。其中，仅将第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214远离其电极的一端固定于第一凹槽111内即可。第一薄膜电阻211和第二薄膜电阻212的长度方向与弹性杆的轴向相同，第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214的长度方向垂直于弹性杆的轴向。第一薄膜电阻211、第二薄膜电阻212、第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214的引线216通过第二凹槽121引入。
在使用上述的应变传感器对沥青路面层间应变进行测试的过程中，根据检测需求将传感器的轴向沿路面纵向埋设以测试路面纵向层间应变(车辆行驶方向)或将传感器的轴向沿路面横向埋设以测试路面横向层间应变(垂直车辆行驶方向)。在测试过程中，弹性件100直接将沥青混凝土的应变传送至内部传感器，从而可以对路面纵向层间应变或横向层间应变进行测试。第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214一端固定于安装腔110内，一端未进行固定，从而可以使得第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214不参与由弹性件100传递的应变，使得该结构可以补偿温度带来的影响。
实施例2
本实施例中应变传感器的结构与实施例1大致相同，不同之处在于：第一薄膜电阻211、第二薄膜电阻212、第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214的位置及结构不同。具体结构如下：
参考图2、3、5和6可知，弹性件100为由两个纵切半圆柱尼龙弹性支杆在170℃、30MPa下通过环氧树脂胶粘剂粘合而成的圆柱形弹性杆，且弹性件100可以随沥青路面层间应变而变形。其中，两个弹性支杆的半圆柱面上相对应的位置均设有第一凹槽111和与第一凹槽111连通的第二凹槽121，以使两个弹性支杆配合形成安装腔110和过线孔120。第二凹槽121的一端与第一凹槽111的一侧面中心处相连，第二凹槽121的另一端延伸至弹性件100的端部，用于将引线216从弹性件100内部引出。为了固定引线216，第二凹槽121内壁涂覆有环氧树脂胶粘剂。
检测模块200，包含有惠斯通半桥电路单元210，惠斯通半桥电路单元210设于安装腔110内，惠斯通半桥电路单元210包括第一薄膜电阻211、第二薄膜电阻212、第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214。第一薄膜电阻211和第三薄膜电阻213的连接点及第二薄膜电阻212和第四薄膜电阻214的连接点分别与电桥供电电源的正负端相连，即图2中的Uin +和Uin -。第一薄膜电阻211和第四薄膜电阻214的连接点及第二薄膜电阻212和第三薄膜电阻213的连接点分别为电桥输出电源的正负端，即图2中的Uout +和Uout -。
请参阅图5和6，采用磁控溅射方法在一个弹性支杆的第一凹槽111中嵌入第一薄膜电阻211和第二薄膜电阻212，采用同样的方法在另一个弹性支杆的第一凹槽111中嵌入第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214，第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214以铜合金作为基底215，且仅将远离第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214电极的一端固定于第一凹槽111内。第一薄膜电阻211和第二薄膜电阻212的长度方向与弹性杆的轴向相同，第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214的长度方向垂直于弹性杆的轴向。第一薄膜电阻211、第二薄膜电阻212、第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214的引线216通过第二凹槽121引入。
在使用上述的应变传感器对沥青路面层间应变进行测试的过程中，根据检测需求将传感器的轴向沿路面纵向埋设以测试路面纵向层间应变(车辆行驶方向)或将传感器的轴向沿路面横向埋设以测试路面横向层间应变(垂直车辆行驶方向)。在测试过程中，弹性件100直接将沥青混凝土的应变传送至内部传感器，从而可以对路面纵向层间应变或横向层间应变进行测试。第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214一端固定于安装腔110内，一端未进行固定，从而可以使得第三薄膜电阻213和第四薄膜电阻214不参与由弹性件100传递的应变，使得该结构可以补偿温度带来的影响。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种应变传感器，其特征在于，包括：
弹性件，设有安装腔和过线孔，所述过线孔与所述安装腔连通，所述弹性件能随应变而变形；
检测模块，包含有惠斯通半桥电路单元，所述惠斯通半桥电路单元设于所述安装腔内，所述惠斯通半桥电路单元包括第一薄膜电阻、第二薄膜电阻、第三薄膜电阻和第四薄膜电阻，所述第一薄膜电阻和所述第二薄膜电阻的长度方向相同，所述第三薄膜电阻和所述第四薄膜电阻与所述第一薄膜电阻和所述第二薄膜电阻垂直设置；所述第一薄膜电阻、所述第二薄膜电阻、所述第三薄膜电阻和所述第四薄膜电阻的引线经由所述过线孔露出于所述弹性件；及
固定件，与所述弹性件连接，以将所述弹性件进行固定。
2.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，所述第三薄膜电阻和所述第四薄膜电阻以金属材料为基底，且所述第三薄膜电阻和所述第四薄膜电阻远离其电极的一端固定于所述安装腔内。
3.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，所述弹性件为弹性杆，所述弹性杆的两端均连接有所述固定件。
4.根据权利要求3所述的应变传感器，其特征在于，所述第一薄膜电阻和所述第二薄膜电阻的长度方向与所述弹性杆的轴向相同；
所述第三薄膜电阻和所述第四薄膜电阻的长度方向垂直于所述弹性杆的轴向。
5.根据权利要求3所述的应变传感器，其特征在于，所述弹性杆为包括两个纵切半圆柱体形的弹性支杆，至少一个所述弹性支杆设有第一凹槽和与所述第一凹槽连通的第二凹槽，以使两个所述弹性支杆配合形成所述安装腔和所述过线孔。
6.根据权利要求5所述的应变传感器，其特征在于，两个所述弹性支杆粘合连接。
7.根据权利要求1～6任一项所述的应变传感器，其特征在于，所述固定件为挡板，且所述挡板的高度高于所述弹性件的高度。
8.根据权利要求7所述的应变传感器，其特征在于，所述挡板设有开孔，所述弹性件安装于所述开孔内。
9.根据权利要求1～6及8任一项所述的应变传感器，其特征在于，所述弹性件的材质为尼龙，所述固定件的材质为硬质合金。
10.根据权利要求1～9任一项所述的应变传感器在检测路面层间应变中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111425608.5A CN114111561B (zh) | 2021-11-26 | 2021-11-26 | 应变传感器及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111425608.5A CN114111561B (zh) | 2021-11-26 | 2021-11-26 | 应变传感器及其应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114111561A true CN114111561A (zh) | 2022-03-01 |
| CN114111561B CN114111561B (zh) | 2024-03-26 |
Family
ID=80370589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111425608.5A Active CN114111561B (zh) | 2021-11-26 | 2021-11-26 | 应变传感器及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114111561B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114543655A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-05-27 | 山东大学 | 一种自组装法应变监测传感器及制作方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060207339A1 (en) * | 2005-03-18 | 2006-09-21 | Takashi Sumigawa | Mechanical-quantity measuring device |
| EP2237000A1 (de) * | 2009-04-03 | 2010-10-06 | Tecsis Gmbh | Kraftaufnehmer zur Messung von Stützkräften in einem Abstützelement |
| CN106768538A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-05-31 | 北京中航兴盛测控技术有限公司 | 薄膜应变式扭矩传感器 |
| CN109779616A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-05-21 | 西南石油大学 | 一种井下钻压和扭矩测量的方法 |
| CN112880885A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-06-01 | 大连理工大学 | 一种基于惠斯通电桥原理的全柔性双向拉力传感器 |
| CN113124936A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-07-16 | 齐鲁工业大学 | 一种公路在线健康监测传感器及制备方法 |
| CN113203355A (zh) * | 2021-03-24 | 2021-08-03 | 厦门大学 | 一种柔性应变传感器及其制作方法 |
-
2021
- 2021-11-26 CN CN202111425608.5A patent/CN114111561B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060207339A1 (en) * | 2005-03-18 | 2006-09-21 | Takashi Sumigawa | Mechanical-quantity measuring device |
| EP2237000A1 (de) * | 2009-04-03 | 2010-10-06 | Tecsis Gmbh | Kraftaufnehmer zur Messung von Stützkräften in einem Abstützelement |
| CN106768538A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-05-31 | 北京中航兴盛测控技术有限公司 | 薄膜应变式扭矩传感器 |
| CN109779616A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-05-21 | 西南石油大学 | 一种井下钻压和扭矩测量的方法 |
| CN112880885A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-06-01 | 大连理工大学 | 一种基于惠斯通电桥原理的全柔性双向拉力传感器 |
| CN113203355A (zh) * | 2021-03-24 | 2021-08-03 | 厦门大学 | 一种柔性应变传感器及其制作方法 |
| CN113124936A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-07-16 | 齐鲁工业大学 | 一种公路在线健康监测传感器及制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 成正维 等: "大学物理实验", vol. 1, 31 December 2002, 高等教育出版社, pages: 112 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114543655A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-05-27 | 山东大学 | 一种自组装法应变监测传感器及制作方法 |
| CN114543655B (zh) * | 2022-03-14 | 2023-02-17 | 山东高速基础设施建设有限公司 | 一种自组装法应变监测传感器及制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114111561B (zh) | 2024-03-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5089580B2 (ja) | 圧縮可能なセンサ本体を用いる圧力センサ | |
| US8443676B2 (en) | Pressure sensor for hydraulic media in motor vehicle brake systems | |
| CN1316227C (zh) | 一种光纤光栅位移传感器 | |
| US5712428A (en) | Pressure sensor with a solid to minimize temperature-related measurement error | |
| CN1033469C (zh) | 多功能压差传感器 | |
| US6810746B2 (en) | Sensor arrangement with pressure detector and sensor circuit | |
| JP5497759B2 (ja) | 応力耐性を有した電極組立体を備える高圧用電磁式流量計 | |
| CN105258828B (zh) | 水泥浆候凝期套管轴向载荷测试装置 | |
| CN114111561A (zh) | 应变传感器及其应用 | |
| US20090151464A1 (en) | Differential pressure sense die based on silicon piezoresistive technology | |
| CN107976267B (zh) | 一种隔水管外力测量装置及测量方法 | |
| CN1401073A (zh) | 无油压差传感器 | |
| US4703663A (en) | Force sensor for electrical measuring of forces, torques, acceleration pressures and mechanical stresses | |
| CN109211458B (zh) | 压力传感器组件 | |
| CN103575465B (zh) | 用于单晶过程流体压力传感器的热诊断 | |
| US10436661B2 (en) | Heat resistant sensors for very high temperature conditions | |
| CN209166695U (zh) | 一种三备份压力传感器 | |
| WO2007017128A1 (en) | High temperature wellbore monitoring method and apparatus | |
| CN101382420A (zh) | 采用在线成型工艺制成的光纤光栅自补偿应变传感器 | |
| KR101179169B1 (ko) | 변형률계를 구비한 온도 보상 로드 셀 | |
| CN110608826A (zh) | 一种动态测量电机实时应力的装置 | |
| CN115461601A (zh) | 用于引导流体的管线系统的连接套管 | |
| CN210774451U (zh) | 一种动态测量电机实时应力的装置 | |
| CN1975346A (zh) | 外筒内靶杆流量传感器 | |
| CN114199118A (zh) | 层间应变传感器、层间应变监测装置以及监测系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |