CN115184464A - 一种混凝土超声应力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土超声应力传感器，包括应力传感单元、锚头、超声传感单元及温度传感单元等。在测试时，通过超声传感单元采集记录混凝土受力前后超声波速来确定混凝土的应力，实现混凝土应力的测试。本发明采用金属传感单元，在埋入混凝土时不需要预张紧，从而避免了使用时间长而出现松弛的现象，具有使用寿命长、稳定可靠等优点，并且采用超声技术检测，不仅可测试混凝土结构应变增量，而且可以测试结构绝对应力，通过设置的锚头保证金属传感单元能够充分与其周围的混凝土结构共同变形，提升数据测试的准确性。

Description

一种混凝土超声应力传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，更具体地说，本发明涉及一种混凝土超声应力传感器。

背景技术

随着科学技术的进步及社会经济的发展，基础设施的联网监测成为一种发展趋势，因此如今的传感器技术得到迅猛发展。目前对于土木工程结构应力监测或检测，主要采用电阻式、振弦式或光纤光栅式的传感器，这些传感器在使用过程中一般都仅对应变增量进行采集，即对于既有结构，仅可感知测试外荷载作用于其上时产生的增量，而不能测试结构内部实际的应力状态。不仅如此，目前这些类型的传感器使用寿命均较短，且部分传感器在使用时间长后内部传感单元容易出现松弛等问题，影响测试数据的可靠性和稳定性。因此，有必要提出一种混凝土超声应力传感器，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种混凝土超声应力传感器，包括：金属传感单元，所述金属传感单元的两端设有锚头，所述锚头内设有安装腔，一个所述锚头的安装腔内设有第一超声传感单元和温度传感单元，另一个所述锚头的安装腔内设有第二超声传感单元，所述第一超声传感单元、温度传感单元以及第二超声传感单元上的数据线集成为线束并从其中一个锚头的端部伸出。

优选的是，所述锚头和金属传感单元为一体成型，且均为铝合金材料制成。

优选的是，所述金属传感单元为圆柱体，所述金属传感单元的长度为60mm，直径为6mm。

优选的是，所述锚头为圆柱体，且内部为空心形成安装腔，所述锚头的直径大于金属传感单元的直径。

优选的是，所述锚头上设有线孔，所述线孔为倾斜设置，且所述线孔的一端设于锚头与金属传感单元形成的台阶面上，所述线孔的另一端延伸至与安装腔连通。

优选的是，所述温度传感单元所在的锚头为第一锚头，所述第一锚头远离金属传感单元的端面上设有通孔，所述第二超声传感单元所在的锚头为第二锚头，所述第二超声传感单元的数据线依次穿过第二锚头的线孔、第一锚头的线孔以及通孔，所述第一超声传感单元和温度传感单元的数据线均从通孔穿出并与第二超声传感单元的数据线集成为线束。

优选的是，还包括防护套管，所述第二超声传感单元的数据线设于防护套管的内部，所述防护套管的两端均与对应的线孔密封插接。

优选的是，所述线孔靠近台阶面的一端设有密封孔，所述密封孔远离台阶面的一端设有螺纹孔，所述密封孔和螺纹孔均与线孔同轴线设置，所述密封孔的内径大于螺纹孔的内径；

所述防护套管包括套管主体，所述套管主体的两端设有与螺纹孔对应的螺纹管，所述螺纹管的一端固定连接在套管主体的内部，所述螺纹管的另一端延伸至套管主体的外侧，所述螺纹管的外侧套设有与密封孔对应的密封管，所述密封管的一端与套管主体的端面固定连接，所述密封管的另一端直径小于其与套管主体连接的一端直径。

优选的是，所述密封管包括外管层和内管层，所述外管层和内管层的端面通过环形板连接，所述外管层和内管层之间形成的腔室内设有至少一个与环形板平行设置的间隔层，所述间隔层和环形板之间的腔室为变形腔，所述变形腔内设有多个沿密封管周向分布的弹性支撑组件，所述弹性支撑组件用于在密封管受力变形时提供弹性支撑力；

所述弹性支撑组件包括固定块，所述固定块连接在环形板和间隔层之间，所述固定块内设有第一变形体，所述固定块的两侧对称设有倾斜的主支杆，所述主支杆的一端与第一变形体的一端连接，所述主支杆的另一端与外管层或内管层的内侧壁连接，所述第一变形体的另一端连接有辅支杆，所述辅支杆和主支杆通过L型的第二变形体连接；

所述主支杆与外管层连接的一端尺寸大于其另一端尺寸；

所述第一变形体的两端分别设有与主支杆连接的第一连接部和与辅支杆连接的第二连接部，所述第一变形体靠近第一连接部的一端内部设有辅助支撑体，所述辅助支撑体延伸至第一连接部内；

所述第二变形体的两端为圆弧形，且其尺寸由两端向中间逐渐减小，所述第二变形体的内部设有L型设置的弹性杆体，所述弹性杆体的两端为支撑部，所述弹性杆体的中间弯曲部分为变形部，所述变形部的内侧设有多个间隔设置的梯形弹性块。

优选的是，所述台阶面为弧形过渡面，传感器尺寸确定的方法如下：

步骤1、首先确定金属传感单元的半径，并依据第一超声传感单元和第二超声传感单元的尺寸设置锚头的半径；

步骤2、根据实际情况设置金属传感单元的长度，金属传感单元的长度包括其等截面处的轴向长度和金属传感单元与锚头弧形过渡处在轴向的长度；

步骤3、依据步骤1和步骤2计算弧形过渡面的半径；

步骤4、依据传感器的实际使用工况设置设计频率，并计算锚头的长度。

相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

本发明所述的混凝土超声应力传感器通过金属传感单元自身较大的刚度，在埋入混凝土时不需要预张紧，从而避免了使用时间长而出现松弛的现象，从而避免了测试数据发生漂移的情况，具有使用寿命长、稳定可靠等优点，并且采用超声技术检测，不仅可测试混凝土结构应变增量，而且可以测试结构绝对应力，通过设置的锚头可以方便两个超声传感单元的安装，并且使得金属传感单元与混凝土结构锚固稳定，保证金属传感单元能够充分受力，更好的与其周围的混凝土结构共同变形，提升数据测试的准确性。

本发明所述的混凝土超声应力传感器，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明所述的混凝土超声应力传感器的结构示意图；

图2为本发明所述的混凝土超声应力传感器中第一锚头的内部结构示意图；

图3为本发明所述的混凝土超声应力传感器中线孔的结构示意图；

图4为本发明所述的混凝土超声应力传感器中防护套管的结构示意图；

图5为本发明所述的混凝土超声应力传感器中防护套管的端部结构剖面示意图；

图6为本发明所述的混凝土超声应力传感器中密封管内部纵截面的结构示意图；

图7为本发明所述的混凝土超声应力传感器中密封管内部纵截面的结构示意图；

图8为本发明所述的混凝土超声应力传感器中第一变形体的结构示意图；

图9为本发明所述的混凝土超声应力传感器中第二变形体的结构示意图；

图10为本发明所述的混凝土超声应力传感器中外管层和内管层的部分内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-图10所示，本发明提供了一种混凝土超声应力传感器，包括：金属传感单元1，所述金属传感单元1的两端设有锚头2，所述锚头2内设有安装腔210，一个所述锚头2的安装腔210内设有第一超声传感单元3和温度传感单元4，另一个所述锚头2的安装腔210内设有第二超声传感单元5，所述第一超声传感单元3、温度传感单元4以及第二超声传感单元5上的数据线6集成为线束并从其中一个锚头2的端部伸出。

上述技术方案的工作原理：目前所采用的用于检测混凝土应力应变的传感器大多数为光纤和振弦式传感器，两者都需要将光纤或是金属弦预先张紧以作为敏感元件，由于金属弦本身松弛或者金属弦两端锚固不紧都很容易导致金属弦或光纤松弛，出现测试数据漂移的现象，基于此问题，本发明设计的传感器在使用时，金属传感单元1其本身具有一定的强度，不需要进行预先拉紧，直接将整体埋入混凝土内，金属传感单元1与其周围的混凝土结构共同变形，通过第一超声传感单元3、温度传感单元4以及第二超声传感单元5配合工作检测金属传感单元1的应力和应变，可以推算出混凝土结构的应力和应变，集成的数据线6作为线束从锚头2的端部伸出与采集仪器相连，即可获得混凝土内部结构的应力应变的变化；

在测试时将第一超声传感单元3和第二超声传感单元5的数据线接入超声采集仪器，将温度传感单元4的数据线接入温度采集测试仪器，第一超声传感单元3发射超声波，超声波经过金属传感单元1的一端到达其另一端，第二超声传感单元5接收第一超声传感单元3发射的信号，超声采集仪器记录信号，并计算出超声在金属传感单元1内的传播时间，当混凝土在受力变形后，金属传感单元1会与混凝土协调变形，超声在其内部的传播时间会变化，最后通过这一变化来确定混凝土的应力；

超声采集仪器采用下述公式对混凝土的应力进行测试计算：

式中，λ、μ、l、m、K均为与传感器有关的常数，传感器制作好后进行标定，ρ₀为金属传感单元1材料密度，V_1x为第x时刻的波速，P为应力；

在测试过程中，λ、μ、l、m、K、ρ₀均为已知，通过测试获得的波速V_1x即可计算混凝土应力P；

其中，λ、μ、l、m、K是在传感器制作好以后，预先对传感器进行测试而得到的参数，参数λ、μ、l、m、K确定好后，即可通过检测金属传感单元1的波速并代入上述公式来获得混凝土的应力P。

上述技术方案的有益效果：通过上述结构的设计，通过金属传感单元1自身较大的刚度，在埋入混凝土时不需要预张紧，从而避免了使用时间长而出现松弛的现象，从而避免了测试数据发生漂移的情况，具有使用寿命长、稳定可靠等优点，并且采用超声技术检测，不仅可测试混凝土结构应变增量，而且可以测试结构绝对应力，通过设置的锚头2可以方便两个超声传感单元的安装，并且使得金属传感单元1与混凝土结构锚固稳定，保证金属传感单元1能够充分受力，更好的与其周围的混凝土结构共同变形，提升数据测试的准确性。

在一个实施例中，所述锚头2和金属传感单元1为一体成型，且均为铝合金材料制成。

上述技术方案的工作原理和有益效果：锚头2和金属传感单元1为一体成型，使得两者在混凝土结构内的受力保持一致，提升测试数据的准确性，并且两者均为铝合金材料制成，铝合金材料相对稳定且匀质，在其上容易测量应力和应变的变化，相对于其它金属来讲，更容易检测。

在一个实施例中，所述金属传感单元1为圆柱体，所述金属传感单元1的长度为60mm，直径为6mm。

上述技术方案的工作原理和有益效果：金属传感单元1的尺寸依据实际需要进行设计，便于数据检测，金属传感单元1设置为圆柱体，能够受到各个方向上混凝土结构的作用力。

在一个实施例中，所述锚头2为圆柱体，且内部为空心形成安装腔210，所述锚头2的直径大于金属传感单元1的直径。

上述技术方案的工作原理和有益效果：锚头2内设有的安装腔210用于安装第一超声传感单元3和第二超声传感单元5，避免两个超声传感单元裸露于传感器外侧，形成保护，同时锚头2可以将传感器整体与混凝土结构锚固的更加稳定，便于与混凝土结构共同变形，更有利于应力和应变的检测，提升数据检测的准确性。

在一个实施例中，所述锚头2上设有线孔220，所述线孔220为倾斜设置，且所述线孔220的一端设于锚头2与金属传感单元1形成的台阶面上，所述线孔220的另一端延伸至与安装腔210连通；

所述温度传感单元4所在的锚头2为第一锚头2a，所述第一锚头2a远离金属传感单元1的端面上设有通孔，所述第二超声传感单元5所在的锚头2为第二锚头2b，所述第二超声传感单元5的数据线6依次穿过第二锚头2b的线孔220、第一锚头2a的线孔220以及通孔，所述第一超声传感单元3和温度传感单元4的数据线6均从通孔穿出并与第二超声传感单元5的数据线6集成为线束。

上述技术方案的工作原理和有益效果：为了便于传感器与采集仪器相连，将两个超声传感单元和温度传感单元4的数据线6汇聚成线束从第一锚头2a的通孔穿出，然后与采集仪器相连，线孔220便于第二超声传感单元5的数据线穿过，从而与第一超声传感单元3和温度传感单元4的数据线进行集成，而在通孔的位置处，应设置密封结构，在线束穿过后，用密封结构将通孔进行封堵，防止第一超声传感单元3内进入异物或液体而导致寿命缩短。

在一个实施例中，还包括防护套管7，所述第二超声传感单元5的数据线6设于防护套管7的内部，所述防护套管7的两端均与对应的线孔220密封插接。

上述技术方案的工作原理和有益效果：防护套管7用于穿设第二超声传感单元5的数据线6，对数据线6进行保护，同时还用于将两个锚头2处的线孔220进行封堵，防止异物或液体进入安装腔210内而影响传感器的使用寿命，数据线6穿设在防护套管7内时，可以预留一定长度，防止在传感器与混凝土结构共同变形时对数据线6产生拉扯的作用力，进一步保证数据线6与超声传感单元连接的稳定性，防护套管7应具有一定变形能力的，避免阻碍传感器与混凝土结构共同变形。

在一个实施例中，所述线孔220靠近台阶面的一端设有密封孔221，所述密封孔221远离台阶面的一端设有螺纹孔222，所述密封孔221和螺纹孔222均与线孔220同轴线设置，所述密封孔221的内径大于螺纹孔222的内径；

所述防护套管7包括套管主体710，所述套管主体710的两端设有与螺纹孔222对应的螺纹管720，所述螺纹管720的一端固定连接在套管主体710的内部，所述螺纹管720的另一端延伸至套管主体710的外侧，所述螺纹管720的外侧套设有与密封孔221对应的密封管730，所述密封管730的一端与套管主体710的端面固定连接，所述密封管730的另一端直径小于其与套管主体710连接的一端直径。

上述技术方案的工作原理和有益效果：将第二超声传感单元5的数据线穿过防护套管7之后，将螺纹管720旋入螺纹孔222内，旋入的同时，密封管730与密封孔221进行密封插接，密封管730具备一定的弹性变形能力，并且其为锥形设置，能够将密封孔221进行封堵，提升密封孔221与密封管730的连接摩擦力，对螺纹孔222和螺纹管720之间的连接起到防松作用，保证防护套管7与锚头2连接的稳固性，同时防止异物或液体进入至安装腔210内对内部的传感单元造成损坏而影响使用寿命，并且防护套管7对裸露的数据线6起到防护作用，减少数据线6直接与混凝土结构之间的作用，提升数据线6的使用寿命。

在一个实施例中，所述密封管730包括外管层731和内管层732，所述外管层731和内管层732的端面通过环形板733连接，所述外管层731和内管层732之间形成的腔室内设有至少一个与环形板733平行设置的间隔层734，所述间隔层734和环形板733之间的腔室为变形腔735，所述变形腔735内设有多个沿密封管730周向分布的弹性支撑组件8，所述弹性支撑组件8用于在密封管730受力变形时提供弹性支撑力；

所述弹性支撑组件8包括固定块810，所述固定块810连接在环形板733和间隔层734之间，所述固定块810内设有第一变形体811，所述固定块810的两侧对称设有倾斜的主支杆820，所述主支杆820的一端与第一变形体811的一端连接，所述主支杆820的另一端与外管层731或内管层732的内侧壁连接，所述第一变形体811的另一端连接有辅支杆830，所述辅支杆830和主支杆820通过L型的第二变形体840连接；

所述主支杆820与第一变形体811连接的一端尺寸小于其另一端尺寸；

所述第一变形体811的两端分别设有与主支杆820连接的第一连接部812和与辅支杆830连接的第二连接部813，所述第一变形体811靠近第一连接部812的一端内部设有辅助支撑体814，所述辅助支撑体814延伸至第一连接部812内；

所述第二变形体840的两端为圆弧形，且其尺寸由两端向中间逐渐减小，所述第二变形体840的内部设有L型设置的弹性杆体841，所述弹性杆体841的两端为支撑部8411，所述弹性杆体841的中间弯曲部分为变形部8412，所述变形部8412的内侧设有多个间隔设置的梯形弹性块842；

所述外管层731和内管层732均包括连接层a和弹性层b，所述弹性层b内设有多个均匀分布的弹性球体c，弹性层b设于外管层731和内管层732的外侧，连接层a用于与主支杆820连接。

上述技术方案的工作原理：密封管730直径较大的一端的环形板733用于与套管主体710的端面连接，且密封管730直径较大的一端大于密封孔221的直径，密封管730直径较小的一端小于等于密封孔221的直径，环形板733和间隔层734均为弹性材料制成，当密封管730插入至密封孔221内时，密封孔221对外管层731形成挤压，挤压力作用于外管层731，外管层731受力后向内侧挤压主支杆820，同时内管层732也会向内侧挤压主支杆820，主支杆820受力后，由于其为倾斜设置，因此其会推动并挤压与其连接的第一连接部812向内侧或向远离第二连接部813的一侧移动，从而挤压第一变形体811，第一变形体811为橡胶材质，第一连接部812和第二连接部813为硬质材料，同时辅助支撑体814受挤压，辅助支撑体814包括设于中间的弹性回复部以及设于弹性回复部两侧的弹性连接件，弹性连接件延伸至第一连接部812的内侧，弹性回复部以及弹性连接件均辅助第一变形体811为主支杆820提供弹性回复力，使得主支杆820能够对外管层731和内管层732提供有效的弹性支撑，增加外管层731与密封孔221连接的密封性，弹性回复部以及弹性连接件均可为橡胶材质；固定块810的内部两端应提供第一连接部812和第二连接部813的移动空间；

在密封管730插入密封孔221越深时，主支杆820移动的距离越大，同时辅支杆830开始起到弹性支撑作用，辅支杆830与主支杆820之间连接的第二变形体840也为主支杆820提供弹性支撑，第二变形体840的两端嵌于辅支杆830与主支杆820的内部，弹性杆体841为第二变形体840提供主要变形能力，梯形弹性块842可减小变形部8412的弯曲角度，同时为第二变形体840提供有效的弹性回复能力，进而对主支杆820进行支撑；而辅支杆830与第二连接部813的连接为了对辅支杆830的移动提供弹性支撑。

上述技术方案的有益效果：主支杆820与外管层731或内管层732的内侧壁连接的区域较大，增加其受力面积，同时为外管层731提供更好的弹性支撑，设置的第一变形体811、第二变形体840以及辅支杆830，均为了对主支杆820提供弹性支撑力，保证在密封管730受力过大时，也能够保证其弹性支撑不会失效，与单纯的采用橡胶材质作为密封管730的主体相比较而言，在长时间使用下更能保证其不易老化且不易失效，并且在混凝土结构内周向受力能够保持一致性和均匀性，混凝土结构对防护套管7产生作用力时，有可能会延展至密封管730上，或者混凝土结构对裸露在外侧的密封管730直接产生作用力，在这种情况下密封管730的结构能够抵制较强的作用力，从而不会将混凝土的作用力延展至密封孔221内部的密封管730内，防止密封失效，从而也对螺纹管720的连接起到一定防松作用；在外管层731和内管层732内的弹性层b内设置的弹性球体c能够增加弹性层b受力的均匀性，从而保证各处连接的密封性一致，同时弹性球体c能够增加弹性层b与密封孔221接触的摩擦力，从而保证螺纹管720连接的稳固性，对数据线6起到良好的保护作用，增加其使用寿命。

在一个实施例中，所述台阶面为弧形过渡面，传感器尺寸确定的方法如下：

步骤1、首先确定金属传感单元1的半径，并依据第一超声传感单元3和第二超声传感单元5的尺寸设置锚头2的半径；

步骤2、根据实际情况设置金属传感单元1的长度，金属传感单元1的长度包括其等截面处的轴向长度和金属传感单元1与锚头2弧形过渡处在轴向的长度；

步骤3、依据步骤1和步骤2计算弧形过渡面的半径；

步骤4、依据传感器的实际使用工况设置设计频率，并计算锚头2的长度；

所述台阶面为弧形过渡面，所述弧形过渡面的半径由下述公式确定：

其中，L_j为金属传感单元1的长度，L₀为金属传感单元1的等截面处的轴向长度，r_g为弧形过渡面的半径，L_g为弧形过渡面在轴向的长度，r_m为锚头2的半径，r_j为金属传感单元1的半径；

所述锚头2的长度由下述公式确定：

其中，L_m为锚头2长度，k₁和k₂为常数，k₃为弧形过渡面的计算系数，arctan为反正切函数，cos为余弦函数，sin为正弦函数，sinh为双曲正弦函数，cosh为双曲余弦函数；

弧形过渡面的计算系数由下述公式获取，

其中，arcosh为双曲余弦函数的反函数；

其中，π为数学常数，f为设计频率，E为铝合金的动弹性模量，ρ为铝合金的密度。

上述技术方案的工作原理和有益效果：为了保证传感器的使用强度，在锚头2和金属传感单元1的连接处应设置弧形过渡面，从而传感器在混凝土结构内受到外部振动作用时，或者与混凝土结构共同变形时不会在此处发生意外断裂；因此弧形过渡面的半径以及锚头2的长度均需要依据金属传感单元1的尺寸进行设计，以保证应力应变检测准确性的同时，保证传感器自身的使用强度；其中，设计频率可依据传感器在实际使用环境中受到的振动频率，此处设计频率可以取20kHz，例如传感器是用在桥梁的混凝土结构内，则需要依据桥梁在使用过程中，桥梁产生的振动频率作为设计频率来计算；通过上述设计方法，可以依据传感器的实际使用工况对锚头2和锚头2与金属传感单元1的连接处进行设计，有效的保证传感器的使用稳定性，同时不影响应力和应变的检测，进一步提升传感器的使用寿命。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种混凝土超声应力传感器，其特征在于，包括：金属传感单元(1)，所述金属传感单元(1)的两端设有锚头(2)，所述锚头(2)内设有安装腔(210)，一个所述锚头(2)的安装腔(210)内设有第一超声传感单元(3)和温度传感单元(4)，另一个所述锚头(2)的安装腔(210)内设有第二超声传感单元(5)，所述第一超声传感单元(3)、温度传感单元(4)以及第二超声传感单元(5)上的数据线(6)集成为线束并从其中一个锚头(2)的端部伸出。

2.根据权利要求1所述的混凝土超声应力传感器，其特征在于，所述锚头(2)和金属传感单元(1)为一体成型，且均为铝合金材料制成。

3.根据权利要求1所述的混凝土超声应力传感器，其特征在于，所述金属传感单元(1)为圆柱体，所述金属传感单元(1)的长度为60mm，直径为6mm。

4.根据权利要求1所述的混凝土超声应力传感器，其特征在于，所述锚头(2)为圆柱体，且内部为空心形成安装腔(210)，所述锚头(2)的直径大于金属传感单元(1)的直径。

5.根据权利要求4所述的混凝土超声应力传感器，其特征在于，所述锚头(2)上设有线孔(220)，所述线孔(220)为倾斜设置，且所述线孔(220)的一端设于锚头(2)与金属传感单元(1)形成的台阶面上，所述线孔(220)的另一端延伸至与安装腔(210)连通。

6.根据权利要求5所述的混凝土超声应力传感器，其特征在于，所述温度传感单元(4)所在的锚头(2)为第一锚头(2a)，所述第一锚头(2a)远离金属传感单元(1)的端面上设有通孔，所述第二超声传感单元(5)所在的锚头(2)为第二锚头(2b)，所述第二超声传感单元(5)的数据线(6)依次穿过第二锚头(2b)的线孔(220)、第一锚头(2a)的线孔(220)以及通孔，所述第一超声传感单元(3)和温度传感单元(4)的数据线(6)均从通孔穿出并与第二超声传感单元(5)的数据线(6)集成为线束。

7.根据权利要求6所述的混凝土超声应力传感器，其特征在于，还包括防护套管(7)，所述第二超声传感单元(5)的数据线(6)设于防护套管(7)的内部，所述防护套管(7)的两端均与对应的线孔(220)密封插接。

8.根据权利要求7所述的混凝土超声应力传感器，其特征在于，所述线孔(220)靠近台阶面的一端设有密封孔(221)，所述密封孔(221)远离台阶面的一端设有螺纹孔(222)，所述密封孔(221)和螺纹孔(222)均与线孔(220)同轴线设置，所述密封孔(221)的内径大于螺纹孔(222)的内径；

所述防护套管(7)包括套管主体(710)，所述套管主体(710)的两端设有与螺纹孔(222)对应的螺纹管(720)，所述螺纹管(720)的一端固定连接在套管主体(710)的内部，所述螺纹管(720)的另一端延伸至套管主体(710)的外侧，所述螺纹管(720)的外侧套设有与密封孔(221)对应的密封管(730)，所述密封管(730)的一端与套管主体(710)的端面固定连接，所述密封管(730)的另一端直径小于其与套管主体(710)连接的一端直径。

9.根据权利要求8所述的混凝土超声应力传感器，其特征在于，所述密封管(730)包括外管层(731)和内管层(732)，所述外管层(731)和内管层(732)的端面通过环形板(733)连接，所述外管层(731)和内管层(732)之间形成的腔室内设有至少一个与环形板(733)平行设置的间隔层(734)，所述间隔层(734)和环形板(733)之间的腔室为变形腔(735)，所述变形腔(735)内设有多个沿密封管(730)周向分布的弹性支撑组件(8)，所述弹性支撑组件(8)用于在密封管(730)受力变形时提供弹性支撑力；

所述弹性支撑组件(8)包括固定块(810)，所述固定块(810)连接在环形板(733)和间隔层(734)之间，所述固定块(810)内设有第一变形体(811)，所述固定块(810)的两侧对称设有倾斜的主支杆(820)，所述主支杆(820)的一端与第一变形体(811)的一端连接，所述主支杆(820)的另一端与外管层(731)的内侧壁连接，所述第一变形体(811)的另一端连接有辅支杆(830)，所述辅支杆(830)和主支杆(820)通过L型的第二变形体(840)连接；

所述主支杆(820)与第一变形体(811)连接的一端尺寸小于其另一端尺寸；

所述第一变形体(811)的两端分别设有与主支杆(820)连接的第一连接部(812)和与辅支杆(830)连接的第二连接部(813)，所述第一变形体(811)靠近第一连接部(812)的一端内部设有辅助支撑体(814)，所述辅助支撑体(814)延伸至第一连接部(812)内；

所述第二变形体(840)的两端为圆弧形，且其尺寸由两端向中间逐渐减小，所述第二变形体(840)的内部设有L型设置的弹性杆体(841)，所述弹性杆体(841)的两端为支撑部(8411)，所述弹性杆体(841)的中间弯曲部分为变形部(8412)，所述变形部(8412)的内侧设有多个间隔设置的梯形弹性块(842)；

所述外管层(731)和内管层(732)均包括连接层(a)和弹性层(b)，所述弹性层(b)内设有多个均匀分布的弹性球体(c)。

10.根据权利要求1所述的混凝土超声应力传感器，其特征在于，所述台阶面为弧形过渡面，传感器尺寸确定的方法如下：

步骤1、首先确定金属传感单元(1)的半径，并依据第一超声传感单元(3)和第二超声传感单元(5)的尺寸设置锚头(2)的半径；

步骤2、根据实际情况设置金属传感单元(1)的长度，金属传感单元(1)的长度包括其等截面处的轴向长度和金属传感单元(1)与锚头(2)弧形过渡处在轴向的长度；

步骤3、依据步骤1和步骤2计算弧形过渡面的半径；

步骤4、依据传感器的实际使用工况设置设计频率，并计算锚头(2)的长度。

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