CN208206356U - 一种高灵敏度测力环传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高灵敏度测力环传感器，包括弹性体，所述弹性体上设有多个测量部件，所述测量部件包括与弹性体产生一致形变的测量段和设于测量段上的敏感元件；所述测量段包括第一测量段和第二测量段，在垂直于弹性体受力方向的截面上，所述第一测量段的截面积小于所述第二测量段的截面积；所述敏感元件位于第一测量段上。本实用新型中当弹性体发生形变时，第一测量段和第二测量段的应变是不一样的，截面积大的应变敏感性差，截面积小的应变敏感性好；当敏感元件布置在第一测量段上时，则扩大传感器的应变敏感性，而温度的敏感性完全一样，没有变化，因而可提高传感器测量精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器领域，具体涉及一种高灵敏度测力环传感器。
背景技术
预应力锚索包括钢丝索、钢棒、钢绞线索等结构，广泛用于混凝土预应力筋、桥梁拉索或吊索、岩土锚索等建筑工程结构之中。锚索索力是评价预应力锚索工作状态的一个重要指标，在张拉过程中常需要进行索力监控，使用过程中进行长期实时的监测。目前通常采用测力环传感器对锚索索力进行测量,而测力环传感器是在弹性体上安装电阻应变片、光纤光栅、振弦传感器而得到，使用时需预先安装在锚具与锚垫板之间。
由于测力环传感器长期受压作用，且传感器的高度较高，传感器的弹性体安全系数大，最大量程的应力应变小，为上百个微应变。而温度对钢材的敏感系数为1.0×10-5/℃，即每度的影响为10με，温差大于10℃时，则温度影响为100με，由此可见温度的影响占结构自身的微应变占比很大，虽然存在参考传感器法的温度补偿，但补偿效果差，影响测量精度。因此，有必要提供一种灵敏度更加高的测力环传感器。
实用新型内容
本实用新型目的在于：针对采用测力环传感器对锚索索力进行测量时，存在测量灵敏度不够，影响测量精度的问题，提供一种高灵敏度测力环传感器，该传感器具有较高的测量灵敏度，能够满足锚索索力的测量精度要求。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种高灵敏度测力环传感器，包括弹性体，所述弹性体上设有多个测量部件，所述测量部件包括与弹性体产生一致形变的测量段和设于测量段上的敏感元件；所述测量段包括第一测量段和第二测量段，在垂直于弹性体受力方向的截面上，所述第一测量段的截面积小于所述第二测量段的截面积；所述敏感元件位于第一测量段上。
本实用新型通过在测力环传感器的弹性体上设置多个测量部件，该测量部件包括与弹性体产生一致形变的测量段和设于测量段上的敏感元件；并通过将测量段设置为包括第一测量段和第二测量段，且在垂直于弹性体受力方向的截面上，第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，当弹性体发生形变时，第一测量段和第二测量段的应变是不一样的，截面积大的应变敏感性差，截面积小的应变敏感性好；当敏感元件布置在第一测量段上时，则扩大传感器的应变敏感性，而温度的敏感性完全一样，没有变化，因而可提高传感器测量精度。
需要说明的是，对于两端固定安装的测量部件，根据测量段的应变计算公式：其中N为轴向力，E为弹性模量，A为各测量段在垂直于弹性体受力方向上所对应的截面积，由于两端安装轴向力N大小一样，材质弹性模量E一样，且在安装段内的总变形一样，但在不同截面积的测量段上，变形分配的比例不一样，所以截面积的大小决定着各测量段的应变，因而调整各测量段截面积的大小比例，可调整传感器的灵敏度或测量量程。该方案摒弃了以往通过调整敏感元件及其封装工艺来改变传感器的灵敏度或测量量程的做法，且该方案实施简单，实施成本低。
作为本实用新型的优选方案，所述测量段上有一个第一测量段，且第一测量段位于两个第二测量段之间。通过在测量段上设置一个第一测量段，且第一测量段位于两个第二测量段之间，由于第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，即该测量段呈两端大中间小的结构，当测量段两端固定时，由于敏感元件布置在第一测量段上，即可以提升测量灵敏度，同时由于结构对称性，使得传感器制造及安装方便，第一测量段受力形变更加均匀，提高测量准确性。
作为本实用新型的优选方案，所述第一测量段和/或第二测量段为杆状结构。当第一测量段和/或第二测量段采用杆状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时能够承受较大的极限应力。
作为本实用新型的优选方案，所述第一测量段和/或第二测量段为板状结构。采用板状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时通过减小板厚尺寸，减少了测量段与弹性体连接后所占用的空间，且方便制造。
作为本实用新型的优选方案，所述测量段上还设有用于固定其位置的固定部，便于将该测量段与弹性体进行连接固定。
作为本实用新型的优选方案，所述固定部设于测量段的两端位置，便于该测量段的制造及安装。
作为本实用新型的优选方案，所述固定部为设于测量段两端的安装孔。
作为本实用新型的优选方案，所述敏感元件粘贴于测量段外表面，方便敏感元件的布置。
作为本实用新型的优选方案，所述敏感元件埋设于测量段内部，可以对敏感元件形成较好的保护。
作为本实用新型的优选方案，所述敏感元件为电阻应变片。
作为本实用新型的优选方案，所述敏感元件为光纤光栅。
作为本实用新型的优选方案，所有的测量部件均布于弹性体周围，可以对弹性体进行多点均匀测量，以提高测量的准确性。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型通过在测力环传感器的弹性体上设置多个测量部件，该测量部件包括与弹性体产生一致形变的测量段和设于测量段上的敏感元件；并通过将测量段设置为包括第一测量段和第二测量段，且在垂直于弹性体受力方向的截面上，第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，当弹性体发生形变时，第一测量段和第二测量段的应变是不一样的，截面积大的应变敏感性差，截面积小的应变敏感性好；当敏感元件布置在第一测量段上时，则扩大传感器的应变敏感性，而温度的敏感性完全一样，没有变化，因而可提高传感器测量精度；
2、通过在测量段上设置一个第一测量段，且第一测量段位于两个第二测量段之间，由于第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，即该测量段呈两端大中间小的结构，当测量段两端固定时，由于敏感元件布置在第一测量段上，即可以提升测量灵敏度，同时由于结构对称性，使得传感器制造及安装方便，第一测量段受力形变更加均匀，提高测量准确性；
3、通过将第一测量段和/或第二测量段采用板状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时通过减小板厚尺寸，减少了测量段与弹性体连接后所占用的空间，且方便制造。
附图说明
图1为本实用新型中的高灵敏度测力环传感器立体图。
图2为图1的剖视图。
图3为图1中的测量部件示意图。
图中标记：1-测量段，11-第一测量段，12-第二测量段，2-敏感元件，3-安装孔，4-弹性体，41-中心孔，42-环形槽。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1
本实施例提供一种测量部件；
如图3所示，本实施例中的测量部件包括与弹性体4产生一致形变的测量段1和设于测量段上1的敏感元件2，所述测量段1包括第一测量段11和第二测量段12，在垂直于弹性体受力方向的截面上，所述第一测量段11的截面积小于所述第二测量段12的截面积。
通过将测量段设置为包括第一测量段和第二测量段，且在垂直于弹性体受力方向的截面上，第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，当弹性体发生形变时，第一测量段和第二测量段的应变是不一样的，截面积大的应变敏感性差，截面积小的应变敏感性好；另一方面截面积大的刚度和极限强度大，截面积小的刚度和极限强度小，当敏感元件布置在不同截面积的测量段上时，即可实现对测量灵敏度或量程进行调整，有利于于测量部件的适用范围。
需要说明的是，对于两端固定安装的测量部件，根据测量段的应变计算公式：其中N为轴向力，E为弹性模量，A为各测量段在垂直于弹性体受力方向上所对应的截面积，由于两端安装轴向力N大小一样，材质弹性模量E一样，且在安装段内的总变形一样，但在不同截面积的测量段上，变形分配的比例不一样，所以截面积的大小决定着各测量段的应变，因而调整各测量段截面积的大小比例，可调整传感器的灵敏度或测量量程。该方案摒弃了以往通过调整敏感元件及其封装工艺来改变传感器的灵敏度或测量量程的做法，且该方案实施简单，实施成本低。
本实施例中，所述测量段1上有一个第一测量段11，且第一测量段11位于两个第二测量段12之间，所述敏感元件2位于第一测量段11上。通过在测量段上设置一个第一测量段，且第一测量段位于两个第二测量段之间，由于第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，即该测量段呈两端大中间小的结构，当测量段两端固定时，由于敏感元件布置在第一测量段上，因而可以提升测量灵敏度，同时由于结构对称性，使得传感器制造及安装方便，第一测量段受力形变更加均匀，提高测量准确性。
本实施例中，所述第一测量段和/或第二测量段为杆状结构。当第一测量段和/或第二测量段采用杆状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时能够承受较大的极限应力。
本实施例中，所述第一测量段和/或第二测量段也可以为板状结构。采用板状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时通过减小板厚尺寸，减少了测量段与弹性体连接后所占用的空间，且方便制造。
本实施例中，所述测量段上还设有用于固定其位置的固定部，便于将该测量段与弹性体进行连接固定。
本实施例中，所述固定部设于测量段的两端位置，便于该测量段的制造及安装。
本实施例中，所述固定部为设于测量段两端的安装孔3。
本实施例中，所述敏感元件粘贴于测量段外表面，方便敏感元件的布置。
本实施例中，所述敏感元件也可以埋设于测量段内部，可以对敏感元件形成较好的保护。
本实施例中，所述敏感元件为电阻应变片或光纤光栅。
实施例2
本实施例提供一种高灵敏度测力环传感器；
如图1-图3所示，本实施例中的高灵敏度测力环传感器，包括弹性体4，所述弹性体4上设有多个测量部件，所述测量部件包括与弹性体4产生一致形变的测量段1和设于测量段1上的敏感元件2；所述测量段1包括第一测量段11和第二测量段12，在垂直于弹性体受力方向的截面上，所述第一测量段11的截面积小于所述第二测量段12的截面积；所述敏感元件2位于第一测量段11上。
本实用新型通过在测力环传感器的弹性体上设置多个测量部件，该测量部件包括与弹性体产生一致形变的测量段和设于测量段上的敏感元件；并通过将测量段设置为包括第一测量段和第二测量段，且在垂直于弹性体受力方向的截面上，第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，当弹性体发生形变时，第一测量段和第二测量段的应变是不一样的，截面积大的应变敏感性差，截面积小的应变敏感性好；当敏感元件布置在第一测量段上时，则扩大传感器的应变敏感性，而温度的敏感性完全一样，没有变化，因而可提高传感器测量精度。
需要说明的是，对于两端固定安装的测量部件，根据测量段的应变计算公式：其中N为轴向力，E为弹性模量，A为各测量段在垂直于弹性体受力方向上所对应的截面积，由于两端安装轴向力N大小一样，材质弹性模量E一样，且在安装段内的总变形一样，但在不同截面积的测量段上，变形分配的比例不一样，所以截面积的大小决定着各测量段的应变，因而调整各测量段截面积的大小比例，可调整传感器的灵敏度或测量量程。该方案摒弃了以往通过调整敏感元件及其封装工艺来改变传感器的灵敏度或测量量程的做法，且该方案实施简单，实施成本低。
需要说明的是，本实施例中的弹性体4呈圆柱状结构，沿弹性体轴向设有中心孔41，在弹性体外壁周向设有环形槽42，测量部件即布置在该环形槽内。另外，该传感器上还设有与测量部件中的敏感元件相连通的信号线，该信号线未在附图中示出。
本实施例中，所述测量段1上有一个第一测量段11，且第一测量段11位于两个第二测量段12之间。通过在测量段上设置一个第一测量段，且第一测量段位于两个第二测量段之间，由于第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，即该测量段呈两端大中间小的结构，当测量段两端固定时，由于敏感元件布置在第一测量段上，即可以提升测量灵敏度，同时由于结构对称性，使得传感器制造及安装方便，第一测量段受力形变更加均匀，提高测量准确性。
本实施例中，所述第一测量段和/或第二测量段为杆状结构。当第一测量段和/或第二测量段采用杆状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时能够承受较大的极限应力。
本实施例中，所述第一测量段和/或第二测量段为板状结构。采用板状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时通过减小板厚尺寸，减少了测量段与弹性体连接后所占用的空间，且方便制造。
本实施例中，所述测量段上还设有用于固定其位置的固定部，便于将该测量段与弹性体进行连接固定。
本实施例中，所述固定部设于测量段的两端位置，便于该测量段的制造及安装。
本实施例中，所述固定部为设于测量段两端的安装孔3。将测量段两端的安装孔与弹性体进行螺栓连接，或者将测量段两端与弹性体进行焊接也可。
本实施例中，所述敏感元件粘贴于测量段外表面，方便敏感元件的布置。
本实施例中，所述敏感元件埋设于测量段内部，可以对敏感元件形成较好的保护。
本实施例中，所述敏感元件为电阻应变片。
本实施例中，所述敏感元件为光纤光栅。
本实施例中，所有的测量部件均布于弹性体周围，可以对弹性体进行多点均匀测量，以提高测量的准确性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的原理之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种高灵敏度测力环传感器，包括弹性体，所述弹性体上设有多个测量部件，其特征在于，所述测量部件包括与弹性体产生一致形变的测量段和设于测量段上的敏感元件；所述测量段包括第一测量段和第二测量段，在垂直于弹性体受力方向的截面上，所述第一测量段的截面积小于所述第二测量段的截面积；所述敏感元件位于第一测量段上。
2.根据权利要求1所述的高灵敏度测力环传感器，其特征在于，所述测量段上有一个第一测量段，且第一测量段位于两个第二测量段之间。
3.根据权利要求1或2所述的高灵敏度测力环传感器，其特征在于，所述第一测量段和/或第二测量段为杆状结构。
4.根据权利要求1或2所述的高灵敏度测力环传感器，其特征在于，所述第一测量段和/或第二测量段为板状结构。
5.根据权利要求1所述的高灵敏度测力环传感器，其特征在于，所述测量段上还设有用于固定其位置的固定部。
6.根据权利要求5所述的高灵敏度测力环传感器，其特征在于，所述固定部设于测量段的两端位置。
7.根据权利要求6所述的高灵敏度测力环传感器，其特征在于，所述固定部为设于测量段两端的安装孔。
8.根据权利要求1所述的高灵敏度测力环传感器，其特征在于，所述敏感元件粘贴于测量段外表面。
9.根据权利要求1所述的高灵敏度测力环传感器，其特征在于，所述敏感元件埋设于测量段内部。
10.根据权利要求1所述的高灵敏度测力环传感器，其特征在于，所述敏感元件为电阻应变片。
11.根据权利要求1所述的高灵敏度测力环传感器，其特征在于，所述敏感元件为光纤光栅。
12.根据权利要求1所述的高灵敏度测力环传感器，其特征在于，所有的测量部件均布于弹性体周围。
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| CN201820876008.8U CN208206356U (zh) | 2018-06-07 | 2018-06-07 | 一种高灵敏度测力环传感器 |
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Cited By (3)
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| CN108627289A (zh) * | 2018-06-07 | 2018-10-09 | 广西大学 | 一种高灵敏度测力环传感器 |
| CN110082023A (zh) * | 2019-05-09 | 2019-08-02 | 湖北工业大学 | 一种索力实时监测装置和监测方法 |
| CN111473733A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-07-31 | 珠海任驰光电科技有限公司 | 一种超大量程光纤光栅位移传感器及测量方法 |
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| CN110082023B (zh) * | 2019-05-09 | 2021-03-16 | 湖北工业大学 | 一种索力实时监测装置和监测方法 |
| CN111473733A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-07-31 | 珠海任驰光电科技有限公司 | 一种超大量程光纤光栅位移传感器及测量方法 |
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