CN216620993U - 一种电阻应变栅传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电阻应变栅传感器，包括金属基层、第一感应层、第二感应层、底座和托盘，所述金属基层的一端与底座固定连接并且所述金属基层远离所述底座的一端与所述托盘固定连接；所述第一感应层位于所述金属基层和所述托盘之间并且所述第一感应层与所述金属基层固定连接。本实用新型公开的一种电阻应变栅传感器，用以克服现有含粘结层结构的传感器存在的敏感栅和弹性体协同变形不佳、粘胶变形老化以及在一些复杂结构形状和微小尺寸的工件上贴片困难等缺点。

Description

一种电阻应变栅传感器

技术领域

本实用新型属于应变传感器技术领域，具体涉及一种电阻应变栅传感器。

背景技术

大型建筑结构和基础设施以及机械装备在使用过程中会因自然、人为、老化等各种因素产生不同程度的损伤，损伤不断积累会导致失效，造成严重的灾害事故。因此，需对这些设施结构在实际使用过程中的受力状态进行实时监测。物联网技术的快速发展，对获取重要基础设施的实时状态信息提供了良好的契机。基于物联网技术的监测系统主要依靠传感设备将信息传递、交换，通过多种类型传感器实时采集目标设施的动态数据，再通过无线多级网络将感知数据汇聚传输至监测云平台进行分析和处理，从而实现对设施安全状况的实时监测和预警。所以，合理设计传感器的结构、有效采集必要的结构受力信息成为对目标设施进行健康安全监测的前提。

现有的应力应变传感器多是将预制好的应变片通过粘胶贴合在工件表面，如：CN105424238B(应力应变传感器)，其技术方案公开了“所述保护包层和所述工作包层之间通过粘接剂粘结”；

CN103471733B(一种用于深水海洋工程结构应力长期测量的传感器结构)，其技术方案公开了“电阻应变片粘接于所述温度补偿板上”

CN206862545U(一种支撑体系应力实施监测系统)，其技术方案公开了“所述应力应变片粘贴于实验段外壁上与开启门相对应位置”；

由此可知，被监测构件受力发生形变后敏感栅也会随之发生协同形变，从而引起敏感栅电信号(电阻等)的变化，影响外部电桥输出电压或者电流。尽管这类含粘结层结构的传感器已被广泛应用，但由于敏感栅与工件表面通过粘胶贴合，粘胶传递形变存在一定的滞后性，敏感栅和基底不能达到很好的协同变形；长期在外界环境中，粘胶易老化蠕变，粘胶传递形变会出现误差，导致测量不准确；而且由于传感器制作方法的局限性，在一些特定形状的小工件上贴片困难，生产效率低下。

因此，针对上述问题，予以进一步改进。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种电阻应变栅传感器，用以克服现有含粘结层结构的传感器存在的敏感栅和弹性体协同变形不佳、粘胶变形老化以及在一些复杂结构形状和微小尺寸的工件上贴片困难等缺点。

为达到以上目的，本实用新型公提供一种电阻应变栅传感器，包括金属基层、第一感应层、第二感应层、底座和托盘，其中：

所述金属基层的一端与底座固定连接并且所述金属基层远离所述底座的一端与所述托盘固定连接；

所述第一感应层位于所述金属基层和所述托盘之间并且所述第一感应层与所述金属基层固定连接，所述第二感应层位于所述金属基层和所述底座之间并且所述第二感应层与所述金属基层固定连接；

所述第一感应层设有第一绝缘层、第一敏感栅和第一封装层，所述第二感应层设有第二绝缘层、第二敏感栅和第二封装层。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述金属基层的一侧设有第一端、第一安装面和第二端，所述第一安装面位于所述第一端和所述第二端之间，所述金属基层的另一侧设有第三端、第二安装面和第四端，所述第二安装面位于所述第三端和所述第四端之间。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述第一感应层固定安装于所述第一安装面，所述第二感应层固定安装于所述第二安装面。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述第一绝缘层安装于所述第一安装面，所述第一敏感栅位于所述第一绝缘层远离所述第一安装面的一侧并且所述第一敏感栅与所述第一绝缘层固定连接，所述第一封装层位于所述第一敏感栅远离所述第一绝缘层的一侧并且所述第一封装层与所述第一敏感栅固定连接；

所述第二绝缘层安装于所述第二安装面，所述第二敏感栅位于所述第二绝缘层远离所述第二安装面的一侧并且所述第二敏感栅与所述第二绝缘层固定连接，所述第二封装层位于所述第二敏感栅远离所述第二绝缘层的一侧并且所述第二封装层与所述第二敏感栅固定连接。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述托盘包括第一连接端，所述底座包括第二连接端，所述第一连接端与所述第一端固定连接并且所述第二连接端与所述第四端固定连接。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述第一感应层与所述托盘之间设有距离并且所述第二感应层与所述底座之间设有距离。

本实用新型的有益效果在于：由于敏感栅和金属基层之间没有粘结层，敏感栅更易随基底受力发生协同形变，敏感栅阻值也随之发生改变，可即时实现将力学信号转变成电信号，本实用新型的传感器无应变传递失真、机械滞后和蠕变更小。

附图说明

图1是本实用新型的一种电阻应变栅传感器的结构示意图。

图2是本实用新型的一种电阻应变栅传感器的第一感应层的结构示意图。

图3是本实用新型的一种电阻应变栅传感器的第二感应层的结构示意图。

图4是本实用新型的一种电阻应变栅传感器的性能对比图。

附图标记包括：10、金属基层；11、第一端；12、第二端；13、第三端；14、第四端；15、第一安装面；16、第二安装面；20、第一感应层；21、第一绝缘层；22、第一敏感栅；23、第一封装层；30、第二感应层；31、第二绝缘层；32、第二敏感栅；33、第二封装层；40、托盘；41、第一连接端；50、底座；51、第二连接端。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本实用新型公开了一种电阻应变栅传感器，下面结合优选实施例，对实用新型的具体实施例作进一步描述。

在本实用新型的实施例中，本领域技术人员注意，本实用新型涉及的导线和外部信号放大电路等可被视为现有技术。

优选实施例。

本实用新型公开了一种电阻应变栅传感器，包括金属基层10、第一感应层20、第二感应层30、底座50和托盘40，其中：

所述金属基层10的一端与底座50固定连接并且所述金属基层10远离所述底座50的一端与所述托盘40固定连接；

所述第一感应层20位于所述金属基层10和所述托盘40之间并且所述第一感应层20与所述金属基层10固定连接，所述第二感应层30位于所述金属基层10和所述底座50之间并且所述第二感应层30与所述金属基层10固定连接；

所述第一感应层20设有第一绝缘层21、第一敏感栅22和第一封装层23，所述第二感应层30设有第二绝缘层31、第二敏感栅32和第二封装层33。

具体的是，所述金属基层10的一侧设有第一端11、第一安装面15和第二端12，所述第一安装面15位于所述第一端11和所述第二端12之间，所述金属基层10的另一侧设有第三端13、第二安装面16和第四端14，所述第二安装面16位于所述第三端13和所述第四端14之间。

更具体的是，所述第一感应层20固定安装于所述第一安装面15，所述第二感应层30固定安装于所述第二安装面16

进一步的是，所述第一绝缘层21安装于所述第一安装面15，所述第一敏感栅22位于所述第一绝缘层21远离所述第一安装面15的一侧并且所述第一敏感栅22与所述第一绝缘层21固定连接，所述第一封装23层位于所述第一敏感栅22远离所述第一绝缘层21的一侧并且所述第一封装层23与所述第一敏感栅22固定连接；

所述第二绝缘层31安装于所述第二安装面16，所述第二敏感栅32位于所述第二绝缘层31远离所述第二安装面16的一侧并且所述第二敏感栅32与所述第二绝缘层31固定连接，所述第二封装层33位于所述第二敏感栅32远离所述第二绝缘层31的一侧并且所述第二封装层33与所述第二敏感栅32固定连接。

更进一步的是，所述托盘40包括第一连接端41，所述底座50包括第二连接端51，所述第一连接端41与所述第一端11固定连接并且所述第二连接端51与所述第四端14固定连接。

优选地，所述第一感应层20与所述托盘40之间设有距离并且所述第二感应层30与所述底座50之间设有距离。

优选地，金属基层具有一定的弹性，可在力的作用下产生微小形变，绝缘层具有高绝缘性能并且绝缘层的形状和面积与金属基层的形状和面积进行匹配，绝缘层的厚度与金属基层的表面粗糙度匹配，并且绝缘层的厚度尽可能薄然后完全覆盖金属基层。

优选地，在绝缘层远离金属基层的一侧表面进行第二处理，实现在绝缘层上原位制备金属敏感栅，金属敏感栅与金属基层的形变联动，使金属敏感栅随金属基层的形变而产生协同形变，(金属)敏感栅能够具有良好的延展性。

优选地，(金属)敏感栅通过焊接的导线(具有低电阻率，材料为电阻率低的金属或合金，如铜或铜镍合金)与外部信号放大电路电性连接，实现将金属敏感栅产生的电信号传输到对应的信号放大电路。

优选地，优选地，金属基层为以下任一种材料：

1)合结构钢，如40CrNiMoA；

2)不锈钢，如0Cr17Ni4Cu4Nb；

3)弹簧钢，如50CrVA、65Mn；

4)工具钢，如9CrWMn；

5)铍青铜，如QBe2；

6)钛合金，如Tc4、Tc9；和

7)铝合金，如LY12。

优选地，绝缘层包括氧化铝、氧化硅、氧化铬、氮化硅、氮化铝和碳化硅(其中的一种材料)。

优选地，金属敏感栅包括铜、镍、铜镍合金、铬镍合金、铬镍改良型合金、镍钼合金、铁基合金、铂基合金、金基合金和钯基合金(其中的一种材料)。

优选地，封装层包括聚氨酯(PU)、聚烯烃(POE)和聚醋酸乙烯酯(其中的一种材料)。

优选地，如图4所示为本发明制备的电阻应变栅传感器和传统贴应变片技术制备的传感器性能对比，由此可知，本发明制备的电阻应变栅传感器精度更高、蠕变更小。

优选地，本实用新型的原理为：

(1)采用磁控溅射技术或电子束蒸发技术或等离子体喷涂技术在金属基层表面原位制备绝缘层；

(2)采用磁控溅射技术或电子束蒸发技术或真空热蒸发镀膜技术在绝缘层表面原位制备金属敏感栅；

(3)采用真空热蒸发镀膜技术在绝缘层和敏感栅表面原位制备封装层。

值得一提的是，本实用新型专利申请涉及的导线和外部信号放大电路等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本实用新型专利的发明点所在，本实用新型专利不做进一步具体展开详述。

对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种电阻应变栅传感器，其特征在于，包括金属基层、第一感应层、第二感应层、底座和托盘，其中：

所述金属基层的一端与底座固定连接并且所述金属基层远离所述底座的一端与所述托盘固定连接；

所述第一感应层位于所述金属基层和所述托盘之间并且所述第一感应层与所述金属基层固定连接，所述第二感应层位于所述金属基层和所述底座之间并且所述第二感应层与所述金属基层固定连接；

所述第一感应层设有第一绝缘层、第一敏感栅和第一封装层，所述第二感应层设有第二绝缘层、第二敏感栅和第二封装层。

2.根据权利要求1所述的一种电阻应变栅传感器，其特征在于，所述金属基层的一侧设有第一端、第一安装面和第二端，所述第一安装面位于所述第一端和所述第二端之间，所述金属基层的另一侧设有第三端、第二安装面和第四端，所述第二安装面位于所述第三端和所述第四端之间。

3.根据权利要求2所述的一种电阻应变栅传感器，其特征在于，所述第一感应层固定安装于所述第一安装面，所述第二感应层固定安装于所述第二安装面。

4.根据权利要求3所述的一种电阻应变栅传感器，其特征在于，所述第一绝缘层安装于所述第一安装面，所述第一敏感栅位于所述第一绝缘层远离所述第一安装面的一侧并且所述第一敏感栅与所述第一绝缘层固定连接，所述第一封装层位于所述第一敏感栅远离所述第一绝缘层的一侧并且所述第一封装层与所述第一敏感栅固定连接；

所述第二绝缘层安装于所述第二安装面，所述第二敏感栅位于所述第二绝缘层远离所述第二安装面的一侧并且所述第二敏感栅与所述第二绝缘层固定连接，所述第二封装层位于所述第二敏感栅远离所述第二绝缘层的一侧并且所述第二封装层与所述第二敏感栅固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种电阻应变栅传感器，其特征在于，所述托盘包括第一连接端，所述底座包括第二连接端，所述第一连接端与所述第一端固定连接并且所述第二连接端与所述第四端固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种电阻应变栅传感器，其特征在于，所述第一感应层与所述托盘之间设有距离并且所述第二感应层与所述底座之间设有距离。

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