专利名称：混凝土墙体膨胀内应力测量传感器及测量方法
技术领域：
本发明涉及的是一种混凝土墙体、水库混凝土大坝及混凝土桥墩在环境温度变化
的影响下和受外力的作用下，产生的膨胀内应力测量传感器及测量方法，测量介质为凝固的混凝土，传感器以箔式金属应变计为检测敏感部件，属于混凝土墙体膨胀内应力测量传感器技术领域。
背景技术：
当前测量力传感器的种类很多，主要典型称重传感器、拉压力传感器，对于混凝土墙体、水库混凝土大坝及混凝土桥墩在环境温度变化的影响下和受外力的作用下，产生的膨胀内应力测量有一定的缺陷；因为凝固的混凝土内应力是整体产生的应力，无法集中作用在某一点的力，内应力是内部产生的力，不是外部的作用力。
发明内容
本发明提出的是一种混凝土墙体膨胀内应力测量传感器及测量方法，其目的旨在克服现有技术所存在的缺陷，利用金属的弹性应变的特点，以箔式金属应变计为检测敏感部件，制作一种测量内应力的弹性元件；可以预埋在混凝土墙体、水库混凝土大坝及混凝土桥墩的内部，测量在环境温度变化的影响下和受外力的作用下，产生的膨胀内应力，并将测量采集信号传出，采用实时监测的方式，对混凝土墙体、水库混凝土大坝及混凝土桥墩的内应力进行检测。 本发明的技术解决方案其特征是传感器的结构包括稳定块和带出线孔稳定块、弹性体、A应变梁和B应变梁、A箔式金属应变计和B箔式金属应变计、A应变计引线和B应变计引线、金属固定块、信号处理板、螺钉、紧固螺母、波纹管、输出电缆，其中A应变梁和B应变梁在弹性体上整体加工完成，A箔式金属应变计和B箔式金属应变计粘贴在A应变梁和B应变梁上，金属固定块焊接在弹性体的内部，信号处理板通过螺钉安装在金属固定块上，A箔式金属应变计和B箔式金属应变计通过A应变计引线和B应变计引线连接到信号处理板上，信号处理板和输出电缆相连，弹性体和稳定块和带出线孔稳定块通过焊接部位成一整体，输出电缆从带出线孔稳定块引出，紧固螺母和波纹管焊接在一起，焊有波纹管的紧固螺母套在输出电缆上并和带有出线孔稳定块通过螺纹连接并紧固密封输出电缆。
测量方法是将传感器预先埋在混凝土，待完全混凝土凝固后方可测量，测量时混凝土膨胀内应力作用在金属弹性体内的A应变梁和B应变梁部位，A应变梁和B应变梁发生微小变形，由于A箔式金属应变计和B箔式金属应变计粘贴在弹性体内的A应变梁和B应变梁部位，A应变梁和B应变梁的形变带动A箔式金属应变计和B箔式金属应变计的形变，A箔式金属应变计和B箔式金属应变计阻值而发生变化；将A箔式金属应变计和B箔式金属应变计组成电桥，给该电桥施加电源产生电信号；将电桥产生的电信号传输到信号处理板上，经信号处理板上的电信号放大电路将电信号放大及电压转换成电流4 20mA信号；4 20mA电流信号经输出电缆传输到控制采样室。
本发明的优点弹性体是整体加工而成，弹性体和稳定块是焊接结构，整体抗载 荷。输出电缆采用金属波纹管保护，传感器整体密封；本传感器具有稳定性能好、体积小、重 量轻、全金属密结构、耐压防腐蚀的特点；抗载荷能力强，综合精度高，误差小等优点。
附图1是混凝土墙体膨胀内应力测量传感器的结构示意图。
附图2是图1的侧视图，
附图3是应变电桥电路图。 附图4是信号处理电路4 20mA输出电路框图。 图中的1是稳定块、2是弹性体、3是带出线孔稳定块、4是紧固螺母、5是波纹管、 6是输出电缆、7是稳定孔、8是焊接部位、9是A应变梁、10是A箔式金属应变计、11是A应 变计引线、12是信号处理板、13是金属固定块、14是B应变梁、15是B箔式金属应变计、16 是B应变计引线、17是螺钉。
具体实施例方式
对照附图1、2，其结构包括稳定块1和带出线孔稳定块3、弹性体2、应变梁9和B 应变梁14、A箔式金属应变计10和B箔式金属应变计15、A应变计引线11和B应变计引线 16、金属固定块13、信号处理板12、螺钉17、紧固螺母4、波纹管5、输出电缆6。其中A应变 梁9和B应变梁14在弹性体2上整体加工完成，A箔式金属应变计10和B箔式金属应变 计15粘贴在应变梁9和B应变梁14上，金属固定块13焊接在弹性体2的内部，信号处理 板12通过螺钉17安装在金属固定块13上，A箔式金属应变计10和B箔式金属应变计15 通过A应变计引线11和B应变计引线16连接到信号处理板12上，信号处理板12和输出 电缆6相连，弹性体2和稳定块1和带出线孔稳定块3通过焊接部位8成一整体，输出电缆 6从带出线孔稳定块3引出，紧固螺母4和波纹管5焊接在一起，焊有波纹管5的紧固螺母 4套在输出电缆6上并和带有出线孔稳定块3通过螺纹连接并紧固密封输出电缆6。
使用时将传感器预先埋在混凝土，待完全混凝土凝固后方可测量，测量时混凝土 膨胀内应力作用在金属弹性体2内的A应变梁9和B应变梁14部位，A应变梁9和B应变 梁14发生微小变形，由于A箔式金属应变计10和B箔式金属应变计15粘贴在弹性体2内 的A应变梁9和B应变梁14部位，A应变梁9和B应变梁14的形变带动A箔式金属应变 计10和B箔式金属应变计15的形变，A箔式金属应变计10和B箔式金属应变计15阻值 而发生变化；将A箔式金属应变计IO和B箔式金属应变计15组成电桥，给电桥施加电源产 生电信号；将电桥产生的电信号传输到信号处理板12上，经信号处理板12上的电信号放大 电路将电信号放大及电压转换成电流4 20mA信号；4 20mA电流信号经输出电缆6传 输到控制采样室。 对照附图3，电阻Rl、电阻R2、电阻R3、电阻R4是电桥4个应变电阻，电阻Rl和电 阻R3受压阻值减小，电阻R2和电阻R4受拉阻值增大；Vin+、 Vin-是电桥供电电源的输入 端，Vout+、 Vout是电桥信号的输出端。 对照附图4，由现有技术稳压电路、应变电桥、电压放大电路和V/I转换电路组成， 稳压电路对外界供电电源进行二次稳压再提供给应变电桥和电压放大电路；电压放大电路将应变电桥的信号进行放大处理；V/I转换电路将电压信号转换成恒定的电流信号。
电信号处理板12工作原理是稳压模块将输入电源进行二次稳压，放大电路将电 桥输出的毫伏级信号放大到伏级电压信号，V/I转换电路将电压信号转换为标准的4 20mA电流信号。
权利要求
混凝土墙体膨胀内应力测量传感器，其特征是传感器的结构包括稳定块和带出线孔稳定块、弹性体、A应变梁和B应变梁、A箔式金属应变计和B箔式金属应变计、A应变计引线和B应变计引线、金属固定块、信号处理板、螺钉、紧固螺母、波纹管、输出电缆，其中A应变梁和B应变梁在弹性体上整体加工完成，A箔式金属应变计和B箔式金属应变计粘贴在A应变梁和B应变梁上，金属固定块焊接在弹性体的内部，信号处理板通过螺钉安装在金属固定块上，A箔式金属应变计和B箔式金属应变计通过A应变计引线和B应变计引线连接到信号处理板上，信号处理板和输出电缆相连，弹性体和稳定块和带出线孔稳定块通过焊接部位成一整体，输出电缆从带出线孔稳定块引出，紧固螺母和波纹管焊接在一起，焊有波纹管的紧固螺母套在输出电缆上并和带有出线孔稳定块通过螺纹连接并紧固密封输出电缆。
2. 内应力测量传感器测量混凝土墙体膨胀内应力的方法，其特征是将传感器预先埋在 混凝土，待完全混凝土凝固后方可测量，测量时混凝土膨胀内应力作用在金属弹性体内的A 应变梁和B应变梁部位，A应变梁和B应变梁发生微小变形，由于A箔式金属应变计和B箔 式金属应变计粘贴在弹性体内的A应变梁和B应变梁部位，A应变梁和B应变梁的形变带 动A箔式金属应变计和B箔式金属应变计的形变，A箔式金属应变计和B箔式金属应变计 阻值而发生变化；将A箔式金属应变计和B箔式金属应变计组成电桥，给该电桥施加电源产 生电信号；将电桥产生的电信号传输到信号处理板上，经信号处理板上的电信号放大电路 将电信号放大及电压转换成电流4 20mA信号；4 20mA电流信号经输出电缆传输到控 制采样室。
全文摘要
本发明是混凝土墙体膨胀内应力测量传感器及测量方法，传感器包括稳定块和带出线孔稳定块、弹性体、应变梁、箔式金属应变计、应变计引线、金属固定块、信号处理板、波纹管和输出电缆。测量方法将传感器预埋在混凝土内，混凝土膨胀内应力作用在金属弹性体内的应变梁部位，应变梁的形变带动箔式金属应变计的形变，箔式金属应变计阻值而发生变化；将箔式金属应变计组成电桥，给电桥施加电源产生电信号经放大及电压转换成电流4～20mA信号经输出电缆传输到控制采样室。优点弹性体是整体加工而成，弹性体和稳定块是焊接结构。输出电缆采用金属波纹管保护，传感器整体密封；稳定性好、体积小重量轻、耐压防腐蚀；抗载荷能力强，精度高，误差小。
文档编号G01L1/22GK101710007SQ20091023224
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月10日 优先权日2009年12月10日
发明者单磊, 陈新 申请人:陈新;单磊