一种变形监测装置的制作方法

1.本实用新型属于应变监测设备技术领域，具体涉及一种变形监测装置。


背景技术：

2.智能纤维作为应变传感器，能够通过电能将其形变量转换成电信号通过线路反馈出来。智能纤维既是传感元件又是传输媒介，能以任意形式弯曲复合于基体结构中且不影响基体性能。
3.以桥梁桥墩监测为例，桥梁工程是国家基础设施建设中重要的方面，是联系各地交通、促进经济发展的重要纽带。桥梁建成后，由于载荷、气候、环境、震动、索力与应力变化等因素变化的影响，桥体结构会逐渐腐蚀老化，强度与刚度也会逐渐降低。大跨度的桥梁受上述因素的影响更大，这不仅会缩短桥梁的使用寿命，更会为行人的人身安全埋下极大的隐患。因此，对桥梁的健康状况实时监测并在此基础上的安全评估是日常维护的重要内容。
4.大量的文献资料及案例显示，大跨度的桥梁运营期间发生的损坏与事故主要集中于桥梁主梁的位移(主要指裂缝)与形变，桥墩的位移与形变，索力与应力的变化等。主梁是桥体结构的主要受力结构，不仅需要承受外部荷载与自身的重力、还需要承受桥体结构的弯矩、剪切力与各种应力等，出现最多的病害就是腹板、顶板等产生的裂缝。桥墩病害的主要表现为墩偏位和混凝土裂缝。内外部荷载、壳体组成材料成分、温度变化以及不均匀的沉降、钢筋等重要材料腐蚀等都会造成以上病害，多数桥梁病害更是不同因素联合作用的结果。但目前缺少能够实时对桥梁、桥墩等桥体结构进行监测的变形监测装置。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于：提供一种变形监测装置，旨在解决如何监测被测物体变形的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了一种变形监测装置，包括柔性传感件、控制机构和收紧机构，所述柔性传感件用于沿着所述被测物体表面布设或填埋于所述被测物体内部，且所述柔性传感件的延伸路径经过所述被测物体的易变形区域，所述柔性传感件能够随着所述易变形区域形变而发生弹性形变，所述控制机构与所述柔性传感件电连接，所述控制机构用于处理所述柔性传感件监测的形变信息，并根据所述形变信息得出所述被测物体的形变信息，所述收紧机构用于收紧所述柔性传感件以使所述柔性传感件与所述被测物体紧密贴合。
7.在一个实施例中，所述被测物体为建筑物或服饰。
8.在一个实施例中，所述柔性传感件包括传感纤维，所述传感纤维呈线状或网状设置。
9.在一个实施例中，所述柔性传感件的两端分别与所述被测物体的两端一一对应连接。
10.在一个实施例中，所述柔性传感件包括导电体和绝缘体，所述绝缘体包裹于所述
导电体外，所述导电体用于随着所述易变形区域的形变而发生变形以改变自身电学性能，所述绝缘体与所述导电体同步变形。
11.在一个实施例中，所述变形监测装置还包括导线，所述导线与所述柔性传感件串联形成线状组件，所述线状组件缠绕于所述被测物体的表面和/或内部，且所述柔性传感件通过所述导线与所述控制机构电连接。
12.在一个实施例中，所述收紧机构包括第一限位板、第二限位板、第一限位柱和第二限位柱，所述第一限位板和所述第二限位板通过所述第一限位柱连接成工字型结构，所述第一限位柱用于供所述柔性传感件缠绕，且所述第一限位柱设置有第一卡接结构，所述第一卡接结构用于固定所述柔性传感件，所述第二限位柱可拆卸的安装于所述第一限位板和所述第二限位板之间，所述第二限位柱用于在所述柔性传感件收紧到位时将所述柔性传感件固定于所述第一限位柱上。
13.在一个实施例中，所述第一限位板上开设有第一通孔，所述第二限位板上开设有第二通孔，所述第二限位柱依次穿过所述第一通孔和所述第二通孔、并与所述第一限位柱相互配合实现所述柔性传感件的夹持。
14.在一个实施例中，所述收紧机构包括固定板、第三限位柱、第三限位板和锁紧螺栓，所述第三限位柱和所述第三限位板连接，所述第三限位柱设置有第三通孔，所述第三限位板设置有第四通孔，所述第三通孔与所述第四通孔连通，所述锁紧螺栓的一端依次穿过所述第四通孔和所述第三通孔并与所述固定板螺接，所述第三限位柱设置有第二卡接结构。
15.在一个实施例中，所述控制机构设置有通讯模块，所述通讯模块用于将所述控制机构得出的所述形变信息实时地上传到网络云平台。
16.本实用新型的有益效果是：在工作中，被测物体发生形变时，柔性传感件随着被测物体发生形变，柔性传感件中的电阻随着柔性传感件的形变而发生变化，造成柔性传感件中流过的电流或电压大小发生变化，柔性传感件中的电流或电压被控制机构实时地监测，控制机构通过对电流或电压信号进行运算处理，从而获得被测物体的形变信息，从而实现了对被测物体的形变监测工作。本技术变形监测装置，可实时监测桥梁、桥墩等被测物体的主要监测点位移量的变化，可以有效监测桥梁、桥墩等被测物体的运营情况，对桥梁、桥墩等被测物体进行安全运营，延长其使用寿命，及早发现桥梁病害与节约维修费用都能发挥很好的作用。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
18.图1为本实用新型实施例中变形监测装置的结构示意图之一；
19.图2为本实用新型实施例中变形监测装置的结构示意图之二；
20.图3为本实用新型实施例中变形监测装置的结构示意图之三；
21.图4为本实用新型实施例中变形监测装置的结构示意图之四；
22.图5为本实用新型实施例中收紧机构的主视图之一；
23.图6为本实用新型实施例中收紧机构的主视图之二；
24.其中：1、柔性传感件；2、控制机构；3、导线；4、收紧机构；41、第一限位板；411、第一通孔；42、第二限位板；421、第二通孔；43、第一限位柱；431、第一卡接结构；44、第二限位柱；45、固定板；46、第三限位柱；461、第三通孔；462、第二卡接结构；47、第三限位板；471、第四通孔；48、锁紧螺栓；5、被测物体。
具体实施方式
25.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
26.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上部”、“下部”、“朝上”、“竖直”、“水平”、“底”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”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技术和简化描述，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技术的限制。
27.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
28.在本技术中，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；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。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技术中的具体含义。
29.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。
30.在实际应用中，被测物体为建筑物或服饰，现以被测物体为桥梁和/或桥墩为例，对本技术的方案进行具体说明。
31.请参阅图1至图2，本技术实施例提供了一种变形监测装置，包括柔性传感件1、控制机构2收和紧机构4，柔性传感件1用于沿着被测物体表面布设或填埋于被测物体内部，且柔性传感件1的延伸路径经过被测物体的易变形区域，柔性传感件1能够随着易变形区域形变而发生弹性形变，控制机构2与柔性传感件1电连接，控制机构2用于处理柔性传感件1监测的形变信息，并根据形变信息得出被测物体的形变信息，收紧机构4用于收紧柔性传感件1以使柔性传感件1与被测物体紧密贴合。
32.在应用中，柔性传感件1优选为能够导电的纤维材料，其中纤维材料为带状时，其宽度为5mm～50mm；纤维材料为圆柱状时，其直径为1mm～10mm，且纤维材料具有良好的延展性和耐腐蚀等特性，被测物体5优选为桥梁和/或桥墩，控制机构2优选为监测通讯装置或计算机。
33.柔性传感件1沿着被测物体5表面布设时，收紧机构4对柔性传感件1进行收束拉
伸，使得柔性传感件1发生弹性形变而处于绷紧的状态，有利于柔性传感件1与被测物体5紧密贴合，然后通过粘接或者锁扣固定的方式将柔性传感件1固定在被测物体5的表面，当被测物体5发生形变时，由于柔性传感件1一直处于绷紧的状态，此时柔性传感件1会随着被测物体5的变形而发生形变，柔性传感件1中的电阻会随着柔性传感件1的形变而发生变化，进而引起柔性传感件1中电流或电压大小发生变化，控制机构2实时地监测柔性传感件1中的电流或电压，并对电流或电压信号进行运算处理，从而获得被测物体5的形变信息。
34.柔性传感件1填埋于被测物体5内部布设时，收紧机构4对柔性传感件1进行收束拉伸，使得柔性传感件1发生弹性形变而处于绷紧的状态，有利于柔性传感件1与被测物体5紧密贴合，然后建造被测物体5，将柔性传感件1埋入被测物体5中，当被测物体5发生形变时，由于柔性传感件1一直处于绷紧的状态，此时柔性传感件1会随着被测物体5而发生形变，柔性传感件1中的电阻会随着柔性传感件1的形变而发生变化，进而引起柔性传感件1中电流或电压大小发生变化，控制机构2实时地监测柔性传感件1中的电流或电压，并对电流或电压信号进行运算处理，从而获得被测物体5的形变信息。
35.包括桥梁和/或桥墩，既可以监测桥梁的形变，也可以监测桥墩的形变，根据实际情况可以灵活地进行设置。
36.其中，优选地，将柔性传感件1缠绕或呈网状设置于桥梁和/或桥墩的表面和/或内部，使得柔性传感件1处于绷紧的状态，且使得桥梁和/或桥墩上的多处被柔性传感件1监测，当桥梁和/或桥墩发生形变时，由于多处柔性传感件1一直处于绷紧的状态，此时多处柔性传感件1均会随着桥梁和/或桥墩而发生形变，多处柔性传感件1中的电阻均会随着柔性传感件1的形变而发生变化，进而引起多处柔性传感件1中电流或电压大小发生变化，大大地放大了电流或电压的变化，有利于控制机构2实时地监测柔性传感件1中的电流或电压，提高了控制机构2实时地监测柔性传感件1中电流或电压的精度，控制机构2对电流或电压信号进行运算处理，从而获得桥梁和/或桥墩的形变信息，提高了监测的灵敏度。
37.在工作中，被测物体5发生形变时，柔性传感件1随着被测物体5发生形变，柔性传感件1中的电阻随着柔性传感件1的形变而发生变化，造成柔性传感件1中流过的电流或电压大小发生变化，柔性传感件1中的电流或电压被控制机构2实时地监测，控制机构2通过对电流或电压信号进行运算处理，从而获得被测物体5的形变信息，从而实现了对被测物体5的形变监测工作。通过本技术实施例提供的变形监测装置，可实时监测桥梁、桥墩等被测物体的主要监测点位移量的变化，可以有效监测桥梁、桥墩等被测物体的运营情况，对桥梁、桥墩等被测物体进行安全运营，延长其使用寿命，及早发现桥梁病害与节约维修费用都能发挥很好的作用。
38.在其中一些实施例中，柔性传感件1可以包括拉力或压力传感纤维。在另一些实施例中，柔性传感件1除了包括拉力或压力传感纤维以外，还可包括温度传感纤维、湿度传感纤维等，从而使得柔性传感件既能够对被测物体的形变进行监测，又能够对被测物体5周围的环境温度和环境湿度等进行监测，监测数据更加全面，以使维护人员可根据监测到的数据全面掌握被测物体的状态及环境信息，进而在必要时及时改善被测物体5周围的环境，以延长被测物体5的使用寿命。
39.请参阅图1至图2，在一个实施例中，柔性传感件1包括传感纤维，传感纤维呈线状或网状设置。
40.在应用中，传感纤维呈线状结构时，首先将传感纤维通过缠绕的方式往复对折多次，然后用力将传感纤维拉紧，使得传感纤维处于绷紧的状态，最后将传感纤维紧贴被测物体5进行贴合固定。
41.传感纤维呈网状结构时，使得被测物体5上的多处被传感纤维监测，当被测物体5发生形变时，由于多处传感纤维一直处于绷紧的状态，此时多处传感纤维均会随着被测物体5而发生形变，多处传感纤维中的电阻均会随着传感纤维的形变而发生变化，进而引起多处传感纤维中电流或电压大小发生变化，大大地放大了电流或电压的变化，有利于控制机构2实时地监测传感纤维中的电流或电压，提高了控制机构2实时地监测传感纤维中电流或电压的精度，控制机构2对电流或电压信号进行运算处理，从而获得被测物体5的形变信息，提高了监测的灵敏度。
42.请参阅图1，在一个实施例中，柔性传感件1的两端分别与被测物体5的两端一一对应连接。
43.在应用中，首先将柔性传感件1的一端固定，再将柔性传感件1的另一端或中部通过收紧机构4进行收束，使得柔性传感件1处于绷紧的状态，然后通过用胶粘接或者与用锁扣锁接的方式将柔性传感件1的两端与测物体的两端一一对应连接固定。当被测物体5发生形变时，由于柔性传感件1一直处于绷紧的状态，此时柔性传感件1会随着被测物体5而发生形变，柔性传感件1中的电阻会随着柔性传感件1的形变而发生变化，进而引起柔性传感件1中电流或电压大小发生变化，控制机构2实时地监测柔性传感件1中的电流或电压，并对电流或电压信号进行运算处理，从而获得被测物体5的形变信息。
44.请参阅图1至图4，在一个实施例中，柔性传感件1包括导电体和绝缘体，绝缘体包裹于导电体外，导电体用于随着易变形区域的形变而发生变形以改变自身电学性能，绝缘体与导电体同步变形。
45.在应用中，柔性传感件1为环境感知材料，包括但不限于形状记忆聚合物纤维、水凝胶纤维、形状记忆聚合物掺杂纤维以及其它敏感变形材料、掺杂材料；导电体包括但不限于液态金属、压电材料、压阻材料等可以随形变产生电学信号的材料或器件。其中，柔性传感件1可采用聚二甲基硅氧烷pdms等具有柔性且绝缘的材料进行封装，从而不影响内部材料的电学性能。
46.在工作中，当被测物体5发生形变时，由于导电体一直处于绷紧的状态，此时导电体会随着被测物体5而发生形变，导电体中的电阻会随着导电体的形变而发生变化，进而引起导电体中电流或电压大小发生变化，控制机构2实时地监测导电体中的电流或电压，并对电流或电压信号进行运算处理，从而获得被测物体5的形变信息；绝缘体避免导电体发生漏电，进而提高监测工作的灵敏度和精度。
47.请参阅图3至图4，在一个实施例中，变形监测装置还包括导线3，导线3与柔性传感件1串联形成线状组件，线状组件缠绕于被测物体的表面和/或内部，且柔性传感件1通过导线3与控制机构2电连接。
48.在应用中，柔性传感件1紧贴在被测物体5上的一部分区域，其它的部分通过导线3贴合，这种可以节省柔性传感件1，这种方式适用于被测物体5上只有一部分容易发生形变，而其它部分不易发生形变的情况，在工作中只需监测被测物体5上容易发生形变的部分即可。
49.在应用中，收紧机构4既可以直接与柔性传感件1接触对柔性传感件1进行收紧，也可以直接与导线3接触对柔性传感件1进行收紧，根据实际工作的需要可以灵活地进行设置。
50.请参阅图1至图5，在一个实施例中，收紧机构4包括第一限位板41、第二限位板42、第一限位柱43和第二限位柱44。第一限位板41和第二限位板42通过第一限位柱43连接成工字型结构。第一限位柱43用于供柔性传感件缠绕，且第一限位柱43设置有第一卡接结构431，第一卡接结构431用于固定柔性传感件。第二限位柱44可拆卸的安装于第一限位板41和第二限位板42之间，第二限位柱44用于在柔性传感件1收紧到位时将柔性传感件1固定于第一限位柱43上。
51.在应用中，第一卡接结构431优选为卡槽或卡扣。当柔性传感件1处于松弛状态时，将柔性传感件1的一部分固定于第一卡接结构431上，使得柔性传感件1与第一限位柱43固定连接，接着用双手分别握着第一限位板41和第二限位板42进行转动，使得第一限位柱43进行转动，以将柔性传感件1缠绕收束在第一限位柱43上，使得被测物体5上的柔性传感件1处于绷紧的状态，将第二限位柱44安装于第一限位板41和第二限位板42之间，使得缠绕在第一限位柱43上的柔性传感件1被限制收束在第一限位柱43与第二限位柱44之间，最后将被测物体5上处于绷紧状态的柔性传感件1与被测物体5贴合固定。当被测物体5发生形变时，由于柔性传感件1一直处于绷紧的状态，此时柔性传感件1会随着被测物体5而发生形变，柔性传感件1中的电阻会随着柔性传感件1的形变而发生变化，进而引起柔性传感件1中电流或电压大小发生变化，控制机构2实时地监测柔性传感件1中的电流或电压，并对电流或电压信号进行运算处理，从而获得被测物体5的形变信息。
52.请参阅图1至图5，在一个实施例中，第一限位板41上开设有第一通孔411，第二限位板42上开设有第二通孔421，第二限位柱44依次穿过第一通孔411和第二通孔421、并与第一限位柱43相互配合实现柔性传感件的夹持。
53.在应用中，当柔性传感件1处于松弛状态时，将柔性传感件1的一部分放置在第一卡接结构431上，使得柔性传感件1与第一限位柱43固定连接，接着用双手分别握着第一限位板41和第二限位板42进行转动，使得第一限位柱43进行转动，以将柔性传感件1缠绕收束在第一限位柱43上，使得被测物体5上的柔性传感件1处于绷紧的状态，然后将第二限位柱44的一端依次穿过第一限位板41上的第一通孔411和第二限位板42上的第二通孔421，使得缠绕在第一限位柱43上的柔性传感件1被限制收束在第一限位柱43与第二限位柱44之间，最后将被测物体5上处于绷紧状态的柔性传感件1与被测物体5贴合固定，当被测物体5发生形变时，由于柔性传感件1一直处于绷紧的状态，此时柔性传感件1会随着被测物体5而发生形变，柔性传感件1中的电阻会随着柔性传感件1的形变而发生变化，进而引起柔性传感件1中电流或电压大小发生变化，控制机构2实时地监测柔性传感件1中的电流或电压，并对电流或电压信号进行运算处理，从而获得被测物体5的形变信息。
54.请参阅图6，在一个实施例中，收紧机构4包括固定板45、第三限位柱46、第三限位板47和锁紧螺栓48，第三限位柱46和第三限位板47连接，第三限位柱46设置有第三通孔461，第三限位板47设置有第四通孔471，第三通孔461与第四通孔471连通，锁紧螺栓48的一端依次穿过第四通孔471和第三通孔461并与固定板45螺接，第三限位柱46设置有第二卡接结构462。
55.在应用中，将固定板45固定在外部辅助设备上或固定在被测物体5上，当柔性传感件1处于松弛状态时，将柔性传感件1的一部分放置在第二卡接结构462上，使得柔性传感件1与第二卡接结构462固定连接，接着用手握着第三限位板47进行转动，使得第三限位柱46进行转动，以将柔性传感件1缠绕收束在第三限位柱46上，使得被测物体5上的柔性传感件1处于绷紧的状态，然后用锁紧螺栓48将第三限位柱46和第三限位板47固定在固定板45上。
56.请参阅图1至图4，在一个实施例中，控制机构2设置有通讯模块，通讯模块用于将控制机构2得出的形变信息实时地上传到网络云平台。
57.在应用中，通讯模块通过有线通讯或者无线通讯的方式实时地将控制机构2获得的被测物体5发生的形变信息实时地传送到网络云平台，以便于身处异地的工作人员实时地了解到被测物体5的变形状态，进而有利于及时地采取行动对被测物体5进行维护，以延长被测物体5的使用寿命；或者，通讯模块通过有线通讯或者无线通讯的方式实时地将控制机构2获得的被测物体5发生的形变信息实时地传送到本地监控中心，以便于本地的工作人员实时地了解到被测物体5的变形状态，进而有利于及时地采取行动对被测物体5进行维护，以延长被测物体5的使用寿命
58.此外，本技术中的变形监测装置还可以应用在服饰上，具体实施方式可参考应用在建筑物上，这里不再赘述。
59.以上仅为本技术的可选实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。