面向结构健康监测的应变传感器的制作方法

本技术涉及应变传感器，尤其涉及面向结构健康监测的应变传感器。

背景技术：

1、随着科学技术的发展以及信息社会的崛起，结构健康监测系统在工程领域广泛应用。传统的结构监测方法费时、费力，并且费用昂贵，而结构健康监测技术的引入可以改进这些缺点。结构健康监测系统具有以下优点：能够实时在线监测和评估结构安全性，节省维护费用；依靠先进的测试系统，可以减少人力和降低人工误判；可以与最新技术相结合，及时应对潜在的结构问题；具备高度自动化程度，提高安全性和可靠性。

2、近年来，随着传感器技术的不断发展，结构健康监测系统在实际工程中得到了广泛应用。其中，面向结构健康监测的应变传感器扮演着重要角色。应变传感器通过实时监测结构的应变情况，可以识别潜在的结构问题，并提前采取维护和修复措施，确保结构的安全性和可靠性。应变传感器使用简单方便，大大节约了测试中由于布设有线数据采集设备所需的人力和物力，广泛应用于桥梁、建筑物、飞机、船舶、车辆、起重机械等结构健康监测领域。

3、应变传感器是一种测量物体受力变形所产生应变的传感器。其中，电阻应变片是最常用的传感元件之一。它能够将机械构件上的应变变化转换为电阻变化。应变传感器的安装位置不同，应变值的大小也会有所差异。在关键位置进行应力应变的测量时，需要使用应变传感器来测试结构的应力应变情况。

4、然而，传统的单片电阻式应变传感器在结构健康监测中存在一些问题。首先，测量精度和灵敏度有限，需要进行额外的温度补偿。其次，在结构检测过程中效果不佳。为了解决这些问题，提出了一种面向结构健康监测的全桥电阻应变传感器。该传感器可以识别结构问题并采取相应的措施，确保结构的安全性和可靠性。在工程实践中，应变传感器的应用具有重要的意义，能够提高结构监测的效率和准确性，降低维护成本，并为结构的健康管理提供支持。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供面向结构健康监测的应变传感器，该应变传感器是一种基于惠斯通全桥原理的组合式电阻应变传感器。

2、为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

3、面向结构健康监测的应变传感器，包括附加弹性元件、四个电阻应变传感器和弹性元件本体，所述弹性元件本体包括基座、第一凸起和第二凸起，所述第一凸起和第二凸起对称固接于基座的顶面两侧，且第一凸起、第二凸起沿基座的长度延伸方向布设，所述基座的底面开设有安装槽，四个所述电阻应变传感器按顺时针依次粘贴于附加弹性元件上，所述附加弹性元件固定安装于弹性元件本体底部的安装槽内，四个所述电阻应变传感器连接构成惠斯通全桥电路。

4、进一步的，所述第一凸起和第二凸起上均开设有贯穿基座的螺纹安装孔。

5、进一步的，所述基座、第一凸起和第二凸起均采用不锈钢材料制成。

6、进一步的，四个所述电阻应变传感器分别为电阻应变传感器a1、电阻应变传感器a2、电阻应变传感器a3和电阻应变传感器a4，所述电阻应变传感器a1、电阻应变传感器a2、电阻应变传感器a3和电阻应变传感器a4均设有两个引线端，所述电阻应变传感器a1和电阻应变传感器a3的各自一个引线端通过导线相连接且引出接线端子s+，所述电阻应变传感器a1的另一引线端和电阻应变传感器a4的一个引线端通过导线相连接且引出接线端子v+，所述电阻应变传感器a2的一个引线端和电阻应变传感器a4的另一引线端通过导线相连接且引出接线端子s-，所述电阻应变传感器a2的另一引线端和电阻应变传感器a3的另一引线端通过导线相连接且引出接线端子gnd，所述端子s+、端子v+、端子s-和端子gnd构成引出端子，用于连接应变桥盒。

7、进一步的，所述电阻应变传感器a1、电阻应变传感器a2、电阻应变传感器a3和电阻应变传感器a4的型号、阻值和灵敏度均相同。

8、本实用新型的优点及有益效果在于：

9、(1)本实用新型提供的面向结构健康监测的应变传感器，采用四电阻惠斯通全桥输出原理，四个电阻应变传感器之间不需要连接额外的温度补偿片，即可进行温度自补偿；

10、(2)本实用新型提供的面向结构健康监测的应变传感器，能够提高测量的灵敏度和精确度，其中，通过将四个电阻应变传感器粘贴于附加弹性元件上，再将附加弹性元件以机械或物理方法与弹性元件本体相连接，能够在不降低本装置结构刚度的情况下，通过改变附加弹性元件到弹性元件本体中心的距离有效地提高应变传感器的灵敏度；还能够在长时间的使用过程中保持测量精度，减少了维护和校准的需求，提高了监测数据的准确性和可靠性；

11、(3)本实用新型提供的面向结构健康监测的应变传感器，结构简单，制造成本低廉，便于推广和应用，并且易于安装和维护，应变传感器的安装不需要额外的固定装置，安装过程简单方便，可重复使用。

技术特征：

1.面向结构健康监测的应变传感器，其特征在于，包括附加弹性元件、四个电阻应变传感器和弹性元件本体，所述弹性元件本体包括基座、第一凸起和第二凸起，所述第一凸起和第二凸起对称固接于基座的顶面两侧，且第一凸起、第二凸起沿基座的长度延伸方向布设，所述基座的底面开设有安装槽，四个所述电阻应变传感器按顺时针依次粘贴于附加弹性元件上，所述附加弹性元件固定安装于弹性元件本体底部的安装槽内，四个所述电阻应变传感器连接构成惠斯通全桥电路。

2.根据权利要求1所述的面向结构健康监测的应变传感器，其特征在于，所述第一凸起和第二凸起上均开设有贯穿基座的螺纹安装孔。

3.根据权利要求1所述的面向结构健康监测的应变传感器，其特征在于，所述基座、第一凸起和第二凸起均采用不锈钢材料制成。

4.根据权利要求1所述的面向结构健康监测的应变传感器，其特征在于，四个所述电阻应变传感器分别为电阻应变传感器a1、电阻应变传感器a2、电阻应变传感器a3和电阻应变传感器a4，所述电阻应变传感器a1、电阻应变传感器a2、电阻应变传感器a3和电阻应变传感器a4均设有两个引线端，所述电阻应变传感器a1和电阻应变传感器a3的各自一个引线端通过导线相连接且引出接线端子s+，所述电阻应变传感器a1的另一引线端和电阻应变传感器a4的一个引线端通过导线相连接且引出接线端子v+，所述电阻应变传感器a2的一个引线端和电阻应变传感器a4的另一引线端通过导线相连接且引出接线端子s-，所述电阻应变传感器a2的另一引线端和电阻应变传感器a3的另一引线端通过导线相连接且引出接线端子gnd，所述端子s+、端子v+、端子s-和端子gnd构成引出端子，用于连接应变桥盒。

5.根据权利要求4所述的面向结构健康监测的应变传感器，其特征在于，所述电阻应变传感器a1、电阻应变传感器a2、电阻应变传感器a3和电阻应变传感器a4的型号、阻值和灵敏度均相同。

技术总结
本技术涉及应变传感器技术领域，尤其涉及面向结构健康监测的应变传感器；包括附加弹性元件、四个电阻应变传感器和弹性元件本体，所述弹性元件本体包括基座、第一凸起和第二凸起，所述第一凸起和第二凸起对称固接于基座的顶面两侧，且第一凸起、第二凸起沿基座的长度延伸方向布设，所述基座的底面开设有安装槽，四个所述电阻应变传感器按顺时针依次粘贴于附加弹性元件上，所述附加弹性元件固定安装于弹性元件本体底部的安装槽内，四个所述电阻应变传感器连接构成惠斯通全桥电路。本技术的应变传感器采用四电阻惠斯通全桥输出原理，能够有效提高测量的灵敏度和精确度，结构简单，制造成本低廉，便于推广和应用，并且易于安装和维护。

技术研发人员：吴逸飞,陈李,蒋恩贵,刘海涛,朱远冬,江佳,赵映慈,胡开心,张雨
受保护的技术使用者：重庆建工集团股份有限公司
技术研发日：20230614
技术公布日：2024/1/15