[发明专利]一种传感器装置及测量方法

说明书

本发明公开一种传感器装置及测量方法，传感器装置用于在应力场作用下测量固体材料内部位移，或，应力场作用下多孔介质中流体的流速和/或流向；传感器装置包括：一个加热针、至少四个温度感应针和底座；加热针的一端和所有温度感应针的一端固定在底座上，且所有的温度感应针以加热针进行中心轴进行轴对称分布；每一温度感应针内设有至少三个测温元件，相邻两个测温元件之间的长度差大于等于2mm；任意两个测温元件相互绝缘；加热针中设置用于连接加热装置的加热丝；加热丝和所有的测温元件相互独立的穿透底座以连接各自的控制装置。上述装置能够有效减小加热针和感应针间距不准确导致的位移计流速测量的误差。

技术领域

本发明涉及流速测量技术领域，具体涉及一种传感器装置及测量方法。

背景技术

目前，测量固体材料内微小位移变化的方法包括光纤传感器等常规传感器，但这些方法或者价格昂贵，或者精度不高。在诸如坝体及建筑物内部结构的稳固性，固体材料内部的位移的变化对结构稳定性是十分重要的。但现有方法中能精确且原位检测位移的方法很少。

此外，现有的测量流体通量、流速的常用方法---热针法，并不适用于多孔介质中应力场导致的针体应变条件下的流速大小及方向的测量。对于多孔介质中流体流速的测量方法来讲，加热针和温度感应针之间的间距r始终是一个非常重要的参数，r的测量误差对于流体测量结果的准确性影响很大。加热针和温度感应针之间偏离平行方向2°夹角的误差，便会对流速产生20％的误差。然而，在实际应用中，尤其是在应力作用下，例如，由于插入阻力，钻孔的偏心作用，空间异质性，植物生长发育，人为扰动及动物活动，季节性冻融交替等作用，很容易导致加热针和温度感应针发生应力作用下的弯曲变形，进而导致加热针和温度感应针之间间距的改变，最终误差便会传递到流速的测定。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种传感器装置及测量方法，可以消除现有技术中,应力场作用下,由非线性弯曲形变导致的流体流速测量误差，以及现有技术中无法对流体方向和位移变化的测量问题。

为此目的，第一方面，本发明提出一种传感器装置，所述传感器装置用于在应力场作用下测量固体材料内部位移，或，应力场作用下多孔介质中流体的流速和/或流向；

所述传感器装置包括：一个加热针、四个温度感应针和底座；

所述加热针的一端和所有温度感应针的一端固定在底座上，且所有的温度感应针以所述加热针进行中心轴进行轴对称分布；所述加热针的另一端和所有温度感应针的另一端分别各自密封；

每一温度感应针内设有至少三个测温元件，相邻两个测温元件之间的长度差大于等于2mm；

所述加热针中设置用于连接加热装置的加热丝；

所述加热丝和所有的测温元件相互独立的穿透所述底座以连接各自的控制装置。

可选地，相邻温度感应针围绕加热针分别沿0，90，180，270度夹角分布；亦可选择更多个温度感应针，围绕加热针，例如，n个温度感应针，分别以360/n度夹角间隔排列，n取自然数。

所述底座与温度感应针、加热针之间通过具有防水、热导率高且具有电绝缘性的密封材料进行固定密封。

可选地，所述测温元件的数量为三个，所述密封材料为环氧树脂材料；

和/或，所述测温元件为热敏电阻或热电偶。

可选地，所有的测温元件通过底座连接的控制装置为数据处理装置；该数据处理装置用于在所述加热针和所述温度感应针放置在待测物体内时，获取每一测温元件的温度随时间变化的曲线；

所述加热丝通过所述底座连接的控制装置为加热控制装置，加热控制装置用于控制所述加热丝的温度。