[发明专利]一种单向敏感型水泥基应变传感器

说明书

一种单向敏感型水泥基应变传感器，属于传感器设计技术领域。所述的传感器由压阻各向异性基体、四个电极及引线、绝缘封装层组成；所述的四个电极及引线插入压阻各向异性基体中；所述的绝缘封装层在压阻各向异性基体外围进行封装。所述的压阻各向异性基体为水泥基导电相复合材料，所述的导电相为镍粉或磁性导电材料。所述的四个电极均为铜网。所述的绝缘封装层材料为环氧树脂或绝缘漆。本发明的传感器基体为水泥基导电相复合材料，与混凝土结构基体具有弹性模量的匹配性和变形的同步性，能更准确的反映混凝土结构基体的应变；并且其电阻变化只与单向应变相关，不受其它方向复杂应变状态的耦合影响，因此灵敏度系数更为稳定、测试结果更准确。

技术领域

本发明属于传感器设计技术领域，具体涉及一种单向敏感型水泥基应变传感器，可用于海洋、水利等重大混凝土工程设施关键部位的冲刷磨损深度监测。

背景技术

重大工程结构和生命线系统的使用期长达几十年、甚至上百年，载荷的疲劳效应、环境腐蚀和材料老化等灾变因素的耦合作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减，从而抵抗自然灾害的能力下降，甚至引发灾难性的突发事故。为保障结构和基础设施的安全性、适用性和耐久性，健康监测与安全诊断已经成为土木工程结构安全的重要保障手段。美国八十年代中后期开始在多座桥梁上布设监测传感器，监测环境荷载、结构振动和局部应力应变状态，用以监视施工质量、验证设计假定和评定服役安全状态。1987年，英国在总长522 m的三跨变高度连续钢箱梁桥Foyle桥上布设传感器，监测大桥运营阶段在车辆与风载作用下主梁的振动、挠度和应变等响应。我国内地自1997年起也在一些大型重要桥梁上建立了不同规模的结构监测系统，如上海的徐浦大桥和卢浦大桥，江阴长江大桥，南京长江第三桥等10余座重大工程结构。

传感器是健康监测系统的重要组成部分和基础。近年来发展的具有应力/应变自感知功能的智能混凝土，与混凝土结构具有天然的物理参数匹配性和同寿命性，能准确反映混凝土结构应力应变状态，为土木工程结构长期健康监测提供了新材料和新方法。本征智能混凝土是20世纪80年代末提出的。其原理是在水泥基材料中复合适当掺量的功能组分（如碳纤维、碳黑、镍粉等）形成导电通路，通过适当的工艺而制成的。在应变场下，导电通路发生变化而导致其电阻发生有规律的改变，从而具有应变感知特性。目前的水泥基传感器大多是将导电相均匀随机的分散在基体中，因此形成的导电通路各向同性，造成了压阻性能的各向同性。基于此类压阻材料所开发传感器的电阻对各个方向的应变/应力都有反应且解耦困难，因此其监测精度和应用受到局限。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的传感器对多向应变敏感、监测精度低、应用范围有限的问题，提供一种单向敏感型水泥基应变传感器，该种传感器通过控制导电通路各向异性特征实现单向敏感型，克服其电阻对多向应变敏感的特性，可用于重大混凝土工程结构关键部位的应变监测，为结构安全评定提供依据。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种单向敏感型水泥基应变传感器，所述的传感器由压阻各向异性基体、四个电极及引线、绝缘封装层组成；

所述的四个电极及引线插入压阻各向异性基体中；所述的绝缘封装层在压阻各向异性基体外围进行封装。

本发明相对于现有技术的有益效果是：传感器基体为水泥基导电相复合材料，与混凝土结构基体具有弹性模量的匹配性和变形的同步性，能更准确的反映混凝土结构基体的应变；并且其电阻变化只与单向应变相关，不受其它方向复杂应变状态的耦合影响，因此灵敏度系数更为稳定、测试结果更准确。

附图说明

图1为本发明的传感器示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。