[发明专利]一种基于惠斯通全桥原理的电阻应变式曲率传感器

说明书

本发明属于应变测量技术领域，涉及一种基于惠斯通全桥原理的电阻应变式曲率传感器，该电阻应变式曲率传感器主要安装在产生弯曲或拉压变形的结构上，能够产生拉压或弯曲应变。该电阻应变式曲率传感器将多个电阻应变传感器按照惠斯通全桥原理连接，首先实现应变的快速准确测量，然后再利用惠斯通全桥原理平衡温度影响，同时构造结构曲率计算形式，实现结构任一测点曲率的直接精确测量。本发明优化传感器布置位置，既平衡了温度对应变的影响，又在测量处可以精准地直接得到结构曲率，计算方便；仅使用单个应变桥盒和单个采集通道即可测量结构曲率，设备连接简单，简化实验操作，同时极大地降低了采集成本。

技术领域

本发明属于应变测量技术领域，涉及一种基于惠斯通全桥原理的电阻应变式曲率传感器。

背景技术

在结构健康监测领域，利用结构的曲率模态来判断结构是否发生损伤是较为有效的一种方式，然而目前结构的曲率常多采用数值计算的方法获取，尚缺乏一种直接测量曲率的传感器。在实际工程领域，计算曲率多采用单个电阻应变传感器测量工程结构某一点的应变，通过多点测量，之后对数据进行差分得到该点曲率。但是这种方法存在一些不足：需要的传感器数量多，占用的采集通道多，因此采集成本较高；测量过程中必须温度补偿，增加温度补偿片，设备连接复杂；传感器间距较远，测量曲率精确度不高，并且无法计算首尾点的曲率。

实际工程中一些结构的曲率测量要求精度较高，同时保证低成本、设备简易。电阻应变传感器是一种用途广泛的高精度力学量传感元件，其基本任务就是把构件表面的变形量转变为电信号，输入相关的仪器仪表进行分析。电阻应变传感器以价格便宜、制作方便和布放简单等优点，目前被广泛应用于实验研究和实际工程领域。

为克服曲率计算的缺陷，同时降低传统曲率测量的采集成本，本发明提出了一种基于惠斯通全桥原理的电阻应变式曲率传感器，可以精确地实现曲率的直接测量。

发明内容

为解决曲率测量成本较高、设备连接复杂和计算精度不高的问题，实现低成本的曲率精确测量，本发明提供了一种基于惠斯通全桥原理的电阻应变式曲率传感器。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于惠斯通全桥原理的电阻应变式曲率传感器，主要安装在产生弯曲或拉压变形的结构上，能够产生拉压或弯曲应变，实现结构任一测点曲率的直接精确测量；该电阻应变式曲率传感器将多个电阻应变传感器按照惠斯通全桥原理连接，首先实现应变的快速准确测量，然后再利用惠斯通全桥原理平衡温度影响，同时构造结构曲率计算形式，实现结构曲率的精确测量。

所述的电阻应变式曲率传感器包括布置在基层1上的电阻应变传感器组3和盖在基层1上方的覆盖保护层2，电阻应变传感器组3与引出线4相连。所述的电阻应变传感器组3包括四个完全相同且通过引出线4与外部应变桥盒9连接的电阻应变传感器a5、b16、b27和c8，应变桥盒9通过数据传输线10与动态信号采集仪11、显示记录装置12连接。所述应变桥盒9内部设有恒流源和信号放大器，前者提供输入电压U，后者对测得的输出电压U₀进行信号放大处理。所述单个电阻应变传感器结构包括敏感栅13、粘结剂14和引线15。取厚度为0.02～0.05mm的康铜或镍铬箔片，利用光刻和腐蚀工艺制作成栅状，即制作成敏感栅13并导出两条引线15，使用环氧树脂作为粘结剂14将敏感栅13黏贴固定在基层1上。

所述四个电阻应变传感器a5、b₁6、b₂7、c8按照惠斯通全桥电路连接。电阻应变传感器b₁6在b₂7的左侧，并且要求对齐靠近布置，使得中心纵轴平行、中心横轴重合且相距较近，保证二者具有相同的拉压或弯曲应变；电阻应变传感器a5和c8分别布置在由b₁6和b₂7组成的电阻应变传感器组的左、右侧，并且使得a5和c8的中心纵轴重合、中心横轴平行；最后要求a5与b₁6之间的中心横轴间距为L，b₂7与c8之间的中心横轴间距为L。