CN2335135Y - 钢筋应力传感器 - Google Patents

Abstract

一种钢筋应力传感器(钢筋计),属于测力装置。其特点是变形管、电路腔和外壳合为一体,外壳两头螺孔装有连杆,与被测钢筋焊接。变形管两端分别安装带磁芯的调节杆和线圈磁芯组件,构成传感单元,将线圈与电路腔内的电容、振荡器连成L－C振荡电路,通过电缆输入直流电压,输出调频信号,信噪比高,抗干扰,易远传,其结构简单、坚固,封装严密,抗震防水,可在恶劣环境下长期稳定可靠地监测钢筋应力。

Description

钢筋应力传感器

钢筋应力传感器，又名钢筋计，它是一种测力装置。用以埋设在水利工程或其它钢筋混凝土建筑物内部测量钢筋应力。

公知的钢筋应力传感器是差动电阻式钢筋计(GB3409-82)，这种钢筋计是由两组细的钢丝分别交叉地焊绕在两根方形铁杆上，当传感器受拉伸或压缩时，两组钢丝的电阻比产生变化，利用特制的水工比例电桥测出电阻比变化，即可确定钢筋应力大小，该传感器不足之处是：钢丝电阻比随温度而变，需要测量温度进行修正，电阻比受电缆长度影响，要求电缆电阻对称，加长电缆还需要进行修正。此外，该传感器结构不够坚固，钢丝细，不能耐受振动和冲击，需在混凝土硬化后，才可进行埋设，而且内部还需要填充中性变压器油，因此制作和使用均不方便。

本实用新型的目的是提供一种结构简单而坚固，封装严密，耐震防水，抗干扰，对温度变化和电缆长度影响不敏感，分辨率高，便于远传遥测，可在恶劣环境中使用的钢筋应力传感器。

本实用新型的目的是这样实现的：弹性变形管、外壳和电路腔室合为一体，在弹性变形管的两端分别固定着调节杆和磁电组件，调节杆的端部粘有磁芯，磁电组件则由线圈、磁芯和磁芯座组合而成，两个磁芯之间有一气隙，构成一个闭合磁路，线圈的两头通过引线进入电路腔室与位于其中的振荡器、电容、地线、电缆芯线、屏蔽线按图2连接起来，构成L-C振荡电路，通过屏蔽电缆输入直流电源，输出调频信号。当传感器受到拉伸力或压缩力时，弹性变形管会产生伸长或缩短，以致改变了与其两端相连的磁芯之间的气隙和磁阻，从而导致电感和振荡电路输出信号频率的改变，适当地旋转调节杆即可改变气隙和输出信号频率，从而使传感器的零点频率f₀改变，并使其灵敏度和线性度达到最佳值。

本实用新型由于采用电感调频原理，输出等幅的方波或正弦波调频信号，信噪比高，抗干扰能力强，长电缆传输对信号频率没有影响，因而不影响测试精度，同时由于弹性变形管和与其几乎等长的调节杆采用相同材料和热处理工艺，其线膨胀系数一样，大大减少了环境温度变化对传感器的影响，而且本实用新型在谐振电路中还采用不同温度系数的电容对电路整体进行补偿，因此，在一般条件下，可免除温度修正。同时还可在电路腔里增加一个高温度系数的电容和低温度系数的电感与一个振荡器，并把它们连接成另一个L-C振荡电路，即可增加测温功能，构成钢筋应力-温度复合传感器。

本实用新型零件少，结构简单坚固，采用螺纹连接加胶粘接并对电路腔空隙及两端螺纹底部灌注环氧树脂胶，电缆还用空心螺钉和橡胶圈压紧，并以703胶密封，因此密封防水性能特别好，工作稳定可靠，对混凝土施工不要求采取特殊防护措施，更不必等混凝土硬化后才埋设。

改变结构形状、尺寸和材料、工艺，可做成拉压力传感器、荷重传感器、应变传感器、矿山支柱压力传感器以及它们与温度传感器一起构成的复合传感器。

本实用新型附图

图1本实用新型钢筋应力传感器的剖视构造图

图2本实用新型电路原理框图

图3拉压传感器剖视构造图

图4荷重传感器剖视构造图

图5应变传感器剖视构造图

图6矿山支柱压力传感器剖视构造图

图7内附温度传感器的原理框图

图1是本实用新型钢筋应力传感器1的实施例。

将地线焊在焊片上，用螺钉(15)和螺母(14)将焊片(13)固定，并用环氧树脂或703胶将螺孔(16)填满。线圈(22)为无骨架型的，用高强聚酯漆包线绕在特制的模具上，层间涂以环氧树脂胶并按相应工艺固化，固化后脱模、焊引线(10)、嵌入已涂胶的磁芯(18)的环形槽内，并用胶填充上部空间，但不能超过磁芯平面，然后再将该磁芯套在磁芯座(17)的小圆柱上，用胶将其粘在磁芯座(17)上，这样做成的磁电组件(11)经过同样工艺固化后，将电路腔(5)底部的环形槽涂胶，将磁电组件(11)的磁芯(18)放入底部孔内，微施压力，使之粘牢；与此同时，再将调节杆(22)的一端涂胶，把磁芯(20)底面朝外粘在杆端，两者一起再按相应工艺固化。

将粘有磁芯(20)的调节杆(22)拧入弹性变形管(23)孔内，旋转调节杆(22)，使磁芯(20)和(18)之间留有极小气隙，测量线圈(19)两端电感，至予定值为止，将压紧螺母(24)拧紧。将屏蔽电缆(6)修头，套上橡胶圈(7)、空心压线螺钉(8)，穿入壳体上的电缆孔(9)内，使之与线圈(19)、电容(3)、振荡器(4)按图2连成L-C振荡电路。然后放在高低温试验箱内进行温度补偿试验，采用不同温度系数和电容量的电容，直到达到中心频率f₀及其在规定温度范围内的变化量达到要求为止，然后将振荡器(4)、电容(3)用绝缘材料(如黄蜡绸)包好，塞入电路腔(5)内，最后在测力机上进行性能检验，如合格，将电缆孔(9)涂703胶，压入橡胶圈(7)，拧入压线螺钉(8)，并用环氧树脂胶填满电路腔(5)和调节杆压紧螺母(24)上部，直到连杆(2,27)的螺纹底部，按同样工艺固化。如个别性能检定不合格，可微旋调节杆，重新检定，直到合格后再按上述工艺封装。

上述钢筋应力传感器可测动静态拉伸和压缩应力。其工作原理是：当传感器受拉伸应力作用时，变形管伸长，两磁芯之间气隙加大，磁阻加大，电感减小，故频率升高( $f=\sqrt{1/\mathrm{LC}/2}\mathrm{\π}$ )；反之，当传感器受压缩应力作用时，气隙减小，磁阻减小，电感增大，频率降低。输入的应力与输出频率变化有单值的函数关系。因此，对于每一传感器，检定时给出F(力)-f(频率)的函数关系，只要测量传感器输出信号频率，便可确定钢筋受力的方向和大小。

如图3、4、5、6所示，上述传感器在改变其结构形状、尺寸、材料和工艺，便可做成拉压力传感器、荷重传感器、应变传感器、矿并支柱压力传感器以及它们与温度传感器一起构成的复合传感器等等。

图7是温度传器的电路原理图，采用大温度系数的电容作为温度敏感元件与温度系数小的电感及振荡器一起连成又一个L-C振荡电路。与上述传感器共用电路腔、电缆和地线，但电路腔要适当加长并将单一传感器中的电缆增加一根芯线，以传输温度信号，此时还应对温度传感器进行标定，并且其测温范围不能超过振荡器及电感、电容所允许的极限工作温度范围。

Claims (10)

1、一种钢筋应力传感器，包括壳体(25)、连接杆(2,27)、电缆(6)，其特征在于传感器壳体(25)内部有电感式传感单元(21)、振荡器(4)和电容(3)，导线将它们连成L-C振荡电路。

2、按权利要求1所述的钢筋应力传感器，其特征在于壳体(25)与变形管(23)、电路腔(5)及安装连接杆(2,27)的螺纹孔(12,26)合为一个零件，其中间部位是变形管(23)。

3、按权利要求1所述的钢筋应力传感器其特征在于由变形管(23)及分别装于其两端的调节杆(22)和磁电组件(11)组成电感式传感单元(21)。

4、按权利要求3所述的钢筋应力传感器，其特征在于调节杆(22)一端有螺纹，另一端粘有磁芯(20)。

5、权利要求3所述的钢筋应力传感器，其特征在于磁电组件(11)由无骨架线圈(19)、磁芯(18)和磁芯座(17)组成，线圈(19)置于磁芯(18)的环形槽内，三者之间由环氧树脂胶粘结牢固。

6、按权利要求1所述的钢筋应力传感器，其特征在于在电路腔(5)内增加一个电感，一个电容和一个振荡器，三者用导线连成另一个L-C振荡电路，从而构成钢筋应力-温度复合传感器。

7、按权利要求6所述的钢筋应力-温度复合传感器，其特征在于采用电容为温度敏感元件。

8、按权利要求6所述的钢筋应力-温度复合传感器，其特征在于共用一个电路腔、电缆及地线，电路腔(5)内所有元器件用绝缘材料包裹，并用环氧树脂胶填满所有空隙。

9、按权利要求1、6所述的钢筋应力传感器和钢筋应力-温度复合传感器，其特征在于电缆孔螺纹用703胶填充，并用橡胶圈、压线空心螺钉压紧密封。

10、按权利要求1、6所述的钢筋应力传感器和钢筋应力-温度复合传感器，改变结构形状、尺寸、材料和工艺，可以制成拉压力传感器、荷重传感器、应变传感器、矿山支柱压力传感器以及它们和温度传感器一起组成的复合传感器等。

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