预埋混凝土自标定应变传感器及标定方法

技术领域

本申请属于结构监测技术领域，具体涉及一种预埋混凝土自标定应变传感器及标定方法。

背景技术

混凝土应变传感器包括表面式应变传感器和埋入式应变传感器等。其中，埋入式应变传感器用于结构内部混凝土应变测量，广泛应用于民用建筑、工业建筑及各类公共设施等。在不同种类的设施中，埋入式应变传感器的使用周期也不相同，例如，核电站安全壳等结构中的埋入式应变传感器的使用周期可长达60年，虽然在埋入混凝土前会对埋入式应变传感器进行校准标定，但长周期使用后传感器的精确度和可靠性已无法保证，也不能再从混凝土中取出进行标定，所以此时混凝土应变监测数据的准确性无法判别。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种预埋混凝土自标定应变传感器及标定方法，能够解决埋入式混凝土应变传感器的标定问题，从而提高埋入式混凝土应变传感器的准确性和可靠性。

为了解决上述问题，本申请提供了一种预埋混凝土自标定应变传感器，包括：传感器组件、标定组件和液压驱动组件。传感器组件包括滑动套、振弦应变传感器本体、第一锚固法兰和锚固滑块。振弦应变传感器本体可移动的设置于滑动套中。振弦应变传感器本体的一端伸出滑动套并连接于第一锚固法兰。锚固滑块连接于振弦应变传感器本体的远离第一锚固法兰的一端。标定组件包括液压腔体、连接杆和阻力弹簧。液压腔体包括筒体、端盖和挡沿。端盖设置于筒体的一端。挡沿位于筒体的内壁上且靠近筒体的远离端盖的一端。液压腔体中设有活塞。连接杆连接于锚固滑块与活塞的朝向挡沿的端面之间。阻力弹簧设置于连接杆上且连接于活塞与挡沿之间。液压驱动组件连通于液压腔体。液压驱动组件用于驱动活塞在液压腔体中移动，进而带动锚固滑块移动。

可选地，液压腔体还包括：第二锚固法兰。第二锚固法兰设置于筒体的外周面上。

可选地，液压腔体还包括：固定套筒。固定套筒设置于筒体的远离端盖的一端。滑动套连接于固定套筒上。锚固滑块位于固定套筒中。

可选地，液压驱动组件包括：电子微量泵和输油管。电子微量泵中包括液压油。电子微量泵通过输油管连通于液压腔体。

可选地，输油管上包括：第一阀门和第二阀门。第一阀门靠近电子微量泵。第二阀门靠近液压腔体。

可选地，预埋混凝土自标定应变传感器还包括：显示装置。显示装置用于显示活塞的移动量。

可选地，预埋混凝土自标定应变传感器还包括：转接盒。转接盒用于容纳液压驱动组件。

可选地，阻力弹簧的刚度为k

本申请还提供了一种标定方法，用于上述的预埋混凝土自标定应变传感器，方法包括如下步骤：

利用液压驱动组件驱动活塞移动，进而带动锚固滑块移动，使振弦应变传感器本体中的钢弦发生形变。

获取钢弦的形变量与活塞的移动量之间的关系，从而进行标定。

可选地，标定分级进行。

有益效果

1.本发明的实施例中所提供的预埋混凝土自标定应变传感器使用时，首先在浇筑混凝土前将传感器组件及标定组件埋入待测点指定位置，并将驱动组件留在混凝土浇筑范围之外；浇筑完成后或服役过程中，当需要对振弦应变传感器本体进行标定时，可通过驱动组件驱动标定组件的活塞移动，进而带动传感器组件的锚固滑块移动，使振弦应变传感器本体中的钢弦发生形变，利用钢弦的形变量与活塞的移动量之间的关系曲线对振弦应变传感器本体进行标定。本发明的预埋混凝土自标定应变传感器能够在埋入混凝土后进行标定，保证了应变测量的准确性和可靠性，能够长期使用，并且可以进行随时标定，不受风、雪、雨等自然因素或振动因素干扰。

2.本发明的实施例中所提供的标定方法，能够对埋入混凝土中的振弦应变传感器进行随时标定，保证了振弦应变传感器的准确度，延长了振弦应变传感器的使用寿命。

附图说明

图1为本申请实施例的预埋混凝土自标定应变传感器的结构示意图；

图2为本申请实施例的标定组件的结构示意图；

图3为本申请实施例的液压驱动组件的结构示意图；

图4为本申请实施例的传感器组件的结构示意图；

图5为本申请实施例的标定方法的流程图。

附图标记表示为：

1、传感器组件；2、标定组件；3、液压驱动组件；4、显示装置；5、转接盒；6、混凝土；7、液压油；

11、滑动套；12、振弦应变传感器本体；13、第一锚固法兰；14、锚固滑块；

121、钢弦；

21、液压腔体；22、活塞；23、连接杆；24、阻力弹簧；

211、筒体；212、端盖；213、挡沿；214、第二锚固法兰；215、固定套筒；

31、电子微量泵；32、输油管；33、第一阀门；34、第二阀门。

具体实施方式

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例提供了一种预埋混凝土自标定应变传感器。图1为本实施例提供的一种预埋混凝土自标定应变传感器的结构示意图。图2为本实施例提供的一种标定组件的结构示意图。图3为本实施例提供的一种液压驱动组件的结构示意图。图4为本实施例提供的一种传感器组件的结构示意图。

如图1~4所示，本实施例的预埋混凝土自标定应变传感器包括：传感器组件1、标定组件2和液压驱动组件3。传感器组件1包括滑动套11、振弦应变传感器本体12、第一锚固法兰13和锚固滑块14。振弦应变传感器本体12可移动的设置于滑动套11中。振弦应变传感器本体12的一端伸出滑动套11并连接于第一锚固法兰13。锚固滑块14连接于振弦应变传感器本体12的远离第一锚固法兰13的一端。标定组件2包括液压腔体21、连接杆23和阻力弹簧24。液压腔体21包括筒体211、端盖212和挡沿213。端盖212设置于筒体211的一端。挡沿213位于筒体211的内壁上且靠近筒体211的远离端盖212的一端。液压腔体21中设有活塞22。连接杆23连接于锚固滑块14与活塞22的朝向挡沿213的端面之间。阻力弹簧24设置于连接杆23上且连接于活塞22与挡沿213之间。液压驱动组件3连通于液压腔体21。液压驱动组件3用于驱动活塞22在液压腔体21中移动，进而带动锚固滑块14移动。

在一些示例中，如图1所示，第一锚固法兰13的直径大于滑动套11的外径。如此设置，能够使振弦应变传感器本体12的端部稳定的锚固在混凝土6中。

在一些示例中，如图1和图2所示，锚固滑块14包括相互连接的头部和杆部，杆部连接于振弦应变传感器本体12的远离第一锚固法兰13的一端，连接杆连接于锚固滑块14的头部上。如此设置，便于连接杆23与锚固滑块14的连接。

在一些示例中，如图1和图2所示，阻力弹簧24的刚度大于振弦应变传感器本体12内部钢弦121刚度，且阻力弹簧施24加在活塞22上的最大压强小于液压驱动组件3的驱动力。如此设置，能够在不标定时，确保振弦应变传感器本体12自身测量精度；在标定时，能够确保液压驱动组件3能够驱动活塞22在液压腔体21中移动。

在一些示例中，如图1图2所示，液压腔体21的筒体211、端盖212和挡沿213为一体成型。如此设置，能够保证液压腔体21的结构强度。

本实施例中所提供的预埋混凝土自标定应变传感器使用时，首先在浇筑混凝土前将传感器组件1及标定组件2埋入待测点指定位置，并将液压驱动组件3留在混凝土6浇筑范围之外；浇筑完成后或服役过程中，当需要对振弦应变传感器本体12进行标定时，可通过液压驱动组件3驱动标定组件2的活塞22移动，进而带动传感器组件1的锚固滑块14移动，使振弦应变传感器本体12中的钢弦121发生形变，利用钢弦121的形变量与活塞22的移动量之间的关系曲线对振弦应变传感器本体12进行标定。本发明的预埋混凝土自标定应变传感器能够在埋入混凝土6后进行标定，提高了准确性和可靠性，能够长期使用，并且可以进行随时标定，不受风、雪、雨等自然因素或振动因素干扰。

在一些实施例中，如图2所示，液压腔体21还包括：第二锚固法兰214。第二锚固法兰214设置于筒体211的外周面上。

在一些示例中，如图2所示，第二锚固法兰214与筒体211为一体成型结构。如此设置，有利于提高第二锚固法兰214的结构强度。

在一些示例中，如图2所示，第二锚固法兰214位于筒体211的端部上，第二锚固法兰214的端面与筒体211的端面平齐。如此设置，能够增加液压腔体21端面的宽度，便于滑动套11与液压腔体21之间的连接。

本实施例在筒体211的外周面上设置第二锚固法兰214，能够使液压腔体21牢固的锚固在混凝土6中，有利于振弦应变传感器本体12端部的固定。

在一些实施例中，如图2所示，液压腔体21还包括：固定套筒215。固定套筒215设置于筒体211的远离端盖的一端。滑动套11连接于固定套筒215上。锚固滑块14位于固定套筒215中。

在一些示例中，如图2所示，固定套筒215的内径大于振弦应变传感器本体12的外径。如此设置，能够为锚固滑块14提供安装和滑动的空间。

在一些示例中，如图2所示，滑动套11呈阶梯状，包括大径段和小径段。振弦应变传感器本体12位于小径段中，大径段套设于固定套筒215的外周上并与固定套筒215之间固定连接。如此设置，在保证固定套筒215与滑动套11有效连接的前提下，有利减小占用空间，埋在混凝土6中时不会造成大量空腔，可以适合较多复杂位置的监测。

本实施例在筒体211的远离端盖212的一端设置固定套筒215，使滑动套11套设在固定套筒215上，实现了传感器组件1与标定组件2之间的连接，方便安装和使用。

在一些实施例中，如图1和图3所示，液压驱动组件3包括：电子微量泵31和输油管32。电子微量泵31中包括液压油7。电子微量泵31通过输油管32连通于液压腔体21。

在一些示例中，参阅图3，电子微量泵31的精度大于振弦应变传感器本体12的精度。如此设置，有利于提高标定结果的准确度。

在一些示例中，参阅图3，电子微量泵31的量程为10ml、20ml、30ml、50ml等。具体可根据振弦应变传感器本体12的量程设置，本实施例对此不做过多的限制。

在一些示例中，参阅图3，电子微量泵31的输注速率为0.01~0.1ml/hr。具体输注速率可依据振弦应变传感器本体12的精度设置，本实施例对此不做过多的限制。

在一些示例中，如图1所示，输油管32连接于液压腔体21的端盖212上。如此设置能够将液压油7输入活塞22与端盖212之间的密封空间中，从而驱动活塞22移动。

本实施例采用电子微量泵31驱动液压油7进入液压腔21，从而推动活塞22移动。电子微量泵31具有良好的精度和可靠性，有利于提高标定的准确度和灵敏度。

在一些实施例中，如图1所示，输油管32上包括：第一阀门33和第二阀门34。第一阀门33靠近电子微量泵31。第二阀门34靠近液压腔体21。

本实施例在输油管32上设置有第一阀门33和第二阀门34。第一阀门33靠近电子微量泵31，在不标定时，关闭第一阀门33能够防止电子微量泵31中的液压油7流出。第二阀门34靠近液压腔体21，在不标定时，关闭第二阀门34，防止液压腔体21内的液压油7流动至输油管32中，使活塞22保持静止，保证混振弦应变传感器本体12自身的测量精度。

在一些实施例中，如图1所示，预埋混凝土自标定应变传感器还包括：显示装置4。显示装置4用于显示活塞的移动量。

在一些示例中，如图1所示，显示装置4包括显示屏，连接于电子微量泵31。

本实施例通过设置显示装置4能够直观的显示活塞22的移动数据，便于与振弦应变传感器本体12的应变数据对比。

在一些实施例中，如图2所示，预埋混凝土自标定应变传感器还包括：转接盒5。转接盒5用于容纳液压驱动组件3。

在一些示例中，如图1所示，转接盒5镶嵌于混凝土结构的表面上。输油管32的一端连接于预埋在混凝土6中的液压腔体21，另一端穿过转接盒5的侧壁延伸至混凝土结构之外，并连接于电子微量泵31。

本实施的通过设置转接盒5，为液压驱动组件3提供了容纳空间。当不需要标定时，将液压驱动组件3收纳于转接盒5中，能够对液压驱动组件3起到保护的作用。当需要标定时，将液压驱动组件3从转接盒5中取出即可，方便使用。

在一些实施例中，参阅图1和图2，阻力弹簧24的刚度为k

本实施例中阻力弹簧24刚度大于10倍振弦应变传感器本体12内部钢弦121刚度，当不标定时，在阻力弹簧24的支撑作用下，振弦应变传感器本体12的锚固滑块14相对固定，不会影响振弦应变传感器本体12自身测量精度。

以上实施例中，对预埋混凝土自标定应变传感器的结构进行了介绍。上述实施例中的预埋混凝土自标定应变传感器利用液压技术，通过标定组件2的标定数据与振弦应变传感器本体12应变数据对比，可实现对埋入式混凝土中的振弦应变传感器本体进行标定，同时保证混凝土应变数据量值溯源。其结构上一体化程度及自动化程度高，可解决不同量程、长周期使用及埋入式混凝土应变标定问题，从而提高了埋入式混凝土应变传感器的准确性和可靠性。另外，上述实施例中的预埋混凝土自标定应变传感器尺寸较小，重量轻，所占空间较小，不会造成大量空腔，可以适合较多复杂位置的监测。并且测读精度较高、量程大、自动化程度高，可以进行随时标定，不受风、雪、雨等自然因素或振动因素干扰。

第二方面，本实施例还提供了一种标定方法，用于上述实施例的预埋混凝土自标定应变传感器。图5为本实施例提供的一种标定方法的流程图。

如图5所示，本实施例的标定方法包括如下步骤：

S1.利用液压驱动组件3驱动活塞22移动，进而带动锚固滑块14移动，使振弦应变传感器本体12中的钢弦121发生形变。

具体的，如图1~4所示，利用电子微量泵31将液压油7经输油管32注入液压腔体21中，驱动活塞22移动；活塞22移动带动锚固滑块14移动，进而使振弦应变传感器本体12产生应变。

S2.获取钢弦212的形变量与活塞22的移动量之间的关系，从而进行标定。

具体的，活塞22的移动量的计算公式为：

其中，

注入液压油7的体积的计算公式为：

V=υ×t（2）

其中，V为注入液压油7的体积，υ为电子微量泵31输注速率，t为输注时间。

弦应变传感器本体12的应变计算公式为：

其中，ε为应变，

根据公式（1）、（2）、（3）建立输入

本实施例中所提供的标定方法，能够对埋入混凝土中的振弦应变传感器进行随时标定，保证了振弦应变传感器的准确度，延长了振弦应变传感器的使用寿命。

在一些实施例中，参阅图5，标定分级进行。

在一些示例中，标定分级进行，在全量程范围内至少划分5~10个梯度，通过电子微量泵31加压与抽取实现进程与回程标定，标定结果能够准确的反映预埋混凝土自标定应变传感器输入与输出之间的关系曲线。

本实施例通过分级标定，能够提高准确率。

以上实施例对标定方法进行了介绍。上述实施例的标定方法利用液压技术，通过标定数据与应变数据对比，实现了埋入式混凝土的应变传感器的分级标定，同时保证混凝土应变数据量值溯源，自动化程度高，解决了不同量程、长周期使用及埋入式混凝土的应变传感器的应变标定问题，提高了埋入式混凝土应变传感器的准确性和可靠性。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。