[发明专利]静电式自供能应变栅格传感器

说明书

本发明提供一种静电式自供能应变栅格传感器，用于测量待测构件的应变，装置结构包括滑槽和滑片，所述滑槽固定于固定端，且滑槽内侧底部布置有传感阵列；所述滑片固定连接待测构件，滑片下端部与滑槽内侧底部相接触。当滑片划过传感阵列时，将会输出一个对应的电信号，通过该信号所示的传感阵列中的传感单元的编号和输出电流大小，可得到滑片划过的分段个数和在单个传感阵列上的传感单元上划过的距离，进而来求得结构应变。相比其他应变测量装置来说，分段位移计具有结构简单、应用范围广、测量精度高、无需额外提供电源等优点，并且创造性地解决了按电信号标定应变的结果不稳定的问题。

技术领域

本发明涉及用于一种静电式自供能应变栅格传感器装置。

背景技术

结构的应变测试是工程人员进行结构优化设计，了解结构受力状态以及保证结构安全的一个很重要的环节。在现今的土木工程行业中，应变测量仪器广泛地应用于桥梁、铁路、大坝以及各种建筑设施的应变测量。目前常用的应变测量仪器主要有千分表应变计、电阻应变计、振弦式传感器，等等。其中，如采用千分表应变计，由于标注长度以及安装的限制，在实际应用中受限较大；如采用电阻应变计，具有非线性，输出信号微弱，抗干扰能力较差，受环境影响较大，且其只能测构件表面一个点沿某个方向的应变而不能进行全域性测量；如采用振弦式传感器，则对传感器材料及加工工艺要求较高，且测量精度较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种静电式自供能应变栅格传感器，能够用于应变的测量，并且无需额外提供能源，能够将待测构件变形能转化为电能并以电信号的形式输出，同时还具备精度高、应用范围广、易加工、成本低廉和操作简便的特点。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种静电式自供能应变栅格传感器，用于测量待测构件的应变，其特征包括一U形的滑槽，滑槽上端开口，并插有一滑片；滑片与滑槽底面平行，长度相等；所述滑片底面固定一垂直于所述滑片的滑板；滑板与所述滑片的滑动方向垂直；所述滑槽的顶面一端通过连接构件固定于待测构件，滑槽底面布置有由多个平行于所述滑板的条状传感单元组成的传感阵列；所述滑片从滑槽的另一端插入，末端固定于待测构件；所述滑板下端也具有条状传感单元；所述传感阵列中的传感单元以及滑板下端的传感单元均依次布置有金属电极层和介电材料层组成，且所述传感阵列中的传感单元以及滑板下端的传感单元的介电材料层相互接触，且两者极性相反。滑板下端的金属电极层与电流表相连后，与多个并联的指示灯相连接，且每个指示灯都分别连接传感阵列中的一个传感单元的金属电极层。

进一步地，所述连接构件都通过胶黏剂固定于待测构件。

进一步地，所述指示灯和电流表均集成在所述滑槽的背面。

进一步地，所述的滑槽、滑片与滑板均由绝缘材料制成。

进一步地，传感阵列中的各个传感单元宽度相同，且相邻两个传感单元之间的间距与传感单元的宽度相同。滑板的厚度与所述传感单元的宽度相同。

进一步地，t时刻的应变值通过以下公式计算得到：ε(t)＝Δx(t)/l₁；

其中，Δx(t)表示t时刻的位移量，l₁为滑槽(1)的长度。

Δx(t)＝Δx₁(t)+Δx₂(t)；Δx₁(t)表示粗位移，通过指示灯的位置来确定；Δx₂(t)表示精细位移，根据电流值来确定。

Δx₁(t)＝(|k|-1)×l₀，其中k表示亮的指示灯的序号，l₀为传感单元宽度；

Δx₂(t)＝f(IR_k)，R_k表示第k个指示灯的电阻，I表示电流表示数，f()为两个相互接触的传感单元之间的位移与输出电压的函数关系式。