[实用新型]一种三维矢量压应力传感器

说明书

本实用新型属于应力测试领域，涉及一种三维矢量压应力传感器，包括球形基座，以及设置在球形基座上的若干个压力模块、以及多芯线缆；所述多芯线缆内设有与所述压力模块的数量相匹配的导线，每个所述压力模块与一根所述导线相连。本实用新型将压力模块整合在球形基座上，缩减了传感器尺寸；通过凹槽的形式，通过机械结构对压力模块进行安装，提高了连接强度，提高了固有频率，使其适用于测量爆炸冲击作用下土体内高频压应力的动态测量；通过球形基座和均匀分布的压力模块尽量避免应力集中的现象，提高测量精度；通过将所有导线整合在同一根线缆中降低了导线在基座内的布设难度。

技术领域

本实用新型属于应力测试领域，涉及一种三维矢量压应力传感器。

背景技术

在岩土工程中，受复杂的外部荷载和实际工程环境的影响，土的应力状态极为复杂。然而，作为一种多孔多相介质，土的力学特性受应力大小、应力方向、应力路径、应力历史等因素影响显著。为了对土的应力状态进行刻画，通常将一点的应力表述为一个矢量。在三维空间中，矢量包含六个自由度，因此需要六个独立的变量对一点的应力状态进行刻画。在主应力空间中，这六个自由度体现为主应力的三个大小量和主应力坐标系的三个方向量。因此，只有同时精确地获取土中一点的应力大小和方向，才能对应力状态进行刻画，进而科学地开展岩土工程安全稳定评价和施工维护分析。

压应力测试通常采用压阻式传感器。一般民用工程中，主要测定长期静荷载、施工荷载、交通荷载等低频荷载。而在特种工程中，主要面向于爆炸与冲击荷载、地震荷载的高频荷载。后者对传感器的整体性、刚度、固有频率等指标有较高的要求。

现有三维应力测量装置普遍为异形，带有棱角，对爆炸冲击波有较大的干扰；由动土压力盒粘结在基座上拼成，强度较低，易散落；基座固有频率较低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种三维矢量压应力传感器，解决工程中爆炸、地震等高频、高强动荷载作用下岩土三维动应力矢量测量的难题。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种三维矢量压应力传感器，包括球形基座、设置在球形基座上的若干个压力模块、以及多芯线缆；所述多芯线缆内设有与所述压力模块的数量相匹配的导线，每个所述压力模块与一根所述导线相连。

可选的，所述压力模块包括相配合的压力敏感面以及硅压阻模块，所述压力敏感面朝向所述球形基座外侧。

可选的，所述球形基座上设有用于装配压力模块的凹槽，所述压力模块设置在凹槽内，所述凹槽的数量大于等于所述压力模块的数量。

可选的，所述凹槽内开设有用于导线穿过的线孔。

可选的，所述多芯线缆包括线缆屏蔽层以及包裹在线缆屏蔽层外侧的线缆绝缘层。

可选的，所述导线包括芯线、包裹在芯线外侧的导线屏蔽层、以及包裹在导线屏蔽层外侧的导线绝缘层。

可选的，所述压力模块的设置点有9个，包括3组，第一组包括4个设置点，均布在所述球形基座的一个轴对称面上，第二组包括1个设置点，位于与该轴对称面的垂直距离最远的端点；球形基座中心与第二组内的设置点的连线为Z轴，在轴对称面上选定X轴及Y轴，形成笛卡尔坐标系；第三组包括其余4个设置点，其法线位置为笛卡尔坐标系的等倾线。

可选的，第三组设置点位于第一组及第二组之间。

可选的，所述压力模块至少设有6个。

可选的，所述多芯线缆的布置方向与Z轴方向相反。

可选的，所述球形基座上开设有便于连接多芯线缆的光纤孔。

本实用新型的有益效果在于：