專利名稱：一種監(jiān)測混凝土動(dòng)力損傷過程的埋入式高精度雙軸傾角儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)動(dòng)力損傷過程的埋入式高精度雙軸傾角儀， 尤其是可以監(jiān)測混凝土內(nèi)部關(guān)鍵部位的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)過程的傾角傳感器。
背景技術(shù)：
混凝土結(jié)構(gòu)是量大面廣的土木工程結(jié)構(gòu)，在役期間可能遭受地震、臺(tái)風(fēng)、碰撞等動(dòng)力災(zāi)變作用，造成結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位如梁柱節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，利用轉(zhuǎn)角的信息可推算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形，用以評(píng)估結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)。為了得到混凝土結(jié)構(gòu)動(dòng)力損傷過程中的關(guān)鍵部位的轉(zhuǎn)角信息，最直接有效的方法就是在結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位埋入傾角傳感器。目前，市場上傾角儀種類很多，但是針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的損傷監(jiān)測存在一些不足，如傳統(tǒng)的水泡式傾角儀，肉眼觀察、人為因素大、測量誤差大；普通的單擺式傾角儀，必須等擺處于穩(wěn)定位置時(shí)才能得出正確結(jié)果，多用于靜態(tài)測量；現(xiàn)有的應(yīng)變式、電容式、電感式傾角儀產(chǎn)品為量程范圍固定，這樣會(huì)造成由于量程不匹配而帶來的傳感器精度降低的問題；現(xiàn)有的傾角儀產(chǎn)品的輸出信號(hào)為電壓信號(hào)或頻率信號(hào)，缺少信號(hào)放大及A/D轉(zhuǎn)換過程，不能直接接入計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測分析，給監(jiān)測過程帶來不便。本發(fā)明——一種監(jiān)測混凝土動(dòng)力損傷過程的埋入式高精度雙軸傾角儀，由傾角傳感器系統(tǒng)(包括SCA100T傳感芯片、集成電路板、金屬保護(hù)殼、金屬頂蓋、環(huán)氧樹脂、密封膠及導(dǎo)線)、數(shù)據(jù)采集器(包括信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)、AD轉(zhuǎn)換器、通信系統(tǒng))組成。本發(fā)明的測量原理是基于重力加速度的變化，測量出角度的變化，分辨率可達(dá)0.005° (士 10°測量范圍)。 通過不同的地址編碼，可方便、快捷地組成多點(diǎn)傳感器網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)動(dòng)力損傷過程中構(gòu)件截面轉(zhuǎn)角較小的特點(diǎn)，為克服現(xiàn)有的傾角儀在測量精度、動(dòng)態(tài)測量穩(wěn)定性、輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換等問題，本發(fā)明提供了一種監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)動(dòng)力損傷過程的埋入式高精度雙軸傾角儀，該發(fā)明有效地解決了上述問題，量程根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)過程可在士1 士90°范圍內(nèi)選擇，通過合理確定量程可提高測量精度，且制作簡單，性能穩(wěn)定，易于在土木工程領(lǐng)域大量推廣使用。本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種監(jiān)測混凝土動(dòng)力損傷過程的埋入式高精度雙軸傾角儀結(jié)構(gòu)，包括傾角傳感器(包括SCA100T傳感芯片、集成電路板、金屬保護(hù)殼、金屬頂蓋、環(huán)氧樹脂、密封膠及導(dǎo)線)、采集器(包括信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)、AD轉(zhuǎn)換器、通信系統(tǒng))。利用導(dǎo)線將傾角傳感器與采集器相連，每個(gè)采集器可以同時(shí)接入多個(gè)傾角儀，各個(gè)采集器與信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)(8)通過 RS232(RS485/422，USB)接口相連，再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器(9)后即得到數(shù)字信號(hào)，利用通信系統(tǒng) (10)將此信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)，即可實(shí)時(shí)監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)傾角。上述傾角傳感器的具體做法為將傾角傳感芯片SCA100T與集成電路板焊接為一體，并在電路板上刷一層防潮膠，利用環(huán)氧樹脂將電路板與金屬保護(hù)外殼粘為一體，風(fēng)干M小時(shí)后，用密封膠填灌于金屬保護(hù)殼內(nèi)的其余空間，最后利用激光將金屬頂蓋與金屬保護(hù)殼焊為一體，即形成傾角傳感器。本發(fā)明的有益效果1.本發(fā)明將信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)分離出傾角傳感器之外，一方面可以減少傳感器的體積從而減小對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響，另一方面可以靈活的根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整量程，提高測量的精度。2.本發(fā)明將采集器(包括信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)、AD轉(zhuǎn)換器、通信系統(tǒng))與傾角傳感器作為一套系統(tǒng)開發(fā)出來，輸出信號(hào)為計(jì)算機(jī)直接可讀取的數(shù)字信號(hào)，為后期信號(hào)處理提供了方便。3.本發(fā)明較同類產(chǎn)品動(dòng)態(tài)響應(yīng)良好，測量范圍可達(dá)到048Hz，且構(gòu)造簡單、性能穩(wěn)定，適用于土木工程中的廣泛應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明的埋入式高精度雙軸傾角儀的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的埋入式高精度雙軸傾角儀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1SCA100T芯片；2金屬保護(hù)外殼；3集成電路板；4環(huán)氧樹脂；5密封膠；6金屬頂蓋；7導(dǎo)線；8信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)；9AD轉(zhuǎn)換器；10通信系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施過程。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，其結(jié)構(gòu)包括SCA100T芯片1、金屬保護(hù)殼2、集成電路板3、環(huán)氧樹脂4、密封膠5、金屬頂蓋6、導(dǎo)線7、信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)8、AD轉(zhuǎn)換器9、通信系統(tǒng) 10組成。將傾角傳感芯片SCA100T與集成電路板焊接為一體，利用環(huán)氧樹脂將電路板與金屬保護(hù)外殼粘為一體，用密封膠填灌于金屬保護(hù)殼內(nèi)的其余空間，最后利用激光將金屬頂蓋與金屬保護(hù)殼焊為一體。當(dāng)傳感器埋入到混凝土結(jié)構(gòu)中時(shí)，金屬保護(hù)殼可以有效屏蔽外界干擾；密封膠可以防止內(nèi)部結(jié)構(gòu)腐蝕，保證傳感器正常工作；另外金屬保護(hù)殼外部可以粘一些粗砂，這樣使得金屬保護(hù)殼可與混凝土界面保證良好的相容性，減少由于界面分離造成的信號(hào)干擾。將傳感器埋入混凝土結(jié)構(gòu)中，使傾角傳感器的底面與混凝土截面平行，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到外部動(dòng)力荷載作用時(shí)，傳感器會(huì)產(chǎn)生一定的傾斜角度，根據(jù)重力加速度的變化，傾角傳感器會(huì)產(chǎn)生與傾角成正比的電壓信號(hào)，將此電壓信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)進(jìn)行處理后，再通過 AD轉(zhuǎn)換，即為計(jì)算機(jī)可以直接讀取的數(shù)字信號(hào)，此方法為數(shù)據(jù)處理提供了很大便利；而且由于信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)置于傳感器外部，則可以調(diào)整信號(hào)調(diào)理的量程，以提高傳感器的精度，從而實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的更加精確的動(dòng)態(tài)傾角測量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力損傷過程的傾角監(jiān)測。為混凝土結(jié)構(gòu)動(dòng)力損傷機(jī)制研究提供了新的方法。
權(quán)利要求
1. 一種監(jiān)測混凝土動(dòng)力損傷過程的埋入式高精度雙軸傾角儀，包括傾角傳感器和采集器二部分，其特征在于該傾角傳感器包括SCA100T芯片(1)、金屬保護(hù)殼O)、集成電路板 (3)、環(huán)氧樹脂G)、密封膠(5)、金屬頂蓋(6)和導(dǎo)線(7)采集器包括信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)(8)、AD 轉(zhuǎn)換器(9)和通信系統(tǒng)(10)；導(dǎo)線將傾角傳感器與采集器相連，每個(gè)采集器同時(shí)接入多個(gè)傾角儀，各個(gè)采集器與信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)(8)通過RS232(RS485/422，USB)接口相連，再經(jīng)過AD 轉(zhuǎn)換器(9)后即得到數(shù)字信號(hào)，利用通信系統(tǒng)(10)將此信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)，即可實(shí)時(shí)監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)傾角；上述傾角傳感器的具體做法為將傾角傳感芯片SCA100T與集成電路板焊接為一體， 并在電路板上刷一層防潮膠，利用環(huán)氧樹脂將電路板與金屬保護(hù)外殼粘為一體，風(fēng)干M小時(shí)后，用密封膠填灌于金屬保護(hù)殼內(nèi)的其余空間，最后利用激光將金屬頂蓋與金屬保護(hù)殼焊為一體，即形成傾角傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種監(jiān)測混凝土動(dòng)力損傷過程的埋入式高精度雙軸傾角儀，其組成包括SCA100T芯片、金屬保護(hù)殼、集成電路板、環(huán)氧樹脂、密封膠、金屬頂蓋、導(dǎo)線、信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)、AD轉(zhuǎn)換器及通信系統(tǒng)；傾角傳感芯片SCA100T與集成電路板焊接為一體，利用環(huán)氧樹脂將其固定于金屬保護(hù)外殼上，用密封膠填灌于金屬保護(hù)殼內(nèi)的其余空間，利用激光將金屬頂蓋與金屬保護(hù)殼焊為一體。根據(jù)重力加速度的變化，傾角傳感器會(huì)產(chǎn)生與傾角成正比的電壓信號(hào)，將此電壓信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)進(jìn)行處理后，再通過AD轉(zhuǎn)換，即為計(jì)算機(jī)可以直接讀取的數(shù)字信號(hào)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可調(diào)量程以提高測量精度、輸出信號(hào)直接為計(jì)算機(jī)可讀的數(shù)字信號(hào)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)良好、構(gòu)造簡單。
文檔編號(hào)G01B7/30GK102435132SQ20111025771
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者侯爽, 張海濱, 歐進(jìn)萍, 肖文舉 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)