一种埋入式传感器

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种埋入式传感器。

背景技术：

现有技术中大型建筑结构的应变监测是结构健康检测的主要内容，通过监测结构的应变对结构使用的安全性进行评估，能够大大降低结构破坏所造成的损失。目前应用最为广泛的传感器是电阻应变片，但是其受温度影响较大、耐久性较差，不能够满足建筑结构长期监测的需要。其次是光纤传感器，较普通电阻应变片的应用范围更加广泛，但当结构受力发生较大变形时，光纤容易发生折断影响信号的探测从而使其与结构的变形匹配性较低，不能满足监测的需要，且光纤传感器的成本较高。建筑结构在使用过程中会产生我们肉眼无法观察到的微小的变形，当结构的变形超过其所能承受的最大变形时就会发生破坏，造成严重的危害。因此，对于建筑结构的应变监测以及其内部微小裂缝发展的监测就显得尤为重要。

专利文件cn102095362a公开了栅型碳纤维应变传感器，其中树脂基栅型碳纤维束由一束连续碳纤维以栅型几何形式成型于树脂基体中构成，树脂基栅型碳纤维束的两端表面涂有导电胶，导电胶上面粘有电极，树脂基栅型碳纤维束、树脂、导电胶和电极均被固定在垫板上形成一体，在上述的结构外表涂有防护层，形成一个完整的栅型碳纤维应变传感器。该栅型碳纤维应变传感器受力产生碳纤维变形而导致电阻产生变化，通过设置在碳纤维上的电极，采集这种电阻的变化，从而实现变形传感的功能。但是栅型碳纤维的变形较大，其对应的待测物的变形也会相对较大，所以待测物细微的形变并不能保证栅型碳纤维产生足够引起电阻改变的形变。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种埋入式传感器，以解决现有技术中存在的问题，在待测物受力产生微小裂缝时，可通过传感器自身的电阻变化对其破坏程度做出判断，从而实现监测待测物微小裂缝发展的目的，以实现对待测物的健康检测。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：提供一种埋入式传感器，包括埋入待测物中的传感器基体、成对插接在所述传感器基体中的电极，所述传感器基体为导电的胶凝体，所述胶凝体沿任意方向上的切面中均密布有导电纤维丝，每对所述电极间隔设置并接入电阻检测器。

优选的，所述导电纤维丝的掺入量为所述胶凝体整体体积的0.2％-0.3％。

优选的，所述导电纤维丝为短切碳纤维。

优选的，所述导电纤维丝的长度为5-8mm，其直径为6μm-8μm。

优选的，所述电极呈与所述胶凝体一体成型的网状结构。

优选的，所述网状结构的边缘伸出所述胶凝体的表面。

优选的，所述电极与所述电阻检测器之间连接有耐压导线，所述耐压导线与所述待测物之间设有绝缘层。

优选的，所述胶凝体为立方体状结构，每对所述电极平行设置在所述立方体结构的两对面之间。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

第一、传感器基体为导电的胶凝体，胶凝体沿任意方向上的切面中均密布有导电纤维丝，即整个胶凝体中密布有导电纤维丝，每对电极间隔设置并接入电阻检测器，在受到待测物的荷载作用时，胶凝体内部容易随载荷作用产生微小变形，胶凝体中的导电纤维丝的相对位置发生变化，导电纤维丝之间形成相互搭接后胶凝体内部的导电通路更加完善，使得整体电阻减小；当外荷载增大或胶凝体在力长时间的作用下其微小变形不断发展，胶凝体内部导电通路将会被破坏，使得其内部电阻不断变大，通过观察胶凝体的电阻变化就可以反映出待测物整体的受力状况，实现对结构健康检测的目的。

第二、导电纤维丝的掺入量为胶凝体整体体积的0.2％-0.3％，一方面，避免导电纤维丝的掺入量过多，使得导电纤维丝搭接过多，那么在对胶凝体产生变形时，不会产生明显的电阻变化，进而不能做出待测物的变化，另一方面，避免导电纤维丝的掺入量过少，使得导电纤维丝不能在待测物产生微小变形时，能够有效的搭接在一起，也不会产生明显的电阻变化。

第三、导电纤维丝为短切碳纤维，首先利用碳纤维良好的导电性能，保证了碳纤维搭接在一起后，能够产生明显的电阻变化，进一步的，呈短切结构，避免由于碳纤维丝过长导致相邻两根碳纤维丝搭接后的电阻变化阶段跨度过大，所以短切结构能够获得两根至若干根搭接后的电阻变化，进而分类对应待测物不同的变化，从而判断待测物内部裂缝开展状况。

第四、电极呈与胶凝体一体成型的网状结构，网状结构柔韧性较强，避免了现有技术中由于采用耐久性差的电阻应变片，不能够满足建筑结构长期监测需要的问题，且避免了由于采用光纤，容易发生折断影响信号的探测的现象，保证电信号的稳定传输。

第五、网状结构的边缘伸出胶凝体的表面，以方便与导线相连通。

第六、电极与电阻检测器之间连接有耐压导线，利用耐压导线，使得待测物发生变形时，能避免待测物将导线挤压断，影响电阻的采集，而且耐压导线与待测物之间设有绝缘层，有效的避免了待测物其他位置处对电阻的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型使用示意图；

其中，1-胶凝体、2-电极、3-导电纤维丝、4-电阻检测器、5-导线、6-建筑结构。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型用于克服上述已有技术之缺陷，提供一种埋入式传感器，以解决现有技术中存在的问题，在待测物受力产生微小裂缝时，可通过传感器自身的电阻变化对其破坏程度做出判断，从而实现监测待测物微小裂缝发展的目的，以实现对待测物的健康检测。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-2所示，提供一种埋入式传感器，包括埋入待测物中的传感器基体、成对插接在传感器基体中的电极2，其中，待测物为建筑结构6等，例如混凝土建筑结构6或者其他砂浆成型类建筑结构6等，传感器基体为导电的胶凝体1，胶凝体1采用与建筑结构6同等材料，或者相容性材料形制作而成，例如当建筑结构6采用混凝土成型时，胶凝体1采用碱性激发剂激发粉煤灰矿渣复合砂浆、或碱性激发剂激发水泥等制作，使得胶凝体1自身不仅具有较普通水泥材料更好导电性能，并且在埋入到建筑结构6时与混凝土材料之前的相容性高不存在界面问题，胶凝体1与混凝土之间具有良好的粘结同时由于其使用期间是在建筑结构6内部工作，因此其耐久性能能够得到有效的提高，实现对建筑结构6全寿命周期的健康检测，与建筑结构6之间的紧密粘结也保证了传感器能够有效准确的测得结构的受力状况。

进一步的，胶凝体1沿任意方向上的切面中均密布有导电纤维丝3，即整个胶凝体1为保证导电纤维丝3与胶凝体1的紧密结合，优选胶凝体1与导电纤维丝3一体成型，每对电极2间隔设置并接入电阻检测器4，电阻检测器4采用多功能万用表等电阻检测工具，在受到待测物的荷载作用时，胶凝体1内部容易随载荷作用产生微小变形，胶凝体1中的导电纤维丝3的相对位置发生变化，导电纤维丝3之间形成相互搭接后胶凝体1内部的导电通路更加完善，使得整体电阻减小；当外荷载增大或胶凝体1在力长时间的作用下其微小变形不断发展，胶凝体1内部导电通路将会被破坏，使得其内部电阻不断变大，通过观察胶凝体1的电阻变化就可以反映出待测物整体的受力状况，实现对待测物结构健康检测的目的。进而，在建筑结构6受力产生裂缝时可通过检测胶凝体1的电阻变化，对建筑结构6的破坏程度做出判断，实现监测建筑结构6裂缝发展的目的，整个装置是通过电阻检测器4监测建筑结构6内部电阻变化，优选与建筑结构6的受力形变之间形成关联，从而判断建筑结构6内部裂缝开展状况。优选的传感器埋入到建筑结构6当中，能够对结构受力以及裂缝发展做到实时动态的监控，可以很好的满足结构健康检测的需求。

作为本实用新型优选的实施方式，导电纤维丝3的掺入量为胶凝体1整体体积的0.2％-0.3％，一方面，避免导电纤维丝3的掺入量过多，使得导电纤维丝3搭接过多，那么在对胶凝体1产生变形时，不会产生明显的电阻变化，进而不能做出待测物的变化，另一方面，避免导电纤维丝3的掺入量过少，使得导电纤维丝3不能在待测物产生微小变形时，能够有效的搭接在一起，也不会产生明显的电阻变化。

作为本实用新型优选的实施方式，导电纤维丝3为短切碳纤维，首先利用碳纤维良好的导电性能，保证了碳纤维搭接在一起后，能够产生明显的电阻变化，进一步的，呈短切结构，避免碳纤维丝过长，那么相邻两根碳纤维丝搭接后的电阻变化阶段跨度过大，所以短切结构能够获得两根至若干根搭接后的电阻变化，进而分类对应待测物不同的变化，从而判断待测物内部裂缝开展状况。优选短切碳纤维采用pan基短切碳纤维，以进一步提高其导电性能，

进一步的，导电纤维丝3的长度为5-8mm，其直径为6μm-8μm，使得导电纤维丝3限制在相应的长度和粗细程度，进而结合导电纤维丝3的体积占比，使得建筑结构6发生微小裂纹时，也能够利用导电纤维丝3和胶凝体1产生相应的电阻，使得整个埋入式传感器具备较好的压敏性能。

而且，电极2呈与胶凝体1一体成型的网状结构，网状结构柔韧性较强，避免了现有技术中采用电阻应变片，其耐久性较差，不能够满足建筑结构6长期监测的需要，且避免了采用光纤，容易发生折断影响信号的探测，网状结构采用具有良好导电性的金属材料制作而成，例如钛网等，有效保证了电信号的稳定传输。

其中，网状结构的边缘伸出胶凝体的表面，以方便与导线相连通，网状结构所在的平面结构不小于胶凝体1的截面，使得胶凝体1上各处的微小变形，均能够与网状结构相对应，避免网状结构过小，使得网状结构未对应的位置处发生变形后，不能在网状结构之间产生有效的电阻变化，导致不能判断出待测物内部裂纹开展状况。

进一步的，电极2与电阻检测器4之间连接有耐压导线5，耐压导线5与待测物之间设有绝缘层，电极2与电阻检测器4之间连接有耐压导线5，利用耐压导线5，使得待测物发生变形时，能避免待测物将导线5挤压断，影响电阻的采集，而且耐压导线5与待测物之间设有绝缘层，有效的避免了待测物其他位置处对电阻的影响，电阻检测器4通过导线5与传感器连接，导线5一端接于电阻检测器4，另一端焊接在网状结构上。

而且胶凝体1外形应为规则立方体或长方体，具体应根据所埋入的建筑结构6类型确定，胶凝体1尺寸应根据所埋入构件尺寸进行控制，避免因传感器尺寸过大影响建筑结构6的正常使用，过小又不能够对微小裂纹进行良好的监测，为了监测不同受力类型的建筑构件应选择不同类型的胶凝体1，主要是其结构大小和形状的适配，胶凝体1在建筑结构6浇筑时埋入建筑结构6内部，应尽量保证胶凝体1的位置在建筑结构6中心水平位置，其中优选的胶凝体1为立方体状结构，利用立方体结构以保证建筑结构6对胶凝体1各面的压强保持一直，保证了在建筑结构6产生裂纹的前提下，胶凝体1产生相对均衡的变形，每对电极2平行设置在立方体结构的两对面之间，也就是说，建筑结构6的形变通过立方体结构的两对面传输至电极2上，以扩大形变范围，保证监测的有效性。对应导电纤维丝3的长度为5-8mm，其直径为6μm-8μm，本实例中胶凝体1为边长40mm的立方体，两片电极2间距控制为20mm。而且传感器成本低，可根据具体使用场景对其尺寸形状进行改造，极大的丰富了传感器的使用范围。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本实用新型的保护范围内。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。