一种多电极传感结构及其方法技术

本发明专利技术提供一种多电极传感结构及其方法，包括FRP筋、锚筒、导电胶和绝缘胶；FRP筋的两端端面设置两个电源极；将FRP分成N段断开，设置N‑1个独立电压极；在断面的独立电压极处分别安装锚筒，锚筒将相邻的断开的断面连接，在锚筒内部注入绝缘胶；电源极与电流输入系统连接，断面的独立电压极与电压输出系统连接。当FRP筋受到轴向力时，FRP筋产生轴向变形，FRP筋电阻发生变化，输出电压发生变化；通过电流和电压变化值，计算电阻变化值，换算为FRP筋截面应力，判别FRP筋的应力水平。本发明专利技术可以在保障FRP筋发挥自身承载力的同时，形成消除接触电阻的四电极电路，同时能准确地实时监测FRP筋自身的受力状态。该系统结构简单，原理清晰，实施方便。

A multi electrode sensing structure and its method

The invention provides a multi electrode sensing structure and its method, including a FRP bar, an anchor tube, a conductive adhesive and an insulating adhesive; two power poles are set at both ends of the FRP bar; the FRP is broken into the N segment and the N is set to separate the 1 independent voltage poles; the anchors are installed at the independent voltage poles of the section, and the adjacent broken sections are connected by the anchor. The insulation glue is injected into the anchor barrel, the power pole is connected with the current input system, and the independent voltage of the section is connected with the voltage output system. When the FRP bar is subjected to axial force, the FRP bar produces axial deformation, the resistance of the FRP bar changes and the output voltage changes. Through the change of current and voltage, the change value of the resistance is calculated to be converted into the section stress of the FRP bar, and the stress level of the FRP bar is judged. The invention can form the four electrode circuit to eliminate the contact resistance while guaranteeing the bearing capacity of the FRP bar, and can accurately monitor the force state of the FRP tendon in real time. The system is simple in structure, clear in principle and easy to implement.

【技术实现步骤摘要】
一种多电极传感结构及其方法
本专利技术属于传感器研究领域，具体涉及一种多电极传感结构及其方法。该结构为一种指示电阻存在及其变化的多电极传感器结构，尤其是能精确地识别纤维导电复合材料的电阻变化，从而监测材料受力情况的传感器，可广泛用于结构的监测。
技术介绍
目前，对于低导率的材料，一般使用直流两端电极法进行电阻测试，虽存在电极与导电复合材料的接触电阻，但其影响较小。但是，对于具有中、较高的电导率的导电复合材料而言，两端电极法中的电极接触电阻对其电导率测试值影响显著。为消除两端电极法接触电阻对测量结果的影响，可将监测电路设计为电压极与电流极不重合的形式，最常见的为四电极电路。在纤维增强复合材料FRP筋中碳纤维复合增强CFRP筋为公知的高导电率材料，使用两电极法测试其电阻存在较大误差，但若设计为四电极，需要存在更多的断面，以设置为电压极。对于使用连续纤维的构件，如何在不削弱承载力的前提下设置四电极，一直未得到有效解决。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题提供一种多电极传感结构及其方法。在使用纤维增强复合材料(FRP)筋，特别是CFRP筋的构件中，为了克服FRP筋出现中间断面，本专利技术提供一种可以承受较高荷载并实现自监测的多用途多电极传感结构，该传感结构不仅能精确地测出FRP筋电阻及其变化值，而且能保障FRP筋正常发挥其承载力，实现FRP筋受力与受力监测的一体化。本专利技术的技术方案是：一种多电极传感结构，包括FRP筋、锚筒、导电胶和绝缘胶；所述FRP筋的两端端面均涂满导电胶，并分别设置电极片，形成两个电源极；将FRP分成N段断开，断开处的截面均涂满导电胶，并分别设置电极片形成N-1个独立电压极；在断面的独立电压极处分别安装锚筒，锚筒将相邻的断开的断面连接，在锚筒内部注入绝缘胶；所述电源极通过导线与电流输入系统连接，断面的独立电压极通过导线与电压输出系统连接。上述方案中，所述电流输入系统包括电流表和恒流电源；所述电源极通过导线接与电流表和恒流电源连接。上述方案中，所述电压输出系统包括电压表；独立电压极通过导线与电压表连接。上述方案中，所述锚筒两端分别设有端堵。上述方案中，所述锚筒上开有通孔，独立电压极的导线通过所述通孔穿出与电压表连接。上述方案中，所述FRP筋为CFRP筋。上述方案中，所述CFRP筋分成3段断开，分别为CFRP筋A段、CFRP筋B段和CFRP筋C段；CFRP筋A段1两端的分别为A1和A2，CFRP筋B段的两端分别为B1和B2，CFRP筋C段的两端分别为C1和C2；所述CFRP筋的两端A1和C2的端面均涂满导电胶，并分别设置电极片，形成电源极，分别称第一电极和第二电极；A2、B1、B2和C1断开处的截面均涂满导电胶，并分别设置电极片，形成两个独立电压电极，A2端与B1端断面的独立电压电极为第三电极，B2与C1断面的独立电压电极为第四电极；所述第三电极处设置第一锚筒，连接A2端与B1端；在第四电极处设置第二锚筒，连接B2端与C1端；第一锚筒和第二锚筒内部分别注入绝缘胶；第一锚筒和第二锚筒的两端分别设置端堵；所述第一电极和第二电极通过导线接与电流表和恒流电源连接。所述第三电极和第四电极通过导线与电压表连接。一种利用所述多电极传感结构的测量方法，包括以下步骤：将所述电源极通过导线与电流表和恒流电源连接，独立电压极通过导线与电压表连接；当FRP筋受到轴向力时，FRP筋产生轴向变形，FRP筋电阻发生变化，输出电压发生变化，电流表显示电流值，电压表显示电压值；通过电流和电压变化值，计算电阻变化值，换算为FRP筋截面应力，判别FRP筋的应力水平。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术取构件中的FRP筋，其两端为电流电极以施加监测电流。取该FRP筋内测若干截面，将该FRP筋分成若干段断开，记录并保持各段FRP筋的相对位置。将断开处的两个断面分别设计为独立电压极。所有电极与FRP筋截面为全截面接触。两端的第一电极和第二电极接电流输入系统。其他断面的独立电压电极接电压输出系统。为保障FRP筋断面的承载力，在断面的独立电极处分别设置锚筒，连接断开的相邻的断面；在锚筒内部注入绝缘胶，以保证锚筒与FRP筋、各独立电极均绝缘。锚筒与FRP筋的粘结段要有一定长度，保证FRP筋受力时电压极不破坏。2.本专利技术所述方法为使用时电源极接恒流电源输入系统，电压极接电压输出系统；FRP筋受到轴向力时，FRP筋产生轴向变形，FRP筋电阻发生变化，输出电压发生变化，分析系统据输入电流、电压变化值，计算电阻变化值，换算为FRP筋截面应力，判别FRP筋的应力状态，输出相应结果，以达到实时监测FRP筋、对构件、结构实现健康监测的目的。3.本专利技术可以在保障FRP筋发挥自身承载力的同时，形成消除接触电阻的四电极电路，同时能准确地实时监测FRP筋自身的受力状态。该系统结构简单，原理清晰，实施方便。附图说明图1是本专利技术的电路原理图。图2是CFRP筋四电极传感结构示意图。图3是电极详图。图4为图2中I处的四电极传感结构的纵剖面截面图。图5是端堵结构图，其中图5a为平面图，图5b为侧视图。图中：1.CFRP筋A段，2.CFRP筋B段，3.CFRP筋C段，4.第一电极，5.第二电极，6.第三电极，7.第四电极，8.恒流源，9.电流表，10.电压表，11.第一锚筒，12.第二锚筒，13.孔a，14.孔b，15.导线，16.导电胶，17.电极片，18.绝缘胶，19.端堵。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。一种多电极传感结构，包括纤维增强复合材料(FRP)筋、锚筒、导电胶16、绝缘胶18；所述纤维增强复合材料(FRP)筋的两端端面均涂满导电胶16，并分别设置电极片17，形成两个电源极；将纤维增强复合材料FRP分成N段断开，断开处的截面均涂满导电胶16，并分别设置电极片17，形成N-1个独立电压极；在断面的独立电压极处分别安装锚筒，锚筒将相邻的断开的断面连接，在锚筒内部注入绝缘胶18；所述电源极通过导线接与电流输入系统连接，断面的独立电压极通过导线与电压输出系统连接。所述电流输入系统包括电流表9和恒流电源8；所述电源极通过导线接与电流表9和恒流电源8连接，恒流电源8输出电流可控。所述电压输出系统包括电压表10；独立电压极通过导线与电压表10连接。所述锚筒两端分别设有端堵19。所述锚筒上开有通孔，独立电压极的导线通过所述通孔穿出与电压表10连接。一种利用所述多电极传感结构的测量方法，包括以下步骤：将所述电源极通过导线与电流表9和恒流电源8连接，电压极通过导线与电压表10连接；当纤维增强复合材料FRP筋受到轴向力时，纤维增强复合材料FRP筋产生轴向变形，纤维增强复合材料FRP筋电阻发生变化，输出电压发生变化，电流表9显示电流值，电压表10显示电压值；通过电流和电压变化值，计算电阻变化值，换算为纤维增强复合材料FRP筋截面应力，判别纤维增强复合材料FRP筋的应力状态。本实施例中所述纤维增强复合材料(FRP)筋优选为碳纤维复合增强(CFRP)筋。如图1和2所示，所述碳纤维复合增强(CFRP)筋分成3段断开，分别为CFRP筋A段1、CFRP筋B段2和CFRP筋C段3；CFRP筋A段1两端的分别为A1和A2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多电极传感结构，其特征在于，包括FRP筋、锚筒、导电胶(16)和绝缘胶(18)；所述FRP筋的两端端面均涂满导电胶(16)，并分别设置电极片(17)，形成两个电源极；将FRP分成N段断开，断开处的截面均涂满导电胶(16)，并分别设置电极片(17)，形成N‑1个独立电压极；在断面的独立电压极处分别安装锚筒，锚筒将相邻的断开的断面连接，在锚筒内部注入绝缘胶(18)；所述电源极通过导线与电流输入系统连接，断面的独立电压极通过导线与电压输出系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种多电极传感结构，其特征在于，包括FRP筋、锚筒、导电胶(16)和绝缘胶(18)；所述FRP筋的两端端面均涂满导电胶(16)，并分别设置电极片(17)，形成两个电源极；将FRP分成N段断开，断开处的截面均涂满导电胶(16)，并分别设置电极片(17)，形成N-1个独立电压极；在断面的独立电压极处分别安装锚筒，锚筒将相邻的断开的断面连接，在锚筒内部注入绝缘胶(18)；所述电源极通过导线与电流输入系统连接，断面的独立电压极通过导线与电压输出系统连接。2.根据权利要求1所述的多电极传感结构，其特征在于，所述电流输入系统包括电流表(9)和恒流电源(8)；所述电源极通过导线接与电流表(9)和恒流电源(8)连接。3.根据权利要求1所述的多电极传感结构，其特征在于，所述电压输出系统包括电压表(10)；独立电压极通过导线与电压表(10)连接。4.根据权利要求1所述的多电极传感结构，其特征在于，所述锚筒两端分别设有端堵(19)。5.根据权利要求1所述的多电极传感结构，其特征在于，所述锚筒上开有通孔，独立电压极的导线通过所述通孔穿出与电压表(10)连接。6.根据权利要求1所述的多电极传感结构，其特征在于，所述FRP筋为CFRP筋。7.根据权利要求6所述的多电极传感结构，其特征在于，所述CFRP筋分成3段断开，分别为CFRP筋A段(1)、CFRP筋B段(2)和CFRP筋C段(3)；CFRP筋A段(1)两端的分别为A1和A...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘荣桂，李十泉，谢桂华，吴文鑫，刘聃，平舒，席宜超，翁煜，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32