一体式微型孔压传感器制造技术

本发明专利技术公开了一体式微型孔压传感器。该传感器中：主壳体内沿轴线方向依次设置有过滤器安装槽口、感应元件安装槽、通气管道，多孔过滤器安装在过滤器安装槽内，感应元件安装在感应元件安装槽内，感应元件尾端的传感器线缆通过通气管道伸出主壳体外与通气线缆连接；感应元件包括环形封装壳体、压阻式芯体、定位板、传感器线缆，定位板和环形封装壳体构成凹型芯体安装槽，压阻式芯体设置在定位板上；凹型芯体安装槽内填充和涂抹设置有无应力胶；感应元件安装槽和通气管道相接的地方构成用于对感应元件进行轴向定位的台阶面；感应元件通过粘结剂与感应元件安装槽固连。该微型孔压传感器可适用于土工离心试验，且故障率低、稳定性高、抗干扰性能强。

【技术实现步骤摘要】
一体式微型孔压传感器
本专利技术涉及土工试验测试传感器
，特别涉及一种一体式微型孔压传感器。
技术介绍
土工离心试验：借助于土工离心机，补偿离心模型各处土体或岩土构筑物所受应力损失，达到与原型相近或相等的应力水平。当施以超压缩动荷载时，可较准确地呈现实际原型动力特性和失效机制。孔隙水压力：一般是指饱和土体孔隙介质中充满水时所具有的水压力，是大气压力之上的一种正压力。孔隙水压力又分为静孔隙水压力与超静孔隙水压力。静孔隙水压力：由地基土中地下水的自重引起的，即静止的地下水以下的孔隙水压力都是静孔隙水压力。超静孔隙水压力：由于地震波、爆破、交通荷载等动荷载作用下，超过与静孔隙水压力的那部分孔隙水压力称为超静孔隙水压力。孔压传感器：孔压传感器是监测饱和/非饱和土体中超静孔隙水压力增长与消散的关键性量测传感器，可直接反映岩土工程物理模型、土工构筑物、施工场地地基等土体应力状态和稳定性。一体式孔压传感器：孔压传感器主壳体为一个整体部分，其传感器前端的多孔过滤器不可自由拆卸。多孔过滤器：用来分离土颗粒与孔隙流体，让孔隙流体自由的进出传感器作用于传感器感应元件，进而引起孔隙流体压力的改变。在岩土地震工程领域中，孔隙水压力的准确量测是工程试验重要研究方向，其可直接反映场地地基、岩土构筑物与土工模型试验中土体软化、液化灾变过程。由于一体式微型孔压传感器的多孔过滤器、通气线缆等特殊结构与常规压力传感器存在较大差异，致使一体式微型孔压传感器测试准确性受诸多因素共同影响。更为关键的是，不同于常规振动台与现场原位试验，土工离心试验是借助于N倍高离心加速度环境下，补偿土体所受应力损失，再施加超压缩动荷载(频率几十至几百Hz，荷载持续时间小于1s)时，土体内超静孔隙水压力伴随着振动加速度在“瞬间”完成快速增长过程，土工离心试验中往往要求一体式微型孔压传感器具有频响高、稳定性好、故障率低、抗干扰能力强等特点，以确保其试验测试结果准确性与可靠性，也进一步说明性能优良的一体式微型孔压传感器对土工试验的重要性。2010年之前，国际标准孔隙水压力传感器PDCR-81曾是国内外土工离心试验中广泛使用的一种“高精度、高频响、高稳定性”一体式微型孔压传感器，并被认为是土工离心试验中孔隙水压力量测的“标准”传感器。但是缘于PDCR-81与Druck公司其它类别传感器相比销售量偏少，自从2010年英国Druck公司宣布PDCR-81一体式微型孔压传感器停产之后，致使全球土工试验单位失去了高精度、高频响一体式孔压传感器的主要来源。至今已过去10年，随着当前各岩土工程研究单位的PDCR-81一体式孔压传感器的库存损失殆尽，对研发可替代PDCR-81型一体式孔压传感器的需求也愈加强烈。近年来，国内诸多厂家研制的一体式孔压传感器由于自身结构设计、封装和防水结构等方面存在缺陷，造成传感器存在频响性能低、量测精度低、故障率高、稳定性较差、抗干扰性能差等问题，并不适用于“高频响、高精度”的土工离心试验孔隙水压力量测需求；而国外厂家新研制的一体式传感器虽具有较高的频响性能和量测精度，但在故障率、抗干扰性能、防水性能方面仍存在较多问题。具体地，现有技术中的一体式微型空压传感器的缺点如下：(1)在感应元件封装方式方面现有技术中HC-25一体式孔压传感器内部感应元件均是安装于壳体内部圆形玻璃环上，虽可有效降低传感器两侧的应力作用，但是孔隙流体中仍掺杂有细小土颗粒等材质，传感器感应元件直接与被测孔隙流体接触，极易造成感应元件的不可逆损伤与破坏，这也是现有技术中传感器故障率高发的主因之一。KYB一体式孔压传感器则是由土压力传感器改造而成，使用粘合剂将应变感应膜封装在壳体感压面内侧，通过其变形挠曲实现对孔隙流体压力的测量，但其响应速度小于HC-25型传感器，无法适应与满足土工离心试验量测需求。(2)在多孔过滤器安装方式方面现有技术中HC-25、KYB型等一体式微型孔压传感器，其前端的多孔过滤器均是通过粘结剂直接固定，当现有技术中的一体式微型孔压传感器长期处于土工离心试验、岩土构筑物、场地地基等饱和流体监测环境中，易造成传感器的多孔过滤器脱落，进而导致传感器发生故障。(3)在传感器防水密封方式方面现有技术中HC-25、KYB型一体式微型孔压传感器尾部的防水结构，主要是用于与通气线缆连接，起到线缆的防水密封。然而，经过大量实验结果，虽然防水结构可起到一定密封效果，但是长期处于高离心加速度环境下饱和流体中发现，传感器通气电缆内部易累积大量水汽，进而影响一体式微型孔压传感器量测孔压数据结果的准确性和可靠性，更为严重可能导致水汽直接堵塞通气线缆，造成一体式孔压传感器无法正常工作。(4)传感器无空腔结构设计现有技术中HC-25、KYB一体式微型孔压传感器等传统国产传感器，并没有考虑到传感器空腔结构设计(该“空腔”是指本专利技术提供的位于多孔过滤器与感应元件之间的空腔间隙)，致使土体内部孔隙流体的微小土颗粒等杂质，由多孔过滤器进入传感器内部，可能直接造成多孔过滤器与感应元件的桥连，进而导致感应元件应力集中，造成传感器测试数据偏大，更为严重可能直接对感应元件造成不可逆的损伤。因此，迫切需要研发出一种新型结构一体式微型孔压传感器，能够适用于高频响、高精度的土工离心试验，并且故障率低、稳定性高、抗干扰性能强，这对解决相关的“卡脖子”技术问题具有重要的实用意义。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种新型结构且性能优良的一体式微型孔压传感器，能够适用于高频响、高精度的土工离心试验，并且故障率低、稳定性高、抗干扰性能强。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种一体式微型孔压传感器，所述一体式微型孔压传感器包括多孔过滤器、感应元件、主壳体和通气线缆，其中：所述主壳体内沿轴线方向依次设置有过滤器安装槽口、感应元件安装槽和通气管道，所述多孔过滤器安装在所述过滤器安装槽内，所述感应元件安装在所述感应元件安装槽内，所述感应元件尾端的传感器线缆通过所述通气管道伸出所述主壳体外，以与所述通气线缆连接；所述感应元件包括环形封装壳体、压阻式芯体、定位板和所述传感器线缆，所述定位板固连设置于所述环形封装壳体的一端以令所述环形封装壳体内构成凹型芯体安装槽，所述压阻式芯体位于所述凹型芯体安装槽内且设置在所述定位板的侧面上，所述传感器线缆与所述压阻式芯体连接且穿过所述定位板伸入所述通气管道内，所述定位板上设置有连通孔；所述凹型芯体安装槽内填充和涂抹设置有无应力胶；所述感应元件安装槽和所述通气管道相接的地方构成用于对所述感应元件进行轴向定位的台阶面；所述定位板远离所述环形封装壳体的侧面通过粘结剂与所述台阶面固连，和/或，所述环形封装壳体的外壁通过粘结剂与所述感应元件安装槽固连。可选地，在上述一体式微型孔压传感器中，所述感应元件安装槽内的通孔为第一阶梯孔，所述第一阶梯孔中：靠近所述多空过滤器的孔段为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一体式微型孔压传感器，其特征在于，所述一体式微型孔压传感器包括多孔过滤器(01)、感应元件(03)、主壳体(04)和通气线缆(06)，其中：/n所述主壳体(04)内沿轴线方向依次设置有过滤器安装槽口、感应元件安装槽(044)和通气管道(045)，所述多孔过滤器(01)安装在所述过滤器安装槽内，所述感应元件(03)安装在所述感应元件安装槽(044)内，所述感应元件(03)尾端的传感器线缆(035)通过所述通气管道(045)伸出所述主壳体(04)外，以与所述通气线缆(06)连接；/n所述感应元件(03)包括环形封装壳体(031)、压阻式芯体(032)、定位板(034)和所述传感器线缆(035)，所述定位板(034)固连设置于所述环形封装壳体(031)的一端以令所述环形封装壳体(031)内构成凹型芯体安装槽(033)，所述压阻式芯体(032)位于所述凹型芯体安装槽(033)内且设置在所述定位板(034)的侧面上，所述传感器线缆(035)与所述压阻式芯体(032)连接且穿过所述定位板(034)伸入所述通气管道(045)内，所述定位板(034)上设置有连通孔(036)；/n所述凹型芯体安装槽(033)内填充和涂抹设置有无应力胶；/n所述感应元件安装槽(044)和所述通气管道(045)相接的地方构成用于对所述感应元件(03)进行轴向定位的台阶面(0441)；/n所述定位板(034)远离所述环形封装壳体(031)的侧面通过粘结剂与所述台阶面(0441)固连，和/或，所述环形封装壳体(031)的外壁通过粘结剂与所述感应元件安装槽(044)固连。/n...

【技术特征摘要】
1.一种一体式微型孔压传感器，其特征在于，所述一体式微型孔压传感器包括多孔过滤器(01)、感应元件(03)、主壳体(04)和通气线缆(06)，其中：
所述主壳体(04)内沿轴线方向依次设置有过滤器安装槽口、感应元件安装槽(044)和通气管道(045)，所述多孔过滤器(01)安装在所述过滤器安装槽内，所述感应元件(03)安装在所述感应元件安装槽(044)内，所述感应元件(03)尾端的传感器线缆(035)通过所述通气管道(045)伸出所述主壳体(04)外，以与所述通气线缆(06)连接；
所述感应元件(03)包括环形封装壳体(031)、压阻式芯体(032)、定位板(034)和所述传感器线缆(035)，所述定位板(034)固连设置于所述环形封装壳体(031)的一端以令所述环形封装壳体(031)内构成凹型芯体安装槽(033)，所述压阻式芯体(032)位于所述凹型芯体安装槽(033)内且设置在所述定位板(034)的侧面上，所述传感器线缆(035)与所述压阻式芯体(032)连接且穿过所述定位板(034)伸入所述通气管道(045)内，所述定位板(034)上设置有连通孔(036)；
所述凹型芯体安装槽(033)内填充和涂抹设置有无应力胶；
所述感应元件安装槽(044)和所述通气管道(045)相接的地方构成用于对所述感应元件(03)进行轴向定位的台阶面(0441)；
所述定位板(034)远离所述环形封装壳体(031)的侧面通过粘结剂与所述台阶面(0441)固连，和/或，所述环形封装壳体(031)的外壁通过粘结剂与所述感应元件安装槽(044)固连。


2.根据权利要求1所述的一体式微型孔压传感器，其特征在于，所述感应元件安装槽(044)内的通孔为第一阶梯孔，所述第一阶梯孔中：
靠近所述多空过滤器(01)的孔段为与所述环形封装壳体(031)适配的第一孔段；
靠近所述通气管道(045)的孔段为与所述定位板(034)适配的第二孔段；
所述第一孔段的孔径小于所述第二孔段的孔径。


3.根据权利要求2所述的一体式微型孔压传感器，其特征在于，所述过滤器安装槽口和所述感应元件安装槽(044)之间向内凸出设置有间隔槽(043)，其中：
所述间隔槽(043)的孔径小于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永志，汤兆光，段雪锋，王体强，王浩然，王鸿艳，孙锐，
申请(专利权)人：中国地震局工程力学研究所，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23