柔性应力传感垫片、基于垫片的应力监测系统和方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115950559A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202211551722.7(22)申请日2022.12.05(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市碑林区咸宁西路28号(72)发明人蒋维涛刘红忠鲁韩杰赵飞楠尹磊史永胜陈邦道(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200专利代理师范巍(51)Int.Cl.G01L1/14(2006.01)G01L5/00(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称柔性应力传感垫片、基于垫片的应力监测系统和方法(57)摘要本发明公开了柔性应力传感垫片、基于垫片的应力监测系统和方法，所述柔性应力传感垫片，其特征在于，包括电连接的柔性应力传感垫片和数据和信号处理模块，所述柔性应力传感垫片包括依次连接的第一绝缘封装层、第一电极层、介电层、第二电极层和第二绝缘封装层；基于应力监测无线智能垫片系统，包括柔性应力传感垫片和数据和信号处理模块，所述数据和信号处理模块用于采集柔性电容传感垫片的电容值，并将模拟信号转换为数字信号，并将数字信号输出。该应力监测系统相较于现有人力监测方式，采用结构功能与感知能力一体化的设计思想，对垫片进行功能化设计，使垫片具有监测应力变化的功能。CN115950559ACN115950559A权利要求书1/1页1.一种柔性应力传感垫片，其特征在于，包括依次连接的第一绝缘封装层(1)、第一电极层(2)、介电层(3)、第二电极层(4)和第二绝缘封装层(5)；所述第一绝缘封装层(1)、第一电极层(2)、介电层(3)、第二电极层(4)和第二绝缘封装层(5)均为环形。2.根据权利要求1所述的一种柔性应力传感垫片，其特征在于，所述第一绝缘封装层(1)、第一电极层(2)、介电层(3)、第二电极层(4)和第二绝缘封装层(5)之间通过材料自身的自粘性粘接为一体。3.根据权利要求1所述的一种柔性应力传感垫片，其特征在于，所述介电层(3)为多孔硅橡胶材料。4.根据权利要求1所述的一种柔性应力传感垫片，其特征在于，所述第一绝缘封装层(1)、第一电极层(2)、介电层(3)、第二电极层(4)和第二绝缘封装层(5)的内径和外径均相同。5.一种基于柔性应力传感垫片的应力监测系统，其特征在于，包括权利要求1所述的柔性应力传感垫片和数据和信号处理模块，所述数据和信号处理模块用于采集柔性电容传感垫片的电容值，并将模拟信号转换为数字信号，并将数字信号输出。6.根据权利要求5所述的一种基于柔性应力传感垫片的应力监测系统，其特征在于，所述数据和信号处理模块包括依次连接的导线接口(8)、模拟开关芯片(12)、电容测量芯片(9)和主芯片(10)；所述导线接口(8)输入端与模拟开关芯片(12)的输入端以及柔性应力传感垫片连接，所述模拟开关芯片(12)用于接收导线接口(8)的电信号，提供采集传感垫片的电信号的传输路径，电容测量芯片(9)用于将电信号转变成振荡频率，所述主芯片(10)用于测量电容测量芯片(9)转化的振荡频率。7.根据权利要求5所述的一种基于柔性应力传感垫片的应力监测系统，其特征在于，所述数据和信号处理模块通过无线通讯模块与上位程序连接。8.根据权利要求5所述的一种基于柔性应力传感垫片的应力监测系统，其特征在于，所述上位程序用于根据数据和信号处理模块得到的数据进行可视化显示。9.一种应力监测方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1所述的柔性应力传感垫片安装于螺栓处，外界振动作用于柔性应力传感垫片上，引起介电层(3)的形变；介电层(3)形变进而导致其电容产生变化；数据和信号处理模块(7)采集介电层(3)的电容，将其电容值转换为应力值。10.根据权利要求9所述的一种应力监测方法，其特征在于，将根据下式计算应力值：σ＝0.4439In(C1)+0.041式中：σ是应力值；C1是电容值。2CN115950559A说明书1/6页柔性应力传感垫片、基于垫片的应力监测系统和方法技术领域[0001]本发明属于传感技术领域，具体涉及柔性应力传感垫片、基于垫片的应力监测系统和方法。背景技术[0002]很多大型基础建设项目，比如跨江海大桥、长距离输水管道和长距离输电线路等，这些项目大多都关系到民众的生活，所以要求这些项目可靠性高、服役寿命长、便于后期维护。为了使这些基础建设工程的部件在服役期间能够平稳运行，不仅在前期设计上要保证其可靠性，后期维护保障也是必不可少的一个环节。在工程领域，由于应力的存在，会导致部件原本的结构会发生形变，从而会引起部件的故障，甚至引起一系列的事故。所以对关键部件服役过程中的应力进行监测，是保障部件服役能力、避免重大事故的关键问题。这些项目中的部件都趋向于大型化、一体化，其中部分关