專利名稱：一種形狀記憶合金大變形位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于土木工程結(jié)構(gòu)位移檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，適用于土木工程領(lǐng)域中的大變 形和位移監(jiān)測(cè)，特別涉及一種形狀記憶合金大變形位移傳感器。
背景技術(shù)：
隨著建筑物跨度增大、高度增加以及結(jié)構(gòu)形式日益復(fù)雜，結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)越來越 復(fù)雜，在設(shè)計(jì)中往往不能夠全面充分的考慮所有不利因素，因此在使用過程中難以完全保 證結(jié)構(gòu)的安全性。通過在結(jié)構(gòu)變形敏感部位等特定部位安裝位移傳感裝置對(duì)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu) 件的變形和位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)而及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全隱患并進(jìn)行相應(yīng)的措施是提高結(jié)構(gòu)安 全性的有效手段。目前，已開發(fā)的位移傳感器因其構(gòu)造較復(fù)雜或其基本原件本身的耐久性 較差，且造價(jià)較高等問題，并不適用于土木建筑結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期、穩(wěn)定且經(jīng)濟(jì)合理的變形和位移實(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè)。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種形狀記憶 合金大變形位移傳感器，其利用常溫下為奧氏體狀態(tài)的形狀記憶合金材料(SMA)在大變形情 況下電阻變化率與應(yīng)變之間體現(xiàn)出的良好線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，針對(duì)土木建筑結(jié)構(gòu)在靜力與動(dòng)力荷 載作用下的變形和位移特點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形和位移的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)任務(wù)，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種形狀記憶合金大變形位移傳感器，包括形狀記憶合金傳感元件，在形狀記憶 合金傳感元件兩側(cè)各設(shè)有一組信號(hào)輸出端和電流輸入端，形狀記憶合金傳感元件兩端通過 緊固螺栓固定在連接螺栓上；所述的形狀記憶合金傳感元件兩側(cè)的信號(hào)輸出端和電流輸入 端均連接在導(dǎo)線上。本實(shí)用新型利用形狀記憶合金材料(常溫下為奧氏體狀態(tài))所體現(xiàn)出的良好的位 移傳感性能，通過合理的構(gòu)造手段制作成位移傳感器并應(yīng)用于結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu) 件的變形和位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的有效途徑。同時(shí)充分考慮了結(jié)構(gòu)受力變形的特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)變形 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景和發(fā)展前途。

圖1為本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。其中1.SMA傳感元件，2.信號(hào)輸出端，3.電流輸入端，4.導(dǎo)線，5.緊固螺栓， 6.連接螺栓。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
形狀記憶合金(SMA)因具有形狀記憶效應(yīng)，超彈性特性和高阻尼特性等多種特殊
3力學(xué)性能而備受關(guān)注。此外，SMA還具有應(yīng)變自感知特性，即SMA的電阻變化與所施加的 應(yīng)力或應(yīng)變存在一定的關(guān)系。利用SMA的應(yīng)變自感知特性，設(shè)計(jì)的位移傳感器。與傳統(tǒng)傳 感元件相比，SMA位移傳感器具有良好的耐久性和耐腐蝕性，可以直接量測(cè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的 位移或變形信息。本實(shí)用新型是利用常溫下為奧氏體狀態(tài)的形狀記憶合金材料(SMA)在大變形情 況下電阻變化率與應(yīng)變之間體現(xiàn)出的良好線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，針對(duì)土木建筑結(jié)構(gòu)在靜力與動(dòng)力 荷載作用下的變形和位移特點(diǎn)，制作了形狀記憶合金位移傳感器。將該傳感器合理安裝于 結(jié)構(gòu)中特定部位(如變形敏感部位)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形和位移的實(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè)。此設(shè)計(jì)構(gòu)造簡(jiǎn)單實(shí)用，性能可靠，為土木工程領(lǐng)域中結(jié)構(gòu)的變形和位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提 供了一種有效方法，該位移傳感器具有無滑動(dòng)觸點(diǎn)，工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響， 并且低功耗，長(zhǎng)壽命，可使用在各種惡劣條件下，具有廣闊的應(yīng)用前途和商業(yè)前景。參見圖1，本實(shí)用新型的形狀記憶合金大變形位移傳感器，包括形狀記憶合金傳感 元件1，在形狀記憶合金傳感元件1兩側(cè)各設(shè)有一組信號(hào)輸出端2和電流輸入端3，形狀記 憶合金傳感元件1兩端通過緊固螺栓5固定在連接螺栓6上；所述的形狀記憶合金傳感元 件1兩側(cè)的信號(hào)輸出端2和電流輸入端3均連接在導(dǎo)線4上。本實(shí)用新型的形狀記憶合金傳感元件1可以是常溫下為奧氏體狀態(tài)的NiTi形狀 記憶合金材料，在其超彈性變形過程中所體現(xiàn)出的金屬電阻變化率與應(yīng)變之間的線性對(duì)應(yīng) 關(guān)系，針對(duì)土木建筑結(jié)構(gòu)在靜力與動(dòng)力荷載作用下的變形和位移特點(diǎn)設(shè)計(jì)的一種形狀記憶 合金位移傳感器。本設(shè)計(jì)適用于土木建筑結(jié)構(gòu)的變形和位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將此裝置合理地嵌 固于結(jié)構(gòu)中特定部位可以起到實(shí)時(shí)掌握結(jié)構(gòu)在使用過程中安全狀況的作用。當(dāng)結(jié)構(gòu)受到靜 /動(dòng)荷載作用時(shí)產(chǎn)生的變形或位移將引起位移傳感器的核心元件形狀記憶合金絲電阻的變 化，利用其電阻變化率與應(yīng)變之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系可推算出結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形或位移。從而能 夠做到實(shí)時(shí)掌握建筑結(jié)構(gòu)在使用過程中的安全狀況。在設(shè)計(jì)過程中本方案充分考慮了建筑結(jié)構(gòu)在靜力或動(dòng)力作用下的變形特點(diǎn)首 先，結(jié)構(gòu)物在荷載作用下產(chǎn)生的位移或變形為毫米級(jí)，因此形狀記憶合金在大應(yīng)變情況下 電阻變化率與應(yīng)變之間體現(xiàn)出的良好線性對(duì)應(yīng)關(guān)系能夠更加準(zhǔn)確的反映結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的位 移和變形情況；其次，形狀記憶合金位移傳感器在往復(fù)變形過程中體現(xiàn)出的穩(wěn)定的工作性 能很好地適用于因風(fēng)或地震等動(dòng)力荷載作用下結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生的往復(fù)變形和位移實(shí)時(shí)監(jiān) 測(cè)；第三，由于要將該裝置集成到建筑結(jié)構(gòu)中，所以將形狀記憶合金位移傳感器兩端制作成 螺栓連接。
權(quán)利要求一種形狀記憶合金大變形位移傳感器，包括形狀記憶合金傳感元件(1),其特征在于在形狀記憶合金傳感元件(1)兩側(cè)各設(shè)有一組信號(hào)輸出端(2)和電流輸入端(3)，形狀記憶合金傳感元件(1)兩端通過緊固螺栓(5)固定在連接螺栓(6)上；所述的形狀記憶合金傳感元件(1)兩側(cè)的信號(hào)輸出端(2)和電流輸入端(3)均連接在導(dǎo)線(4)上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種形狀記憶合金大變形位移傳感器，包括形狀記憶合金傳感元件,在形狀記憶合金傳感元件兩側(cè)各設(shè)有一組信號(hào)輸出端和電流輸入端，形狀記憶合金傳感元件兩端通過緊固螺栓固定在連接螺栓上；所述的形狀記憶合金傳感元件兩側(cè)的信號(hào)輸出端和電流輸入端均連接在導(dǎo)線上。本實(shí)用新型利用形狀記憶合金材料(常溫下為奧氏體狀態(tài))所體現(xiàn)出的良好的位移傳感性能，通過合理的構(gòu)造手段制作成位移傳感器并應(yīng)用于土木建筑結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形和位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的有效途徑。同時(shí)充分考慮了結(jié)構(gòu)受力變形的特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景和發(fā)展前途。
文檔編號(hào)G01B7/16GK201724651SQ20102025683
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者代健波, 孟和, 王社良, 趙歆冬, 趙祥 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)