本實(shí)用新型屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種埋入式混凝土剪應(yīng)力傳感器。

背景技術(shù)：

混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)是反映其安全性的重要參數(shù)，因此對混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力測量是混凝土結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)研究和現(xiàn)場監(jiān)測中的重要內(nèi)容。目前，混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)一般僅局限于荷載、位移、應(yīng)變等物理量的測量，而對應(yīng)力的測量是通過在混凝土結(jié)構(gòu)表面黏貼電阻應(yīng)變片來測量混凝土表面的應(yīng)變，然后通過估算的混凝土材料的彈性模量換算得到混凝土表面的應(yīng)力，這種方法無法獲得混凝土內(nèi)部準(zhǔn)確的應(yīng)力狀態(tài)。對于混凝土這類非均質(zhì)材料，通常宏觀層次上的力-變形關(guān)系并不能保證理論分析與試驗(yàn)結(jié)果在內(nèi)力層次上的一致性，即使結(jié)構(gòu)表面的荷載-應(yīng)變曲線相同，但其構(gòu)件內(nèi)力分布卻可能差異極大。因此，設(shè)計(jì)一種傳感器實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面上內(nèi)力的測量，為混凝土結(jié)構(gòu)非線性受力行為的研究提供依據(jù)，是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)技術(shù)的重要研究任務(wù)之一。

混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)力包括壓應(yīng)力、拉應(yīng)力及剪應(yīng)力等，混凝土材料的抗剪強(qiáng)度低，由剪應(yīng)力引起的剪切破壞是土木工程中造成抗滑樁、擋土墻、支撐梁等混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷破壞的重要因素，因此，測量工作狀態(tài)下混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的剪應(yīng)力對混凝土結(jié)構(gòu)來說至關(guān)重要，開發(fā)能嵌入混凝土內(nèi)部、用于混凝土內(nèi)部剪應(yīng)力直接測量的傳感器具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種測量混凝土內(nèi)剪應(yīng)力的傳感器，使其具有結(jié)構(gòu)簡單、可嵌入式等優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型的目的可采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：所述的一種埋入式混凝土剪應(yīng)力傳感器，包括上殼體、下殼體，所述的上殼體和下殼體的交界面一周分別設(shè)置有溝槽，在溝槽內(nèi)設(shè)置有用于連接上、下殼體的軟體膠層；所述的上殼體的下部設(shè)置有敏感梁，下殼體的上部設(shè)置有槽型擋板，所述的槽型擋板上設(shè)置有滑槽，敏感梁的一端位于槽型擋板的滑槽內(nèi)；所述敏感梁上設(shè)置有用于感知敏感梁變形的應(yīng)變敏感元件；所述的應(yīng)變敏感元件通過引線與后續(xù)測量電路連接實(shí)現(xiàn)敏感梁應(yīng)變的測量。

所述的敏感梁由不銹鋼材料制成，整體為長條形，敏感梁的一端可通過焊接的方式與上殼體連接。

所述的敏感梁插入滑槽內(nèi)的這一端面與滑槽底部之間具有一定間隙。

所述的上殼體和下殼體由不銹鋼材料制成，整體外形為正方形，也可以為圓形。

所述的槽型擋板由不銹鋼材料制成，槽型擋板可通過焊接的方式與下殼體連接，其上的滑槽的寬度與敏感梁一致，并保證敏感梁能夠沿槽的長度方向移動(dòng)，

所述的敏感梁和槽型擋板共同作用能保證該傳感器只對一個(gè)方向的剪應(yīng)力敏感，即當(dāng)傳感器受到x方向剪應(yīng)力時(shí)，敏感梁發(fā)生變形，而當(dāng)其受到正交方向（y方向）剪應(yīng)力時(shí)，敏感梁僅在滑槽內(nèi)移動(dòng)，敏感梁不變形。

所述的應(yīng)變敏感元件可采用電阻應(yīng)變計(jì)或光纖Bragg光柵。

本實(shí)用新型所述的剪應(yīng)力傳感器埋入混凝土內(nèi)，當(dāng)傳感器在一個(gè)方向受到剪應(yīng)力作用使傳感器上殼體和下殼體發(fā)生剪切錯(cuò)動(dòng)時(shí)，內(nèi)設(shè)的敏感梁發(fā)生變形，其上的應(yīng)變敏感元件感知變形后輸出信號，檢測輸出信號即可測量得到混凝土內(nèi)該方向的剪切應(yīng)力。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)混凝土內(nèi)剪應(yīng)力的直接測量，可用于混凝土結(jié)構(gòu)受剪切破壞的試驗(yàn)研究，解決工程現(xiàn)場監(jiān)測中剪應(yīng)力測試的難題。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的剪應(yīng)力傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的A-A視圖。

圖3為圖1的B-B視圖。

圖4為固體內(nèi)某截面上剪應(yīng)力的示意圖。

圖中：1、上殼體，2、下殼體，3、敏感梁，4、槽型擋板，5、應(yīng)變敏感元件，6、軟體膠層，7、引線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做詳細(xì)說明。

如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)用新型公開的一種埋入式混凝土剪應(yīng)力傳感器，包括上殼體1、下殼體2、敏感梁3、槽型擋板4、應(yīng)變敏感元件5、軟體膠層6和引線7。上殼體1和下殼體2交界面設(shè)置溝槽，由軟體膠層6填充連接。上殼體的內(nèi)側(cè)設(shè)敏感梁3，下殼體2的內(nèi)側(cè)設(shè)槽型擋板4，敏感梁3的一端插入槽型擋板4的滑槽內(nèi)，且敏感梁3插入滑槽內(nèi)的這一端面與滑槽底部之間有一定間隙。敏感梁3上設(shè)置應(yīng)變敏感元件5，感知梁的變形，應(yīng)變敏感元件5通過引線7與后續(xù)測量電路連接實(shí)現(xiàn)梁應(yīng)變的測量。將所述的剪應(yīng)力傳感器埋入混凝土內(nèi)，當(dāng)傳感器在一個(gè)方向受到剪應(yīng)力作用使傳感器上殼體1和下殼體2發(fā)生剪切錯(cuò)動(dòng)時(shí)，內(nèi)設(shè)的敏感梁3發(fā)生變形，其上的應(yīng)變敏感元件5感知變形后輸出信號，檢測輸出信號即可測量得到混凝土內(nèi)該方向的剪切應(yīng)力。所述的上殼體1和下殼體2均采用不銹鋼材料，外形為正方形，也可以為圓形，本實(shí)施例為方形。所述的軟體膠層6采用硅膠類材料，具有剪切強(qiáng)度低的特點(diǎn)，一方面起連接和密封作用，另一方面保證兩個(gè)殼體因剪應(yīng)力發(fā)生錯(cuò)動(dòng)時(shí)減小阻力。所述的敏感梁3采用不銹鋼材料，外形為長條形，尺寸根據(jù)剪應(yīng)力傳感器的量程確定，敏感梁3的一端可通過焊接的方式與上殼體1連接。所述的槽型擋板4采用不銹鋼材料，其上的滑槽寬度與敏感梁一致，并保證梁能夠沿槽的長度方向移動(dòng)，槽型擋板可通過焊接的方式與下殼體2連接。

所述的敏感梁3和槽型擋板4共同作用能保證該傳感器只對一個(gè)方向的剪應(yīng)力敏感，即當(dāng)傳感器受到x方向剪應(yīng)力時(shí)，敏感梁發(fā)生變形，而當(dāng)其受到正交方向（y方向）剪應(yīng)力時(shí)，敏感梁3僅在滑槽內(nèi)移動(dòng)，敏感梁不變形。

如圖4所示，固體材料內(nèi)某截面A上的剪應(yīng)力τ為沿剪切方向的截面上所受到的總剪力F_s與截面A的面積之比，即

τ=F_s/ A （1）

本實(shí)用新型所述的剪應(yīng)力傳感器就是基于此基本原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的。當(dāng)傳感器加工好之后，其上殼體1的上表面或下殼體2的下表面的面積確定；當(dāng)傳感器埋入混凝土內(nèi)部之后，通過檢測傳感器內(nèi)敏感梁3的應(yīng)變變化，即可反推出傳感器承受的混凝土結(jié)構(gòu)的總剪力，由上述式（1）即可得到傳感器殼體所在表面內(nèi)的剪應(yīng)力。測得的敏感梁3的應(yīng)變變化量與傳感器承受的混凝土結(jié)構(gòu)的總剪力之間的變換系數(shù)可通過將加工好的剪應(yīng)力傳感器在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)校準(zhǔn)得到。由此可知，采用本實(shí)用新型所公開的剪應(yīng)力傳感器埋入混凝土后測量得到的剪應(yīng)力為面積為傳感器殼體表面大小的混凝土平均剪應(yīng)力。