专利名称：一种分布式压力传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种分布式压力传感器，尤其涉及一种应用于岩土工程压力测试并可以顺着不规则表面密贴安装的数字化分布式压力传感器。
背景技术：
在隧道、边坡和大坝等岩土工程中，经常需要测试岩土体作用于人工结构上的荷载，即岩土压力。目前岩土压力一般采用压力盒进行测试。压力盒是一种饼状测试传感器， 外壳采用不锈钢制作，内部设有不同类型的敏感元件，如振弦、电阻应变片等。压力测试采用频率仪等专门的读数设备。为了测试压力值，每个压力盒需引出一根测试电缆到结构外侧；为了明确电缆与压力盒的对应关系，需要在电缆末端贴上标签。采用压力盒测试岩土压力主要存在以下问题(1)由于压力盒构造复杂，制作成本较高，因而在实际工程中不能大量布设，导致采集的压力信息比较有限。当岩土体与人工结构的接触面不规则时，少量压力信息点不足以全面反映结构承受的荷载特征；(2)压力盒一般体积和重量都较大，当安装基面不是水平时安装固定比较困难，经常出现压力盒不能正对压力来源方向、不能与基面密贴的问题；(3)由于每个压力盒都有一根引出电缆，当压力盒数量较多时，结构内埋有大量电缆，可能对结构受力性能造成一定影响，而电缆自身的保护也有一定困难；(4)由于压力盒的标识完全依靠电缆末端的标签，由于工程施工环境恶劣，标签遗失、污损的现象经常发生，导致不能确定压力值对应的具体位置；(5)压力盒读数需要用读数仪器一一测试，操作不方便，当压力盒数量较多、作业环境较恶劣时，压力测试十分繁琐。由此可见，采用压力盒测试岩土体与人工结构间的接触压力存在不少问题，可能导致测试数据不充分、不准确，且使用不便、成本较高。因此，有必要开发一种压力信息点多、结构轻便、可以与不规则截面密贴、引线数量少、自动化程度高的新型压力传感器。

实用新型内容为了解决现有压力盒测试数据不充分、不准确，且使用不便、成本较高的技术问题，本实 用新型提供一种引线少、布设方便、自动化程度高、可以全面获取岩土体与人工结构间界面上的压力的分布式压力传感器。 为达到上述目的，本实用新型的技术方案是，一种分布式压力传感器，包括485中继器和压力测试单元，所述的485中继器和压力测试单元通过四芯电缆总线通信连接，所述的压力测试单元的数量至少为两个，各个压力测试单元并联至四芯电缆总线。所述的一种分布式压力传感器，还包括多个电缆接头，所述的485中继器和压力测试单元分别通过电缆接头连接至四芯电缆总线。所述的一种分布式压力传感器，所述的压力测试单元包括终端电路和压力敏感元件，所述的压力敏感元件和终端电路依次串联后再连接至四芯电缆总线。所述的分布式压力传感器，所述的终端电路包括单片机、编码器和模数转换器，所述的编码器和模数转换器分别通信连接至单片机，所述的单片机连接至四芯电缆总线。 所述的分布式压力传感器，所述的压力敏感单元包括山字形称重传感器和电阻应变片，所述的电阻应变片设置于山字形称重传感器内部。本实用新型的有益效果是通过编码器标识压力敏感元件，读取压力值的同时，也得到压力敏感元件的编码及所处位置；采用山字形称重传感器，可以大大减小压力敏感元件体积，方便的实现不同量程的压力测试；采用总线模式，可以方便地扩展一组分布式压力传感器的压力测试单元数量，可以根据需要选择压力测试点密度；采用485通信协议和并联模式，可以无限扩展压力测试系统，并可与上游工业化测试设备可靠连接；所有压力测试点只需一根电缆，减少了电缆对结构的影响，方便电缆的保护。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的构造示意图；图2是本实用新型的终端测试电路原理图；图3是本实用新型的压力敏感单元结构图；图4是本实用新型应用于隧道围岩压力测试的示意图；图5是本实用新型在隧道围岩压力测试时的布设方法示意图；图6是本实用新型在隧道内布设多个断面时的数据通信示意图。图中1为485中继器，2为电缆接头，3为四芯电缆总线，4为压力测试单元，5为终端电路，6为压力敏感元件，7为单片机，8为编码器，9为模数转换器，10为电源线，11为信号线，12为山字形称重传感器，13为电阻应变片，14为围岩，15为隧道内轮廓线，16为隧道开挖轮廓线，17为分布式压力传感器，18为隧道结构，19为一组分布式压力传感器，20为通信电缆，21为数据采集仪。
具体实施方式
参见图1，分布式压力传感器17由485中继器1、电缆接头2、四芯电缆总线3和压力测试单元4构成。485中继器1和四芯电缆总线3、四芯电缆总线3和压力测试单元4均采用一公一母配套的电缆接头2连接。电缆接头2采用具有锁定功能的接头，保证连接的可靠性，接头外部可采用硅胶密封处理，有效防水。485中继器1向上可以与通信电缆、数据采集仪连接，接受数据采集仪的数据采集指令；485中继器1向下通过电缆接头2与四芯电缆总线3和多个压力测试单元4连接，用于采集压力测试单元4上的压力信息。四芯电缆总线3最长可达1000米，电缆上可以按需要的密度设置电缆接头2，连接压力测试单元4， 从而获得接触界面上的大量的压力信息。参见图2、图3，压力测试单元4由一个终端电路5和一个压力敏感元件6组成。其中终端电路5包含单片机7、编码器8和模数转换器9，单片机7的电源线10和信号线11 通过电缆接头2与四芯电缆总线3连接，实现供电和通信；编码器8用于标识压力敏感元件 6，便于区分压力测试单元4的安装位置；模数转换器9用于将压力敏感元件6输出的模拟信号转换为数字信号。压力敏感单元采用山字形称重传感器12，其上布设电阻应变片13， 山字形称重传感器12受到压力作用后，电阻应变片13随之发生变形，电桥上的电阻和输出电流发生变化，可以被模数转换器9识别。在使用时，上游测试设备(如数据采集仪21)根据压力测试模式的不同向下游发出读数指令。读数指令通过通信电缆20同时传输到下游所有的485中继器1，每个485中继器1根据指令测试对象是否处于其控制范围决定是否向下游传送指令。指令选中的485中继器1将指令通过电缆接头2和四芯电缆总线3发送到所控制的全部压力测试单元4。压力测试单元4中的单片机7对指令进行识别如果指令测试对象与编码器8编号相同，则通过模数转换器9读取压力敏感元件6上的压力信息，并将编码器8上的编码和读取到压力敏感元件6上的压力信息一并通过单片机7向485中继器1和上游测试设备反馈；如果指令测试对象与编码器8编号不同，则单片机7不产生任何动作。上游设备可采用单个测试的方法，测试某个485中继器1所控制的某个压力测试单元4上的压力信息；也可以循环测试下游所有485中继器1所控制的全部压力测试单元4，或循环测试某个485中继器1所控制的全部压力测试单元4。 参见图4、图5、图6，为本实用新型应用于隧道围岩14压力测试中的实施例。要在围岩14中修建一个隧道，需先开挖隧道位置的岩土体，一般会形成不规则的隧道开挖轮廓线16，而建成后的隧道内轮廓线15，在隧道内轮廓线15和隧道开挖轮廓线16需人工浇筑隧道结构18。要全面获取隧道结构18上的围岩14压力，可以在隧道开挖轮廓线16上环向布设一组分布式压力传感器19，并将485中继器1留着隧道结构18外侧。由于压力测试单元4可以密集连接到四芯电缆总线3上，因此可以按需要测试隧道开挖轮廓线16上的任意位置、任意区段的压力。由于压力测试单元4体积小，重量轻，可以很方便、精确地安装到隧道开挖轮廓线16上，保证测试精度。如图6所示，如果在沿隧道长度方向要测试多个断面的压力时，可以在每个断面布设一组压力传感器19。这样，所有压力传感器都通过485 中继器1连接到通信电缆20，最后连接到上游设备，上游设备可以为专门的数据采集仪21， 也可以是普通电脑。测试时，数据采集仪21或电脑向整个系统发送指令，获取每个压力测试单元4对应的编码和压力值。
权利要求1.一种分布式压力传感器，包括485中继器(1)和压力测试单元(4)，所述的485中继器(1)和压力测试单元(4)通过四芯电缆总线(3)通信连接，其特征在于，所述的压力测试单元(4)的数量至少为两个，各个压力测试单元(4)并联至四芯电缆总线(3)。
2.根据权利要求1所述的一种分布式压力传感器，其特征在于，还包括多个电缆接头 (2)，所述的485中继器(1)和压力测试单元(4)分别通过电缆接头(2)连接至四芯电缆总线(3)。
3.根据权利要求1所述的一种分布式压力传感器，其特征在于，所述的压力测试单元 (4)包括终端电路(5)和压力敏感元件(6)，所述的压力敏感元件(6)和终端电路(5)依次串联后再连接至四芯电缆总线(3)。
4.根据权利要求3所述的分布式压力传感器，其特征在于，所述的终端电路(5)包括单片机(7)、编码器(8)和模数转换器(9)，所述的编码器(8)和模数转换器(9)分别通信连接至单片机(7)，所述的单片机连接至四芯电缆总线(3)。
5.根据权利要求3所述的分布式压力传感器，其特征在于，所述的压力敏感单元(6)包括山字形称重传感器(12)和电阻应变片(13)，所述的电阻应变片(13)设置于山字形称重传感器(12)内部。
专利摘要本实用新型公开了一种分布式压力传感器，包括485中继器、电缆接头、四芯电缆总线和压力测试单元。所述的485中继器和四芯电缆总线、四芯电缆总线和压力测试单元采用电缆接头连接。所述的压力测试单元由终端电路和压力敏感元件组成。压力测试单元的布设密度和数量可按需调整。压力测试单元具有自带标识编码和模数转换的功能，可以通过一根电缆实现数据采集。本实用新型可方便、快捷、准确、全面地获取岩土体与人工结构间压力信息。
文档编号G01L1/22GK202083501SQ20112011472
公开日2011年12月21日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者伍毅敏, 袁成海 申请人:中南大学, 江西省交通运输厅石城至吉安高速公路项目建设办公室