一种碳纳米管水泥基材料压阻效应的监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及监测装置的技术领域，具体为一种碳纳米管水泥基材料压阻效应的监测装置。


背景技术：

2.信息化、智能化的发展给土木工程带来新的变化，例如通过监测装置对工程结构进行实时健康监测，对可能出现的灾害提前预警。现有工程结构的监测装置包括以下结构：通过碳纳米管水泥基材料构建矩型的传感器基体，传感器基体内布置金属网片，通过监测传感器基体内的应力变化情况实现工程结构的健康监测。但是上述监测装置具有以下缺点：传感器基体在使用过程中，需与工程结构相接触，工程结构的变化容易导致传感器基体产生局部裂缝，同时传感器基体与工程结构的协同形变能力受传感器基体的限制，从而导致健康监测的准确率受到影响。


技术实现要素：

3.本实用新型意在提供一种碳纳米管水泥基材料压阻效应的监测装置，能够降低监测体产生局部缝隙的可能，提高监测体与其接触的工程结构的协同形变能力，保证压阻效应监测的准确性。
4.本实用新型提供如下基础方案：
5.一种碳纳米管水泥基材料压阻效应的监测装置，包括监测体，监测体内嵌有两金属网片，金属网片的端部均固定连接有位于监测体上的接线柱，监测体与金属面垂直的两侧开设有通槽。
6.基础方案的有益效果：监测体、金属网片、接线柱的设置，用于构建压阻效应的监测回路。两金属网片嵌入监测体内，作为电极，通过接线柱采集监测回路的相应信息，从而实现工程结构的健康监测。在监测体的侧面开设通槽，通槽的设置，提高监测体与其接触的工程结构的湿接面积，从而降低监测体产生局部缝隙的可能，同时提高监测体与其接触的工程结构的协同形变能力，保证压阻效应监测的准确性。
7.进一步，还包括电源模块和数据采集模块，电源模块与两金属网片、监测体构成回路，数据采集模块用于采集回路中的电信号。有益效果：电源模块的设置，与两金属网片、监测体构成回路，数据采集模块的设置，采集回路中的电信号，实现监测体的压阻效应监测。例如电源模块提供恒流电源，数据采集模块采集两金属网片之间的电压信号，基于恒流电源的电流值和采集的电压信号计算可知两金属网片之间的电阻值，从而实现工程结构的健康监测。
8.进一步，电源模块为恒压源，数据采集模块串联在回路中，数据采集模块用于采集回路中的电流信号。有益效果：电源模块为回路提供恒压电源，数据采集模块采集回路中的电流信号，基于恒压电源的电压值和采集电流信号计算两金属网片之间的电阻值，从而实现工程结构的健康监测。
9.进一步，监测体的材质为碳纳米管水泥基材料。有益效果：碳纳米管水泥基材料为掺入碳纳米管作为增强材料的水泥基材料，其具有独特的压阻效应，因此将其作为监测体的材质，当工程结构发生变化时监测体受到作用力，在力的作用下，碳纳米管水泥基材料的电阻率出现规律性变化，通过对其进行分析从而得知工程结构的变化，实现健康监测。
10.进一步，两金属网片异面平行。有益效果：异面平行的金属网片，各部分之间相隔的距离一致，便于计算两金属网片之间的电阻，提高压阻效应监测数据的准确性。
11.进一步，通槽的横截面为梯形，梯形的长边与监测体的侧面齐平。有益效果：梯形的设置，由于梯形长边与监测体的侧面齐平，即监测体侧面开设的通槽为敞口，有效监测体与其接触的工程结构的湿接面积，且不存在死角，保证监测体与工程结构的接触，降低监测体产生局部缝隙的可能。
12.进一步，还包括绝缘层，绝缘层覆盖监测体的表面。有益效果：绝缘层的设置，隔绝监测体与外界环境，在其绝缘作用下，两金属网片之间的电流不受外界影响，保证监测装置监测的准确性。同时在绝缘层的保护下，外部环境的锈蚀作用不会对两金属网片产生影响，延长监测体的使用寿命，保证监测装置服役期的耐久性。
13.进一步，还包括远程通信模块和控制模块，控制模块分别与数据采集模块、远程通信模块电连接，控制模块用于控制远程通信模块传输数据采集模块采集的电信号。有益效果：控制模块和远程通信模块的设置，将数据采集模块采集的电信号传输至远程的监测中心进行分析处理，及时发现并及时解决工程结构出现的问题。
14.进一步，还包括比较模块、控制模块和报警模块，控制模块分别与比较模块、报警模块电连接，数据采集模块与比较模块电连接，控制模块用于根据比较模块输出的信号控制报警模块发出警报。有益效果：在监测装置进行健康监测时，若采集电信号超过阈值，则表明对应的监测部位可能出现超载，甚至损伤的情况，因此比较模块、控制模块和报警模块的设置，对采集的电信号进行比较，当采集电信号大于比较模块设定的标准信号时，报警模块发出警报。例如比较模块采用电压比较器时，将数据采集模块采集的电信号转换为电压值，将电压值与电压比较器设置的标准电压值进行比较，通过电压比较器输出高低电平反映不同的比较结果，在电压值大于标准电压值时，报警模块发出警报，从而提醒本地工作人员，及时对相应工程结构进行观察和处理。
15.进一步，报警模块包括蜂鸣器、振动器、led灯和声光报警器中的一种或多种。有益效果：针对不同的应用场景选择不同的报警模块，例如当报警模块应用于安保室等场所时，报警器选用声光报警器，从视觉和听觉对工作人员进行提醒。当报警模块应用于工作人员使用的智能终端时，采用蜂鸣器或振动器，体积较小，安装在智能终端不影响智能终端的携带。
附图说明
16.图1为本实用新型一种碳纳米管水泥基材料压阻效应的监测装置实施例一的结构示意图；
17.图2为本实用新型一种碳纳米管水泥基材料压阻效应的监测装置实施例一的左视局部剖视图；
18.图3为本实用新型一种碳纳米管水泥基材料压阻效应的监测装置实施例一的俯视
图；
19.图4为本实用新型一种碳纳米管水泥基材料压阻效应的监测装置实施例一的逻辑框图；
20.图5为本实用新型一种碳纳米管水泥基材料压阻效应的监测装置实施例二的逻辑框图。
具体实施方式
21.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
22.说明书附图中的附图标记包括：监测体1、金属网片2、接线柱3、通槽4。
23.实施例一
24.一种碳纳米管水泥基材料压阻效应的监测装置，如附图1、图2所示，包括监测体1，监测体1内嵌有两金属网片2，金属网片2的端部均固定连接有位于监测体1上的接线柱3，在本实施例中，金属网片2的顶端焊接有金属接线柱3，金属接线柱3远离金属网片2的一端位于监测体1的顶面。两金属网片2异面平行，且金属网片2与监测体1的左右两侧垂直。
25.如附图3所示，监测体1的左右两侧分别开设有竖向的通槽4，通槽4的横截面为梯形，梯形的长边与监测体1的侧面齐平，具体为：通槽4的横截面为等腰梯形或直角梯形，在本实施例中，通槽4的横截面为等腰梯形，在其他实施例中，通槽4的横截面为三角形，三角形的一边与监测体1的侧面齐平。监测体1的前后两侧与金属网片2异面平行，监测体1的材质为碳纳米管水泥基材料。碳纳米管水泥基材料为将碳纳米管在分散剂中分散形成混合溶液，加入水泥、细集料、粗集料等进行搅拌所形成的材料，其为现有技术，因此不再赘述。
26.还包括绝缘层，绝缘层覆盖监测体1的表面，在本实施例中，绝缘层的材质为普通水泥基材料，即未掺入碳纳米管的材料。在使用时，监测体1嵌入工程结构，工程结构中的普通水泥基材料覆盖监测体1表面，构成绝缘层。
27.还包括电源模块、数据采集模块、远程通信模块和控制模块，电源模块与两金属网片2、监测体1构成回路，如附图4所示，控制模块分别与数据采集模块、远程通信模块电连接，具体的，电源模块通过导线与两金属网片2焊接的接线柱3连接，控制模块通过导线分别与数据采集模块、远程通信模块连接。数据采集模块用于采集回路中的接线柱3电信号，控制模块用于控制远程通信模块传输数据采集模块采集的电信号。
28.在本实施例中，电源模块为恒压源，数据采集模块串联在回路中，数据采集模块用于采集回路中的电流信号。在其他实施例中，电源模块为恒流源，数据采集模块与两金属网片2并联，用于采集回路中两金属网片2之间的电压信号。
29.在本实施例中，数据采集模块为现有的电流采集电路，其为本领域技术中非常成熟的技术，因此不再赘述。远程通信模块包括wifi模块、蓝牙模块、gsm模块、4g模块、5g模块中的一种，根据当前的现实情况选择不同的远程通信模块，从而快速传输采集的电信号，在本实施例中，远程通信模块选用5g模块，控制器选用atm32f1系列单片机集成芯片。
30.实施例二
31.本实施例与实施例一的不同之处在于：如附图5所示，还包括比较模块和报警模块，数据采集模块与比较模块的输入端电连接，控制模块分别与比较模块的输出端、报警模块电连接，控制模块用于根据比较模块输出的信号控制报警模块发出警报。报警模块包括
蜂鸣器、振动器、led灯和声光报警器中的一种或多种，在本实施例中，报警模块选用声光报警器。
32.比较模块采用现有的电流比较电路，例如通过已知电阻将数据采集模块采集的电流信号变为电压信号，将电压信号输入电压比较器与设定的标准电压进行比较，电压比较器可选用型号为lm339的电压比较器，当电压信号大于标准电压时，电压比较器输出高电平，控制模块根据电压比较器输出的高电平信号控制报警模块发出警报。
33.在本实施例中，以碳纳米管混凝土c55为例，其电源模块为30v恒压源，1.875ma为电流阈值，当数据采集模块采集的电流信号大于1.875ma时，代表对应的监测部位可能出现超载，甚至损伤的情况，此时控制模块控制报警模块发出警报，提前预警。
34.以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。