无线土体变形监测传感器验证（论文）.pdf

· 5· 近年来，对柔性传感器在人机接口设备、康复调查和安 全传感系统中的应用进行了大量的研究。例如，传感器被放 置在用户袖管内的皮肤上，或插入一个开放的可穿戴架构中， 或嵌入到衣服中，或放置在纺织纤维上，甚至直接作为一种 皮肤使用。 拟将Flex传感器与蓝牙无线传输技术相结合，制作一套 土壤沉降传感系统。该传感系统具有以下特点 ：结构合理， 可灵活嵌入土壤中进行土壤沉降监测 ；性能稳定 ，可 实时数 据连续输出 ；原理简单 ，可 利用计算机技术快速处理传感器 数据。 本研究通过边坡模型加载试验，验证了弯曲传感器具有 适当的精度和系统的实用性。 1 Flex无线土体变形监测传感器制备 Flex 传感器是一种碳电阻式传感器，能将物理能量转换 为电能，在不同的弯曲角度有不同的阻力值。电信号输出量 用于反映传感器的弯曲角度变化。 在Flex 传感器的基板上印刷了一层碳 /聚合物油墨，沿 基板会出现细小的微裂纹。当弯曲角度增大时，微裂纹张开 并增大，使传感器的整体电导率降低，整体电阻增大。反之， 当弯曲角度减小时，整体电阻减小。该传感器由于应用电路 简单，输出信号易于处理，已广泛应用于农业、医疗器械、 乐器和机器人等领域。 图 1为 Flex 无线土体变形监测传感器弯曲前后的示意， 传感梁长度为 b，弯曲角度为 α，则横向位移为 ： ·sin 90°  2 x b α ÄÅ （1） 竖向位移为 ： ·cos 90°  2 bb α ÄÅ y （2） 通过Flex无线土体变形监测传感器测得的角度变化，利 用上述几何公式，可得到不同深度处的水平位移。 b b α α /2 90 ° （a） （b） 图1 Flex弯曲传感器弯曲前后示意 （a）弯曲前；（b）弯曲后 2 边坡模型试验装置 实验室中制备了砂质边坡模型，如图 2所示。试验所用砂 料为中粗砂，平均单位重量为 17 kN/m 3，内摩擦角为32 °。 " "   
 c # # " " " # # "" 5 55 5  图2 安装柔性传感器和LVDTs的边坡模型示意 采用长、宽、高内部尺寸为 600 mm ×280 mm ×400 mm的 模型箱建造砂质边坡。边坡模型的最大高度为 330 mm，坡脚 长度为30 mm，坡脚高度为 130 mm。 通过CTM8050 微机控制的电子通用材料试验机，以 0.2 mm/s或2 mm/min 单位边坡崩塌，连续施加垂直荷载在边 坡表面顶部进行加载试验。 由图2可知，挠性传感器 A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7 的弯 曲点被设计位于包装结构的转轴上。传感器 A1的左侧传感光 束应固定在模型箱面板上，避免任意方向偏转。 ［摘 要］ n Flex?+v)? ? ???? ，? K t? ? f???r ， ? FlexM? ? ???? ?+v h? ? 。 ???A f?仕其{?r，r t FlexM? ? ???? ?+? ??? ， ?? \ t FlexM? ? ???? ?+vn ?t:g。 ［关键词］ FlexM? ? ???? ?+v ；?A?r ；Flex ?+v ［中图分类号］ TU 43bbbbb ［文献标志码］ Abbbbb ［文章编号］ 1001–523X（2021）11–0005–02 Experimental Verification of Wireless Soil Deformation Monitoring Sensors Liu Wen-li ［Abstract ］Based on the Flex sensor for soil deformation monitoring， an indoor model box test was established to test the measurement performance of the Flex wireless soil deformation monitoring sensor. Through the loading test of the slope model ，the practicability of the Flex wireless soil deformation monitoring a