CN111928991B - 一体式微型孔压传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一体式微型孔压传感器。该传感器中：主壳体内沿轴线方向依次设置有过滤器安装槽口、感应元件安装槽、通气管道，多孔过滤器安装在过滤器安装槽内，感应元件安装在感应元件安装槽内，感应元件尾端的传感器线缆通过通气管道伸出主壳体外与通气线缆连接；感应元件包括环形封装壳体、压阻式芯体、定位板、传感器线缆，定位板和环形封装壳体构成凹型芯体安装槽，压阻式芯体设置在定位板上；凹型芯体安装槽内填充和涂抹设置有无应力胶；感应元件安装槽和通气管道相接的地方构成用于对感应元件进行轴向定位的台阶面；感应元件通过粘结剂与感应元件安装槽固连。该微型孔压传感器可适用于土工离心试验，且故障率低、稳定性高、抗干扰性能强。

Description

一体式微型孔压传感器

技术领域

本发明涉及土工试验测试传感器技术领域，特别涉及一种一体式微型孔压传感器。

背景技术

土工离心试验：借助于土工离心机，补偿离心模型各处土体或岩土构筑物所受应力损失，达到与原型相近或相等的应力水平。当施以超压缩动荷载时，可较准确地呈现实际原型动力特性和失效机制。

孔隙水压力：一般是指饱和土体孔隙介质中充满水时所具有的水压力，是大气压力之上的一种正压力。孔隙水压力又分为静孔隙水压力与超静孔隙水压力。

静孔隙水压力：由地基土中地下水的自重引起的，即静止的地下水以下的孔隙水压力都是静孔隙水压力。

超静孔隙水压力：由于地震波、爆破、交通荷载等动荷载作用下，超过与静孔隙水压力的那部分孔隙水压力称为超静孔隙水压力。

孔压传感器：孔压传感器是监测饱和/非饱和土体中超静孔隙水压力增长与消散的关键性量测传感器，可直接反映岩土工程物理模型、土工构筑物、施工场地地基等土体应力状态和稳定性。

一体式孔压传感器：孔压传感器主壳体为一个整体部分，其传感器前端的多孔过滤器不可自由拆卸。

多孔过滤器：用来分离土颗粒与孔隙流体，让孔隙流体自由的进出传感器作用于传感器感应元件，进而引起孔隙流体压力的改变。

在岩土地震工程领域中，孔隙水压力的准确量测是工程试验重要研究方向，其可直接反映场地地基、岩土构筑物与土工模型试验中土体软化、液化灾变过程。由于一体式微型孔压传感器的多孔过滤器、通气线缆等特殊结构与常规压力传感器存在较大差异，致使一体式微型孔压传感器测试准确性受诸多因素共同影响。更为关键的是，不同于常规振动台与现场原位试验，土工离心试验是借助于N倍高离心加速度环境下，补偿土体所受应力损失，再施加超压缩动荷载(频率几十至几百Hz，荷载持续时间小于1s)时，土体内超静孔隙水压力伴随着振动加速度在“瞬间”完成快速增长过程，土工离心试验中往往要求一体式微型孔压传感器具有频响高、稳定性好、故障率低、抗干扰能力强等特点，以确保其试验测试结果准确性与可靠性，也进一步说明性能优良的一体式微型孔压传感器对土工试验的重要性。

2010年之前，国际标准孔隙水压力传感器PDCR-81曾是国内外土工离心试验中广泛使用的一种“高精度、高频响、高稳定性”一体式微型孔压传感器，并被认为是土工离心试验中孔隙水压力量测的“标准”传感器。但是缘于PDCR-81与Druck公司其它类别传感器相比销售量偏少，自从2010年英国Druck公司宣布PDCR-81一体式微型孔压传感器停产之后，致使全球土工试验单位失去了高精度、高频响一体式孔压传感器的主要来源。至今已过去10年，随着当前各岩土工程研究单位的PDCR-81一体式孔压传感器的库存损失殆尽，对研发可替代PDCR-81型一体式孔压传感器的需求也愈加强烈。

近年来，国内诸多厂家研制的一体式孔压传感器由于自身结构设计、封装和防水结构等方面存在缺陷，造成传感器存在频响性能低、量测精度低、故障率高、稳定性较差、抗干扰性能差等问题，并不适用于“高频响、高精度”的土工离心试验孔隙水压力量测需求；而国外厂家新研制的一体式传感器虽具有较高的频响性能和量测精度，但在故障率、抗干扰性能、防水性能方面仍存在较多问题。

具体地，现有技术中的一体式微型空压传感器的缺点如下：

(1)在感应元件封装方式方面

现有技术中HC-25一体式孔压传感器内部感应元件均是安装于壳体内部圆形玻璃环上，虽可有效降低传感器两侧的应力作用，但是孔隙流体中仍掺杂有细小土颗粒等材质，传感器感应元件直接与被测孔隙流体接触，极易造成感应元件的不可逆损伤与破坏，这也是现有技术中传感器故障率高发的主因之一。KYB一体式孔压传感器则是由土压力传感器改造而成，使用粘合剂将应变感应膜封装在壳体感压面内侧，通过其变形挠曲实现对孔隙流体压力的测量，但其响应速度小于HC-25型传感器，无法适应与满足土工离心试验量测需求。

(2)在多孔过滤器安装方式方面

现有技术中HC-25、KYB型等一体式微型孔压传感器，其前端的多孔过滤器均是通过粘结剂直接固定，当现有技术中的一体式微型孔压传感器长期处于土工离心试验、岩土构筑物、场地地基等饱和流体监测环境中，易造成传感器的多孔过滤器脱落，进而导致传感器发生故障。

(3)在传感器防水密封方式方面

现有技术中HC-25、KYB型一体式微型孔压传感器尾部的防水结构，主要是用于与通气线缆连接，起到线缆的防水密封。然而，经过大量实验结果，虽然防水结构可起到一定密封效果，但是长期处于高离心加速度环境下饱和流体中发现，传感器通气电缆内部易累积大量水汽，进而影响一体式微型孔压传感器量测孔压数据结果的准确性和可靠性，更为严重可能导致水汽直接堵塞通气线缆，造成一体式孔压传感器无法正常工作。

(4)传感器无空腔结构设计

现有技术中HC-25、KYB一体式微型孔压传感器等传统国产传感器，并没有考虑到传感器空腔结构设计(该“空腔”是指本发明提供的位于多孔过滤器与感应元件之间的空腔间隙)，致使土体内部孔隙流体的微小土颗粒等杂质，由多孔过滤器进入传感器内部，可能直接造成多孔过滤器与感应元件的桥连，进而导致感应元件应力集中，造成传感器测试数据偏大，更为严重可能直接对感应元件造成不可逆的损伤。

因此，迫切需要研发出一种新型结构一体式微型孔压传感器，能够适用于高频响、高精度的土工离心试验，并且故障率低、稳定性高、抗干扰性能强，这对解决相关的“卡脖子”技术问题具有重要的实用意义。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型结构且性能优良的一体式微型孔压传感器，能够适用于高频响、高精度的土工离心试验，并且故障率低、稳定性高、抗干扰性能强。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种一体式微型孔压传感器，所述一体式微型孔压传感器包括多孔过滤器、感应元件、主壳体和通气线缆，其中：

所述主壳体内沿轴线方向依次设置有过滤器安装槽口、感应元件安装槽和通气管道，所述多孔过滤器安装在所述过滤器安装槽内，所述感应元件安装在所述感应元件安装槽内，所述感应元件尾端的传感器线缆通过所述通气管道伸出所述主壳体外，以与所述通气线缆连接；

所述感应元件包括环形封装壳体、压阻式芯体、定位板和所述传感器线缆，所述定位板固连设置于所述环形封装壳体的一端以令所述环形封装壳体内构成凹型芯体安装槽，所述压阻式芯体位于所述凹型芯体安装槽内且设置在所述定位板的侧面上，所述传感器线缆与所述压阻式芯体连接且穿过所述定位板伸入所述通气管道内，所述定位板上设置有连通孔；

所述凹型芯体安装槽内填充和涂抹设置有无应力胶；

所述感应元件安装槽和所述通气管道相接的地方构成用于对所述感应元件进行轴向定位的台阶面；

所述定位板远离所述环形封装壳体的侧面通过粘结剂与所述台阶面固连，和/或，所述环形封装壳体的外壁通过粘结剂与所述感应元件安装槽固连。

可选地，在上述一体式微型孔压传感器中，所述感应元件安装槽内的通孔为第一阶梯孔，所述第一阶梯孔中：

靠近所述多空过滤器的孔段为与所述环形封装壳体适配的第一孔段；

靠近所述通气管道的孔段为与所述定位板适配的第二孔段；

所述第一孔段的孔径小于所述第二孔段的孔径。

可选地，在上述一体式微型孔压传感器中，所述过滤器安装槽口和所述感应元件安装槽之间向内凸出设置有间隔槽，其中：

所述间隔槽的孔径小于所述多孔过滤器的端部直径，以对所述多孔过滤器进行轴向限位；

所述间隔槽的环形内壁面和位于所述间隔槽两侧的所述多孔过滤器和所述感应元件之间构成0.1mm至0.5mm厚的空腔结构。

可选地，在上述一体式微型孔压传感器中，所述间隔槽的孔径小于所述第一孔段的孔径。

可选地，在上述一体式微型孔压传感器中，所述过滤器安装槽口内沿轴线方向依次设置有：与所述多孔过滤器形状适配的端部开口(040)、与定位密封圈适配的密封圈定位槽、用于填充密封脂的过滤器胶封槽。

可选地，在上述一体式微型孔压传感器中，所述端部开口(040)的孔径为D1，所述密封圈定位槽的孔径为D2，所述过滤器胶封槽的孔径为D3，D2＞D3＞D1。

可选地，在上述一体式微型孔压传感器中，所述多孔过滤器的一端为圆柱形侧壁结构，另一端为锥形侧壁结构，所述定位密封圈与所述圆柱形侧壁结构适配，所述锥形侧壁结构位于所述过滤器胶封槽内。

可选地，在上述一体式微型孔压传感器中，所述主壳体上设置有用于连接所述通气线缆的倒钩宝塔头结构，所述倒钩宝塔头结构内设置有与所述通气管道连通的通孔，所述倒钩宝塔头结构的外侧设置有倒钩台阶。

可选地，在上述一体式微型孔压传感器中，所述主壳体上用于连接所述通气线缆的端部设置有用于填充密封脂的密封凹槽，所述倒钩宝塔头结构连接端位于所述密封凹槽的底部。

可选地，在上述一体式微型孔压传感器中，所述通气管道内的通孔为第二阶梯孔，所述第二阶梯孔中，与所述感应元件安装槽相邻的孔段为第三孔段，与所述倒钩宝塔头结构相接的孔段为第四孔段，所述第三孔段的孔径大于所述第四孔段的孔径。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的一体式微型孔压传感器中，通过无应力胶和粘结剂实现了传感器芯片级封装，通过主壳体实现了器件级封装，传感器整体实现了对传感器内的感应元件进行电磁屏蔽、电绝缘、侧应力隔离、热隔离等处理。而且，环形封装壳体能够最大程度地保护压阻式芯体不受传感器两侧应力作用，确保压阻式芯体正常工作；无应力胶可以直接避免感应元件与孔隙流体直接接触，从而有效防止饱和流体中细小颗粒等杂质损伤感应元件，大大降低了传感器的故障率。从而，本发明提供的一体式微型孔压传感器具有较高的长期稳定性和抗干扰性能，能够适用于高频响、高精度的土工离心试验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器的第一分解结构轴测图；

图2为本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器的第二分解结构轴测图；

图3为本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器的第一整体结构轴测图；

图4为本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器的第二整体结构轴测图；

图5为本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器的主视图；

图6为本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器的剖视图；

图7为本发明实施例提供的多孔过滤器的轴测图；

图8为本发明实施例提供的多孔过滤器的侧视图；

图9为本发明实施例提供的密封圈的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的感应元件的第一轴测图；

图11为本发明实施例提供的感应元件的第二轴测图；

图12为本发明实施例提供的设置有倒钩宝塔头结构的主壳体的第一透视轴测图；

图13为本发明实施例提供的设置有倒钩宝塔头结构的主壳体的第二透视轴测图；

图14为本发明实施例提供的设置有倒钩宝塔头结构的主壳体的剖视图；

图15为本发明实施例提供的通气线缆的结构示意图。

其中：

01-多孔过滤器，02-定位密封圈，03-感应元件，04-不锈钢主壳体，

05-倒钩宝塔头结构，06-通气线缆；

011-多孔过滤器的侧面，012-多孔过滤器的梯形端面；

031-环形封装壳体，032-压阻式芯体，033-凹型芯体安装槽，

034-定位板，035-传感器线缆，036-通气孔；

040-端部开口，041-密封圈定位槽，042-过滤器胶封槽，

043-传感器空腔结构，044-感应元件安装槽，045-通气管道，

046-密封凹槽；

051-倒钩台阶。

具体实施方式

本发明公开了一种新型结构且性能优良的一体式微型孔压传感器，能够适用于高频响、高精度的土工离心试验，并且故障率低、稳定性高、抗干扰性能强。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图15，图1为本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器的第一分解结构轴测图；图2为本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器的第二分解结构轴测图；图3为本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器的第一整体结构轴测图；图4为本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器的第二整体结构轴测图；图5为本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器的主视图；图6为本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器的剖视图；图7为本发明实施例提供的多孔过滤器的轴测图；图8为本发明实施例提供的多孔过滤器的侧视图；图9为本发明实施例提供的密封圈的结构示意图；图10为本发明实施例提供的感应元件的第一轴测图；图11为本发明实施例提供的感应元件的第二轴测图；图12为本发明实施例提供的设置有倒钩宝塔头结构的主壳体的第一透视轴测图；图13为本发明实施例提供的设置有倒钩宝塔头结构的主壳体的第二透视轴测图；图14为本发明实施例提供的设置有倒钩宝塔头结构的主壳体的剖视图；图15为本发明实施例提供的通气线缆的结构示意图。

本发明实施例提供了一种新型结构且性能优良的一体式微型孔压传感器(也可称为“一体式微型孔压传感器”，或简称为“传感器”)。该一体式微型孔压传感器包括多孔过滤器01、感应元件03、主壳体04和通气线缆06，进一步还包括定位密封圈02和倒钩宝塔头结构05。

具体地，在上述一体式微型孔压传感器中，主壳体04内沿轴线方向依次设置有过滤器安装槽口、感应元件安装槽044和通气管道045，多孔过滤器01安装在过滤器安装槽内，感应元件03安装在感应元件安装槽044内，感应元件03尾端的传感器线缆035通过通气管道045伸出主壳体04外，以与通气线缆06连接。

具体地，在上述一体式微型孔压传感器中，感应元件03包括环形封装壳体031、压阻式芯体032、定位板034和传感器线缆035，定位板034固连设置于环形封装壳体031的一端以令环形封装壳体031内构成凹型芯体安装槽033，压阻式芯体032位于凹型芯体安装槽033内且设置在定位板034的侧面上，传感器线缆035与压阻式芯体032连接且穿过定位板034伸入通气管道045内，定位板034上设置有连通孔036。

其中：

环形封装壳体031用于保护压阻式芯体032不受传感器两侧应力作用，确保压阻式芯体032可正常工作；

压阻式芯体032主要是感受被测量饱和/非饱和土体内部孔隙流体的压力值，并通过内置四个等值扩散硅电阻，形成惠斯通电桥电路，将孔隙流体压力值转换成电压变化量输出；

凹型芯体安装槽033正面开窗，内部填充和涂抹设置有无应力胶，无应力胶作为压阻式芯体032的缘隔离保护层，以避免土体内部孔隙流体中的微小土颗粒等杂质直接作用于压阻式芯体032引起阻式芯体032发生不可逆损伤；

感应元件安装槽044用于对感应元件03进行安装与定位，防止感应元件03发生位置变化，其中，感应元件安装槽044和通气管道045相接的地方构成用于对感应元件03进行轴向定位的台阶面0441；

定位板034远离环形封装壳体031的侧面通过粘结剂与台阶面0441固连，以固定感应元件03，和/或，环形封装壳体031的外壁通过粘结剂与感应元件安装槽044固连，以固定感应元件03；

连通孔036和通气管道045的作用主要是能够令压阻式芯体032连通外界大气压，使得传感器以大气压作为参考基准，对外界的压力变化量进行量测，传感器正常工作是连通孔036和通气管道045均不能堵塞。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器中，通过无应力胶和粘结剂实现了传感器芯片级封装，通过主壳体04实现了器件级封装，传感器整体实现了对传感器内的感应元件03进行电磁屏蔽、电绝缘 、侧应力隔离 、热隔离等处理。而且，环形封装壳体 031能够最大程度地保护压阻式芯体 032 不受传感器两侧应力作用，确保压阻式芯体032正常工作；无应力胶可以直接避免感应元件03与孔隙流体直接接触，从而有效防止饱和流体中细小颗粒等杂质损伤感应元件03，大大降低了传感器的故障率。从而，本发明实施例提供的上述一体式微型孔压传感器具有较高的长期稳定性和抗干扰性能，能够适用于高频响、高精度的土工离心试验。

具体地，主壳体04为不锈钢壳体。通气电缆06是采用硅胶线材质，具有良好的耐压、耐磨、耐腐蚀等特点，用于保护传感器线缆035，且传感器工作时其内部不能发生堵塞。具体可参见图11至图14。

优选地，感应元件03中，环形封装壳体031的直径小于定位板034的直径。从而，对应地，感应元件安装槽044内的通孔为第一阶梯孔，第一阶梯孔中：靠近多空过滤器01的孔段为与环形封装壳体031适配的第一孔段；靠近通气管道045的孔段为与定位板034适配的第二孔段，第一孔段的孔径小于第二孔段的孔径。

具体地，在生产过程中，通过电子束焊的方式将感应元件03安装在感应元件安装槽044内。

为了进一步优化上述技术方案，在上述一体式微型孔压传感器中，过滤器安装槽口和感应元件安装槽044之间向内凸出设置有间隔槽043，具体可参见图6和图14。其中：

间隔槽043的孔径小于多孔过滤器01的端部直径，以对多孔过滤器01进行轴向限位；

间隔槽043的环形内壁面和位于间隔槽043两侧的多孔过滤器01和感应元件03之间构成0.1mm至0.5mm厚的空腔结构a。一般情况下，凹型芯体安装槽033内填充满无应力胶，也就是说，该无应力胶与多孔过滤器01之间保持0.1mm至0.5mm厚的空腔结构a。也就是说，多孔过滤器和感应元件之间的间隙距离控制在0.5mm以内，优选为0.1mm至0.5mm。

使用过程中，多孔过滤器01将土颗粒与孔隙流体相互分离，让土体中的孔隙流体可自由进出上述空腔结构a，进而作用在感应元件03上。

通过该空腔结构设计，能够最大程度地确保感应元件03不受传感器两侧应力作用，且直接避免感应元件03与孔隙流体接触，从而有效防止饱和流体中细小颗粒等杂质损伤感应元件03。也就是说，该空腔结构设计可以有效防止土体内部孔隙流体的微小土颗粒等杂质造成多孔过滤器01与感应元件03的桥连，有效的保护传感器的感应元件03。(而现有技术中的一体式微型孔压传感器往往没有设置该空腔结构，从而土体内部孔隙流体的微小土颗粒等杂质容易造成多孔过滤器与感应元件的桥连，进而造成应力集中现象，导致传感器的量测数据与真实情况存在较大偏差。)

具体地，间隔槽043的孔径小于感应元件安装槽044的第一孔段的孔径，从而对感应元件03能够起到轴向限位作用。

在具体实施例中，上述一体式微型孔压传感器中的过滤器安装槽口内，沿轴线方向依次设置有：与多孔过滤器01形状适配的端部开口040、与定位密封圈02(例如“O型密封圈”)适配的密封圈定位槽041、用于填充密封脂的过滤器胶封槽 042。其中，端部开口040的孔径为D1，密封圈定位槽041的孔径为D2，过滤器胶封槽 042的孔径为D3，D2＞D3＞D1。

从而，在将多孔过滤器01安装在过滤器安装槽口内时：上述端部开口040能够对多孔过滤器01进行周向定位，防止其发生晃动；定位密封圈02安装在密封圈定位槽041内，对多孔过滤器01起到定位和密封的作用；过滤器胶封槽042内填充有密封脂(也可称为密封胶)，密封脂与多孔过滤器01的端部(具体为下文中所说的锥形侧壁结构012)充分接触，从而进一步实现主壳体04和多孔过滤器01之间的密封，并对多孔过滤器01起到固定作用。

可见，该一体式微型孔压传感器中，设置有密封圈定位槽041和定位密封圈02，并通过过滤器胶封槽042与密封胶的配合，可有效防止由于传感器长期处于饱和流体中而造成多孔过滤器脱落的现象。

具体地，定位密封圈02采用氟胶材质，具有良好的耐高温、耐高压、耐水耐油、抗腐蚀性强等特点，其主要作用是与多孔过滤器侧面011配合，起到定位与固定多孔过滤器01，如图9所示。

具体地，在进行土工试验前，该一体式微型孔压传感器可依据现场测试试验或岩土物理模型试验的不同土体类型的渗透率大小选择合适的多孔过滤器01，该一体式微型孔压传感器可配置的多孔过滤器01主要以不锈钢烧结过滤器、细烧青铜过滤器、多孔陶瓷过滤器类型为主，可选择过滤粒径范围20um～0.2mm。

优选地，如图7和图8所示：多孔过滤器01的一端为圆柱形侧壁结构011，另一端为锥形侧壁结构012，定位密封圈02与圆柱形侧壁结构011适配，锥形侧壁结构012位于过滤器胶封槽042内。过滤器胶封槽内填充密封脂与锥形侧壁结构012粘接固定，有利于扩大接触胶封面积，从而进一步起到固定多孔过滤器的作用，以确保该一体式微型孔压传感器处于土工离心试验、岩土构筑物、场地地基等饱和流体长期监测环境中时，多孔过滤器不易松动与脱落，降低一体式微型孔压传感器的故障率。

请参见图6，以及图12至图14，为了进一步优化上述技术方案，在上述一体式微型孔压传感器中，主壳体04上设置有用于连接通气线缆06的倒钩宝塔头结构05，倒钩宝塔头结构05内设置有与通气管道045连通的通孔，倒钩宝塔头结构05的外侧设置有倒钩台阶051。通气线缆06连接倒钩宝塔头结构05的端部外径较大，其内部通孔与倒钩宝塔头结构05适配，且紧密连接。

请参见图2、图6、图12至图14，在具体实施例中，上述一体式微型孔压传感器的主壳体04上，用于连接通气线缆06的端部设置有密封凹槽046，倒钩宝塔头结构05连接端位于密封凹槽046的底部。该密封凹槽046用于填充密封脂，进而对主壳体04和通气电缆06的连接处进行密封。该密封凹槽046、倒钩宝塔头结构05和密封脂构成的防水结构，其主要作用是将传感器主壳体与通气电缆进行连接，并起到防水、密封线缆的作用。其中，倒钩宝塔头结构05用于进一步与通气电缆06紧密配合，确保传感器内部不会进水，且确保通气管道045与大气压相连通。

可见，在上述一体式微型孔压传感器中，采用了倒钩宝塔头结构与密封脂配合的全新防水密封结构，可有效提高传感器线缆的密封性能，更好的适用于土工离心试验中饱和流体的长期监测需求。

具体地，在上述一体式微型孔压传感器中，通气管道045内的通孔为第二阶梯孔。该第二阶梯孔中，与感应元件安装槽044相邻的孔段为第三孔段，与倒钩宝塔头结构05相接的孔段为第四孔段，第三孔段的孔径大于第四孔段的孔径。

此外，本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器的具体使用步骤如下：

(1)将一体式微型孔压传感器放置于浓度95％酒精中浸泡2h。然后，将一体式微型孔压传感器取出放置于加热的100℃无气水中进行煮沸清理5min，直至一体式微型孔压传感器的多孔过滤器表面无气泡冒出，重复上述步骤3～5次，即可完成一体式微型孔压传感器的清理工作。

(2)将完成清理的一体式微型孔压传感器置于真空饱和罐内，缓慢注入饱和流体无气水，抽真空饱和1.0h后，打开饱和罐和适当搅拌利于水中气泡排出，重新抽真空饱和0.5h，重复上述步骤8～10次，即可完成对一体式微型孔压传感器中多孔过滤器的饱和过程。

(3)将一体式微型孔压传感器放置于标定装置中，将传感器通气电缆与数据采集仪进行连接，并依据相关国家标准与行业规范《压力传感器性能试验方法》(GB/T 15478—2015)和《土工离心模型试验技术规程》(DL/T 5102—2013)对传感器的各项性能指标(静态性能：灵敏度、静态相关系数、线性度等参数。动态性能：响应时间、频响速率、动态相关系数等参数)进行标定过程。

(4)将完成标定的一体式微型孔压传感器从标定装置中取出，并放置于饱和流体中进行浸泡，直至土工试验需布设传感器时，在一体式微型孔压传感器的多孔过滤器表明涂抹一层凡士林，以防止多孔过滤器与空气接触。

综上可见，本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器具有如下优点：

(1)感应元件封装方式:

本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器为一体式土工试验一体式微型孔压传感器，其内部感应元件安装于环形封装壳体内部，可有效降低传感器两侧的应力作用；

在感应元件的凹型芯体安装槽内部填充与涂覆有无应力胶作为绝缘隔离保护层，可有效避免土体内部孔隙流体中的微小土颗粒等杂质直接作用于压阻式芯体而对压阻式芯体造成不可逆损伤。

进而，通过环形封装壳体，以及无应力胶的填充与涂覆，对传感器感应元件形成双重保护，使得压阻式芯体相较于以往传统传感器的封装方式，可最大程度减小强弱电磁干扰、两侧应力作用，提高热隔离和电绝缘强度，以适应土工离心试验等各种恶劣工作环境，以降低一体式一体式微型孔压传感器的故障率与损坏。

(2)多孔过滤器安装方式：

本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器中，多孔过滤器通过密封圈定位槽安装O型密封圈，进而通过O型密封圈定位多孔过滤器的位置；通过过滤器胶封槽与填充密封脂的方式，与多孔过滤器端部的锥形侧壁结构充分粘结，从而扩大了接触胶封面积，进一步起到固定多孔过滤器的作用，以确保该一体式微型孔压传感器处于土工离心试验、岩土构筑物、场地地基等饱和流体长期监测环境中时，多孔过滤器不易松动与脱落，降低一体式微型孔压传感器的故障率。

(3).传感器防水密封方式：

本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器中，在主壳体的一端设置有密封凹槽，用于填充密封脂，进而密封通气电缆；进一步，通过倒钩宝塔头结构与通气电缆紧密配合，保证传感器内部不会进水汽与积累水珠，并且确保通气管道与大气压相连通，使得传感器可正常工作。密封凹槽、密封脂、倒钩宝塔头结构相结合，对通气电缆可起到良好的防水密封与承压作用。并且经过大量实验结果，证明本发明提供的防水结构相较于传统传感器的防水结构具有更好的防水密封效果，当长期处于土工离心试验的高离心加速度环境下的饱和土体时，传感器通气电缆内部没有发现水汽累积，确保了一体式微型孔压传感器量测孔隙水压力值的准确性和可靠性。

(4).传感器空腔结构设计：

本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器中，设计了空腔结构(即图6中所示的多孔过滤器01和感应元件03之间的空腔结构a)。当土体内部孔隙流体的微小土颗粒等杂质，由多孔过滤器进入传感器内部，由于该空腔结构的存在，能够避免微小土颗粒造成的多孔过滤器与感应元件的桥连所引起的应力集中现象，以避免传感器损坏。但是，考虑到传感器的频响速率与空腔结构的大小成正比，所以，该空腔结构不宜过大，并且空腔过大容易累积大量气泡，进而造成传感器的频响滞后与幅值衰减，因此，本发明实施例提供的一体式微型孔压传感器中的空腔结构的厚度(即多孔过滤器和感应元件之间的间隙距离)控制在0.5mm以内。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种一体式微型孔压传感器，其特征在于，所述一体式微型孔压传感器包括多孔过滤器(01)、感应元件(03)、主壳体(04)和通气线缆(06)，其中：

所述主壳体(04)内沿轴线方向依次设置有过滤器安装槽口、感应元件安装槽(044)和通气管道(045)，所述多孔过滤器(01)安装在所述过滤器安装槽内，所述感应元件(03)安装在所述感应元件安装槽(044)内，所述感应元件(03)尾端的传感器线缆(035)通过所述通气管道(045)伸出所述主壳体(04)外，以与所述通气线缆(06)连接；

所述感应元件(03)包括环形封装壳体(031)、压阻式芯体(032)、定位板(034)和所述传感器线缆(035)，所述定位板(034)固连设置于所述环形封装壳体(031)的一端以令所述环形封装壳体(031)内构成凹型芯体安装槽(033)，所述压阻式芯体(032)位于所述凹型芯体安装槽(033)内且设置在所述定位板(034)的侧面上，所述传感器线缆(035)与所述压阻式芯体(032)连接且穿过所述定位板(034)伸入所述通气管道(045)内，所述定位板(034)上设置有连通孔(036)；

所述凹型芯体安装槽(033)内填充和涂抹设置有无应力胶；

所述感应元件安装槽(044)和所述通气管道(045)相接的地方构成用于对所述感应元件(03)进行轴向定位的台阶面(0441)；

所述定位板(034)远离所述环形封装壳体(031)的侧面通过粘结剂与所述台阶面(0441)固连，和/或，所述环形封装壳体(031)的外壁通过粘结剂与所述感应元件安装槽(044)固连；

所述感应元件安装槽(044)内的通孔为第一阶梯孔，所述第一阶梯孔中：

靠近所述多孔过滤器(01)的孔段为与所述环形封装壳体(031)适配的第一孔段；

靠近所述通气管道(045)的孔段为与所述定位板(034)适配的第二孔段；

所述第一孔段的孔径小于所述第二孔段的孔径；

所述过滤器安装槽口和所述感应元件安装槽(044)之间向内凸出设置有间隔槽(043)，其中：

所述间隔槽(043)的孔径小于所述多孔过滤器(01)的端部直径，以对所述多孔过滤器(01)进行轴向限位；所述间隔槽(043)的孔径小于所述感应元件安装槽(044)的第一孔段的孔径，以对所述感应元件(03)起到轴向限位作用；

所述间隔槽(043)的环形内壁面和位于所述间隔槽(043)两侧的所述多孔过滤器(01)和所述感应元件(03)之间构成0.1mm至0.5mm厚的空腔结构；

所述过滤器安装槽口内沿轴线方向依次设置有：与所述多孔过滤器(01)形状适配的端部开口(040)、与定位密封圈(02)适配的密封圈定位槽(041)、用于填充密封脂的过滤器胶封槽(042)；

所述端部开口(040)的孔径为D1，所述密封圈定位槽(041)的孔径为D2，所述过滤器胶封槽(042)的孔径为D3，D2＞D3＞D1；

所述多孔过滤器(01)的一端为圆柱形侧壁结构(011)，另一端为锥形侧壁结构(012)，所述定位密封圈(02)与所述圆柱形侧壁结构(011)适配，所述锥形侧壁结构(012)位于所述过滤器胶封槽(042)内。

2.根据权利要求1所述的一体式微型孔压传感器，其特征在于，所述间隔槽(043)的孔径小于所述第一孔段的孔径。

3.根据权利要求1所述的一体式微型孔压传感器，其特征在于，所述主壳体(04)上设置有用于连接所述通气线缆(06)的倒钩宝塔头结构(05)，所述倒钩宝塔头结构(05)内设置有与所述通气管道(045)连通的通孔，所述倒钩宝塔头结构(05)的外侧设置有倒钩台阶(051)。

4.根据权利要求3所述的一体式微型孔压传感器，其特征在于，所述主壳体(04)上用于连接所述通气线缆(06)的端部设置有用于填充密封脂的密封凹槽(046)，所述倒钩宝塔头结构(05)连接端位于所述密封凹槽(046)的底部。

5.根据权利要求3所述的一体式微型孔压传感器，其特征在于，所述通气管道(045)内的通孔为第二阶梯孔，所述第二阶梯孔中，与所述感应元件安装槽(044)相邻的孔段为第三孔段，与所述倒钩宝塔头结构(05)相接的孔段为第四孔段，所述第三孔段的孔径大于所述第四孔段的孔径。