[發明專利]碳纖維導電水泥基復合材料工程應變測量系統

無效

• 申請號: 200910010186.8
• 申請日: 2009-01-17
• 公開（公告）號: CN101509757A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 徐世烺;宋世德;田亞峰;尉文婷;尹世平
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 大連理工大學專利中心
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明屬于土木工程、水利水電工程和交通工程技術領域，涉及一種工程現場檢測領域的應變測量系統，特別涉及到碳纖維導電水泥基復合材料的工程應變測量系統。

背景技術

在工程現場檢測中，目前常用的方法有外貼應變片法和光彈貼片法。電阻應變片的電阻值隨結構的變形而變化，其制作和檢測技術也比較成熟。但是電阻應變片的靈敏系數比較低，且耐久性較差，不適宜做長期的現場監測；電阻應變片所量測部位混凝土一旦開裂，應變片即失效，不能繼續工作，適用范圍也有很大的限制。碳纖維導電水泥基復合材料的電阻隨其變形而可逆變化，電阻—應變靈敏度遠高于傳統的電阻應變片測量方法，因此有望實現高精度的應變測量。但由于碳纖維導電水泥基復合材料的電阻受到含水率、齡期、溫度等多方面的影響，致使測量結果有很大的不確定性，在實際應用中受到很大的限制。

大量文獻中直接采用萬用表測量基于碳纖維導電砂漿、碳纖維導電混凝土等材料的電阻，或者采用精密電壓表和精密電流表間接得到其電阻，并通過整體電阻的對比來分析應力與電阻或電阻變化量的關系，具有試驗裝置簡單，測試結果直觀等優點。但是由于應力引起的電阻變化量與基體電阻相比仍然比較小，因此上述方法精度不高。

專利CN?1451955A在混凝土梁的上下表面敷設碳纖維增強水泥，組成夾層結構進行檢測，可以消除環境溫度的影響并改善應變敏感的穩定性。但是碳纖維增強水泥的電阻還受到含水率、齡期等其它因素的影響，由于實際的工程現場條件復雜，梁上下表面必然出現溫度、含水率的不一致，從而影響補償的效果。

發明內容

本發明要解決技術問題是提供一種適用于工程現場長期監測、穩定性高、適用范圍廣、實現多因素補償的碳纖維導電水泥基復合材料工程應變測量系統，以彌補目前碳纖維導電水泥基復合材料在實際應用中應變檢測方面的不足。

本發明的技術方案是：

采用短切碳纖維制作碳纖維水泥基導電試件，在試件的兩端埋設不銹鋼網電極，制作出碳纖維導電水泥基應變傳感器；將碳纖維導電水泥基應變傳感器嵌入需要檢測的部位；同時在應力較小的部位嵌入起補償作用的碳纖維導電水泥基應變傳感器，該處的碳纖維導電水泥基應變傳感器布設方向與主受力方向垂直；將碳纖維導電水泥基應變傳感器和補償用碳纖維導電水泥基應變傳感器等同為兩個電阻，采用雙路恒流源進行激勵，采用兩根屏蔽信號線將兩個傳感器的電壓信號接入信號濾波放大器，計算機通過數據采集卡采集放大的電信號，通過運算得到結構待測部位的應變值。

通過補償用碳纖維導電水泥基應變傳感器的設置，可以抵消碳纖維導電水泥基應變傳感器因含水率、齡期、溫度等多種因素引起的電阻變化，提高測量準確度。為了實現準確補償，需要保證所用的碳纖維導電水泥基應變傳感器和補償用碳纖維導電水泥基應變傳感器是同批次、同規格的，二者電阻在相同條件下應相等，如果電阻值不等，則采用精細研磨的方式對兩種傳感器的電阻進行修正。

上述碳纖維導電水泥基應變傳感器的制作方法為：將分散均勻的短切碳纖維加到由水泥、硅灰、砂、減水劑、消泡劑、水拌合的混合砂漿中充分攪拌，之后澆筑成型，拆模后在實際結構施工時預埋入相應的位置。碳纖維導電水泥基應變傳感器的配合比根據實際工程需要進行調整，其強度宜低于所測位置的強度。

本發明的效果和益處是：采用本發明提出的碳纖維導電水泥基復合材料工程應變測量系統，能夠提高碳纖維導電水泥基應變傳感器的應變檢測靈敏度，并且能夠置入需要檢測的部位，具有良好的界面相容性；通過補償用碳纖維導電水泥基應變傳感器的設置，能夠消除含水率、齡期、溫度等因???素對其應變—電阻特性的影響，實現穩定、準確的應變測量；通過恒流源和信號濾波放大器能夠準確測量外界應力引起的碳纖維導電水泥基應變傳感器電阻的變化量，應變檢測的靈敏度高。

附圖說明

附圖1是碳纖維導電水泥基復合材料工程應變測量系統。

附圖2是碳纖維導電水泥基應變傳感器的結構示意圖。

圖中：1?碳纖維導電水泥基應變傳感器；2?補補償用碳纖維導電水泥基應變傳感器；3?混凝土梁；4?屏蔽信號線；5?100μA精密恒流源；6?信號濾波放大器；7?數據采集卡；8?計算機；9?碳纖維導電水泥基應變傳感器基體；10?不銹鋼網電極。

具體實施方式

以下結合技術方案和附圖詳細敘述說明本發明的最佳實施例。