[發明專利]植入式混凝土三維空間應力監測傳感器

無效

• 申請號: 201310428041.6
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN104458073A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 杜國鋒;張志忠;宋鑫;張東山;宛超
• 申請（專利權）人: 長江大學
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 熊成香

技術領域：

本發明涉及一種植入式混凝土三維空間應力監測傳感器，屬混凝土結構應力監測方法技術領域。

背景技術：

混凝土結構具有承載力高、耐久性好、經濟性好等優點，是我國工程建設中采用的主要結構材料。

近年來，各種自然災害和人為事故大多造成混凝土工程結構的嚴重破壞，還有一些災害現象無法從現有的理論中得到很好的解釋。由于試驗客觀條件的限制，目前還很難進行原型混凝土結構的災害破壞試驗，對工程結構進行災害監測已成為了解結構損傷破壞機理的重要手段。目前常用的基于加速度的整體監測信息難以反映結構局部損傷機制，只有結合局部彈塑性應力演化過程才能夠有效分析結構從材料、構件到結構系統等不同尺度下的損傷破壞動力學行為，揭示結構破壞的動力損傷演化機理。

最直接的混凝土結構應力監測方法就是埋入傳感器測量結構內部的應力狀態，進而判斷結構局部的健康狀況。常用的力傳感器有電阻應變式力傳感器、壓阻式力傳感器和電容式力傳感器，但這些傳感器存在動態響應滯后、使用壽命短、制作工藝復雜、線性關系不好、測量精度低等問題，況且不適于植入混凝土內部；傳統的基于變形的傳感器，如應變片、位移計、LVDT、光纖光柵等，都要結合材料的本構關系間接獲得應力信息，一旦結構進入非線性階段，得到的應力信息就不準確了；況且這些傳感器也不適于植入鋼管混凝土內部。

壓電智能材料具有集傳感和驅動于一體的優越特性，具有響應速度快、線性關系好、能耗低、造價低廉且易加工成型等優點，適合于結構健康監測領域。目前，利用壓電材料制作的可植入混凝土內部的應力傳感器主要有水泥基和大理石基兩種；但這兩種傳感器存在的不足之處主要為：（1）水泥基傳感器在高應力下容易開裂破壞，且壓電片定位位置不易保證；（2）大理石基傳感器加工制作困難，石材易碎；（3）現有的水泥基和大理石基應力傳感器只適于監測單軸壓應力或剪應力，尚未有可同時監測混凝土三軸應力的。

發明內容：

為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種植入式混凝土三維空間應力監測傳感器，可以動態監測混凝土結構內部某點的三維空間應力，埋入混凝土內可以等同于粗骨料，不會改變測點處的應力分布，體積小、強度高、與混凝土相容性好，具有原理和構造簡單、可植入性好、抗外部干擾強、動態響應靈敏、造價低廉的特點。

本發明是通過如下技術方案來實現上述目的的。

在植入式混凝土三維空間應力監測傳感器的結構中，設置有立方體金屬內核、金屬保護殼、d33型壓電陶瓷片、d15型壓電陶瓷片、AB膠、高強環氧樹脂絕緣膠、三芯屏蔽導線、屏蔽接頭；在立方體金屬內核的六個外表面粘貼有三個d33型壓電陶瓷片和三個d15型壓電陶瓷片；三個d33型壓電陶瓷片和三個d15型壓電陶瓷片對稱粘貼；壓電陶瓷片采用AB膠粘貼在立方體金屬內核上；在立方體金屬內核的六個外表面和壓電陶瓷片上涂有高強環氧樹脂絕緣膠作為絕緣層和防水保護層；將金屬保護殼依次粘貼于立方體金屬內核各面上的高強環氧樹脂絕緣膠層上；d33型壓電陶瓷片和d15型壓電陶瓷片為正負極在同一面上的壓電陶瓷片；三芯屏蔽導線的一端焊接在壓電陶瓷片的正負極上，另一端與屏蔽接頭相連接。

本發明與現有的技術相比具有如下有益效果：

1、本發明的植入式混凝土三維空間應力監測傳感器可以動態監測混凝土結構內部某點的三維空間應力。

2、本發明的植入式混凝土三維空間應力監測傳感器體積小、強度高、與混凝土相容性好，埋入混凝土內可以等同于粗骨料，不會改變測點處的應力分布。

3、本發明的植入式混凝土三維空間應力監測傳感器原理和構造簡單、可植入性好、抗外部干擾強、動態響應靈敏、造價低廉，適于土木工程健康監測領域。

附圖說明:

圖1為本發明的傳感器的總體結構示意圖。

圖2為本發明的傳感器的斷面結構示意圖。

在圖中:1.立方體金屬內核、2.金屬保護殼、3.d33型壓電陶瓷片、4.d15型壓電陶瓷片、5.AB膠、6.高強環氧樹脂絕緣膠、7.三芯屏蔽導線、8.屏蔽接頭。

具體實施方式：

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。