[實用新型]基于Lamb波原理的混凝土內鋼筋銹蝕監測傳感器

有效

• 申請號: 201420659718.7
• 申請日: 2014-11-07
• 公開（公告）號: CN204177715U
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 逯彥秋;周文松;蘭成明
• 申請（專利權）人: 北京奧科瑞檢測技術開發有限公司
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于土木工程結構健康監測、鋼筋混凝土結構耐久性領域，具體涉及一種基于Lamb波原理的混凝土內鋼筋銹蝕監測傳感器。

背景技術

混凝土結構中鋼筋的銹蝕是影響工程結構的正常使用和耐久性，進而引起結構破壞的重要因素之一。因此，人們希望能夠了解結構的銹蝕環境情況，或在結構嚴重破壞之前就監測到混凝土內鋼筋的銹蝕狀態，并進行預警，使得損失降至最低或在破壞之前進行必要的補救措施。

監測銹蝕的方法有很多種，比如用于鋼筋銹蝕監測的方法可以分成物理方法和化學方法。物理法有電阻探針法和光纖傳感方法，前者采用一個與結構配筋材質相同的探針，將探針埋入到混凝土結構中，實時監測探針電阻的變化，來推斷鋼筋銹蝕的速率和銹蝕的程度。并且此方法可以直接將混凝土中鋼筋直接作為探針使用，對鋼筋進行實時監測，確定其銹蝕速度。光纖傳感方法主要是由于光纖受應力影響產生應變，界面也隨之變化，這時光子在光纖中傳播的波長、相位、頻率、偏振都會發生改變。光纖傳感器耐銹蝕和耐久性好、抗干擾能力強，并且光纖傳感器能夠進行空間連續性監測。但光纖傳感技術由于工藝要求很高，造價高昂，其相關的監測理論不成熟等缺點極大的限制了光纖傳感技術的應用領域。化學法有電池電位法、線性極化法和交流阻抗方法等。半電池電位法的技術理論最成熟，通過監測鋼筋表面的電勢的變化，進行比較就可以判定銹蝕的狀態，而這一過程就相當于一個化學電池，所以稱為半電池電位法，但此方法不能得到鋼筋的銹蝕速度，在鋼筋保護層較厚的時候電位圖不準確。線性極化法能夠快速測量金屬附近銹蝕速率，利用在金屬銹蝕點附近外加電極的極化電流與金屬的極化電位之間存在近似線性的關系，測量瞬態銹蝕速率。該方法不易實現長時間嵌入式在線監測，且由于極化電阻與電位易受多種因素擾動，不能判斷鋼筋確切的銹蝕狀態。交流阻抗法是對目標體系發出一段微小的電流，測量目標體系對這段微小電流的反應，通過測量到的交變電流譜，然后對比比較交變電流譜得到混凝土銹蝕參數，此方法雖然是一種動態的測量方法，但是由于其測量儀器非常昂貴，不符合節約經濟的條件。并且測量不能在短期內完成，時間跨度久，測量所得數據量大，受外界影響較大，后期數據處理相當困難，不適合野外測量等等缺點。

Lamb波屬于在薄板結構中傳播的超聲導波，目前國內也有研究基于超聲導波理論的鋼筋銹蝕監測方法，但該方法是用于全尺寸長度的鋼筋上，并不是一種傳感器產品，當用于混凝土中時，存在導波信號泄漏，傳感器接收到的導波信號微弱和復雜的不足之處，難以應用到實際工程中。另外，鋼筋是實心圓柱體，在鋼筋中傳播的導波在可用的頻段模態非常多（多達十余個模態），信號會更加復雜。《預應力技術》（2014，No.2）所發表文章“鋼筋混凝土腐蝕損傷超聲導波信號小波分析及評價”涉及一種直接在鋼筋上激發導波并進行缺陷檢測的方法，由于實際工程結構中鋼筋的長度很長，且鋼筋中導波模態復雜，混凝土的存在也會使得傳感器接收到的信號更復雜，因此距離實際工程應用尚有一定差距。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種基于Lamb波原理的混凝土內鋼筋銹蝕監測傳感器。

本實用新型所采用的技術如下：一種基于Lamb波原理的混凝土內鋼筋銹蝕監測傳感器，包括長條形薄鋼片和四個矩形壓電陶瓷片，長條形薄鋼片的每端的正、反兩面分別緊密粘貼有兩個矩形壓電陶瓷片，每個矩形壓電陶瓷片的正負電極用導線接出；其中一端的兩個矩形壓電陶瓷片作為驅動器，當在矩形壓電陶瓷片厚度方向，即矩形壓電陶瓷片的上下兩個大面積表面上施加高頻窄帶脈沖電壓時，其產生Lamb波在薄鋼片中傳播；另外一端的兩個矩形壓電陶瓷片作為傳感器，接收到自長條形薄鋼片傳來的Lamb波，根據Lamb波信號特征判斷鋼片銹蝕狀況，從而判斷周圍環境、結構或其他對象的銹蝕情況。其中壓電片電極面和連接導線等在埋設前需做防腐處理，防止發生銹蝕。

本實用新型還具有如下技術特征：所述的長條形薄鋼片的同一端兩個壓電驅動器在進行高頻窄帶脈沖激勵時，所施加的電壓為反對稱，即分別將這兩個壓電片的粘貼于鋼片的一面作為負極，同時在另一面施加正電壓。