[發明專利]施加預緊力的壓電陶瓷動態拉應力傳感器及其標定方法

在審

• 申請號: 201810044884.9
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN107991006A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 許斌;陳洪兵;莊志有
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16;G01L25/00
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司35204
• 代理人: 張松亭,張迪

技術領域

本發明涉及一種可施加預緊力的拉應力傳感器及其標定裝置，尤其是涉及一種施加預緊力的壓電陶瓷動態拉應力傳感器。

背景技術

目前，在土木工程領域，混凝土構件的應力測量主要是基于電阻式應變片或弦式應變計，基于應變反應構件表面及內部的應力水平。電阻式應變片一般預先黏貼在鋼筋表面，受用壽命較低。弦式應變計使用壽命長，測量結果穩定，但是造價高昂。

發明內容

本發明所要解決的主要技術問題是提供一種施加預緊力的壓電陶瓷動態拉應力傳感器，造價低廉、體積小、生產制作工藝簡單，穩定性好，使用壽命長并能夠與混凝土較好地相容。

為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種施加預緊力的壓電陶瓷動態拉應力傳感器,包括：經過環氧樹脂絕緣處理的壓電陶瓷片、兩塊由混凝土基封裝而成的傳力塊、兩塊鋼墊板、預緊力螺桿；

所述兩個傳力塊層疊放置，其中一個傳力塊朝向另一個傳力塊的一面設有凹槽，所述兩塊鋼墊板夾持壓電陶瓷片后整體放置于該凹槽中，所述凹槽與鋼墊板之間、鋼墊板和壓電陶瓷片的表面之間分別通過硅膠找平；所述兩塊傳力塊沿著厚度方向貫穿四根螺桿，所述螺桿沿著傳力塊的中心軸旋轉對稱分布，并對傳力塊施加預緊力；

所述兩個傳力塊相向的那面通過環氧樹脂封裝，所述壓電陶瓷片通過導線和BNC接頭連接，所述BNC接頭連接數據采集系統；

所述壓電陶瓷片在外力的作用下，壓電陶瓷片的正負電荷將沿著極化方向運動，電荷經過數據采集系統轉化為電壓信號，通過與力傳感器的輸出信號進行對比分析以實現對傳感器的標定。

在一較佳實施例中：所述傳力塊的形狀為長方體或棱柱體或圓柱體。

在一較佳實施例中：所述傳力塊由無收縮自流密實水泥基高強澆注料封裝而成。

本發明還提供了上述的施加預緊力的壓電陶瓷動態拉應力傳感器的標定方法，采用落錘反力裝置進行拉應力的標定，具體包括如下步驟：

1)將待標定的施加預緊力的壓電陶瓷動態拉應力傳感器安置于落錘反力裝置底板上；

2)剪斷落錘的連接繩，使落錘自由下落；通過落錘自由落體運動產生的動能經轉向滑輪轉化為脈沖拉力，脈沖拉力作用線垂直于待標定的施加預緊力的壓電陶瓷動態拉應力傳感器的頂面，數據采集系統同時記錄拉力傳感器及施加預緊力的壓電陶瓷動態拉應力傳感器信號，通過數據分析實現對傳感器的標定。

在一較佳實施例中：所述落錘反力裝置包括一支架，所述支架的底部為底板；

所述待標定的施加預緊力的壓電陶瓷動態拉應力傳感器黏貼在支架的底板上，待標定的施加預緊力的壓電陶瓷動態拉應力傳感器的頂面與一個鋼塊相連；鋼塊通過鋼絞線與拉力傳感器相連；拉力傳感器和待標定的施加預緊力的壓電陶瓷動態拉應力傳感器的信號分別通過屏蔽導線和被信號采集設備接收，最終通過數據連接線與計算機終端相連；

所述支架的頂端為橫梁，一轉向滑輪與橫梁固定連接，所述落錘的連接繩通過轉向滑輪后與所述拉力傳感器遠離鋼絞線的一面相連。

在一較佳實施例中：所述支架上布置兩個限位裝置；所述連接繩通過限位裝置后與所述拉力傳感器的上表面保持垂直。

在一較佳實施例中：所述支架的兩側上設置有刻度標記；兩側的刻度標記通過水平繩和定位螺栓相連后確定出落錘的下落高度。

相較于現有技術，本發明的技術方案具備以下有益效果：

本發明提供的一種施加預緊力的壓電陶瓷動態拉應力傳感器，結構形式簡單、體積小、制作方便，且與目前廣泛應用的弦式應變計相比，造價低廉，適宜批量化生產，在較大程度上降低了混凝土結構的應力監測成本。

本發明提供的一種施加預緊力的壓電陶瓷動態拉應力傳感器，其中傳力塊及內置鋼墊板，不僅在傳感器使用過程中確保應力的有效傳遞，也是在預緊力施加過程中確保壓電陶瓷片受力均勻的重要保證。為了降低混凝土傳力塊表面粗糙及絕緣處理后的壓電陶瓷片硬化后局部不平整、壓電陶瓷片與導線之間焊疤的影響，在鋼墊板和陶瓷片之間、鋼墊板與混凝土傳力塊均勻涂抹一定厚度 (≥0.55mm)的704硅膠進行找平。

附圖說明

圖1為本發明優選實施例中施加預緊力的壓電陶瓷動態拉應力傳感器，組裝后的整體結構示意圖。

圖2(a)和(b)為本發明優選實施例中壓電陶瓷工作原理示意圖。

圖3(a)和(b)為本發明優選實施例中傳力塊的制作模具。

圖4為本發明優選實施例中落錘反力裝置的示意圖。

具體實施方式