[發明專利]一種監測構件內部單向應力的壓電傳感器及其應用

在審

• 申請號: 202011529938.4
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112556898A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 吳琛;項洪;曾平;祝國梁;李軍心;麻勝蘭;林國良;肖曉菲;鄧芬
• 申請（專利權）人: 福建工程學院;中建四局建設發展有限公司
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16;G01L25/00;B28B23/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學俊

1.一種監測構件內部單向應力的壓電傳感器，其特征在于，包括模體、壓電陶瓷片和屏蔽導線，所述屏蔽導線前端的內芯與壓電陶瓷片固定連接，所述壓電陶瓷片埋設于模體中，且模體在壓電陶瓷片的外周部設有環形槽，以使壓電陶瓷片只有上下部與模體接觸，而其四周部不與模體接觸，所述屏蔽導線前段及與壓電陶瓷片連接的內芯隨壓電陶瓷片埋設于模體中，所述屏蔽導線的后段伸出模體。

2.根據權利要求1所述的一種監測構件內部單向應力的壓電傳感器，其特征在于，所述屏蔽導線前端的內芯與壓電陶瓷片的上下部固定連接。

3.根據權利要求1所述的一種監測構件內部單向應力的壓電傳感器，其特征在于，所述環形槽的內圈形狀尺寸與壓電陶瓷片的截面形狀尺寸相同，所述環形槽的外圈形狀與壓電陶瓷片的截面形狀相適應；所述環形槽的高度大于壓電陶瓷片的厚度，以保證壓電陶瓷片的四周部不與模體接觸。

4.根據權利要求1所述的一種監測構件內部單向應力的壓電傳感器，其特征在于，所述屏蔽導線前端向內延伸至環形槽的外圈，所述屏蔽導線前端的內芯穿過環形槽與壓電陶瓷片固定連接。

5.根據權利要求1所述的一種監測構件內部單向應力的壓電傳感器，其特征在于，所述模體為正方體結構。

6.根據權利要求1所述的一種監測構件內部單向應力的壓電傳感器，其特征在于，所述模體由環氧樹脂和水泥的混合材料澆筑而成。

7.根據權利要求6所述的一種監測構件內部單向應力的壓電傳感器，其特征在于，所述模體由配比為1：2的AB環氧樹脂和重量為環氧樹脂重量10%的普通硅酸鹽水泥的混合材料澆筑而成。

8.根據權利要求1所述的一種監測構件內部單向應力的壓電傳感器，其特征在于，所述壓電傳感器的制造方法為：

1）將屏蔽導線前端的內芯通過焊錫與壓電陶瓷片固定連接；

2）將連接好屏蔽導線的壓電陶瓷片固定在預制的模體上半部澆筑模具的正中間；

3）將配制好的模體澆筑材料澆筑在模體上半部澆筑模具中，凝固后拆除模具，得到壓電傳感器上半部分；

4）將壓電傳感器上半部分固定在預制的模體下半部分澆筑模具中，將模體澆筑材料澆筑在模體下半部澆筑模具中，凝固后拆除模具，得到壓電陶瓷片、屏蔽導線與模體澆筑一體的壓電傳感器；

5）常溫養護一定時間后，得到最終的高強且具有防水功能的壓電傳感器。

9.根據權利要求1所述的一種監測構件內部單向應力的壓電傳感器，其特征在于，所述壓電傳感器的標定方法為：

將壓電傳感器置于試驗機中，所述壓電傳感器經屏蔽導線與電荷放大器及數據采集儀電性連接，所述數據采集儀與計算機電性連接，所述計算機與試驗機電性連接；

所述計算機向試驗機發出加載指令，所述試驗機對壓電傳感器施加準靜態荷載，在準靜態荷載作用下，壓電傳感器產生電荷信號，電荷信號由電荷放大器轉換并放大后，傳輸至數據采集儀，所述數據采集儀將采集到的數據上傳至計算機，計算機結合接收到的電壓數據和加載數據對壓電傳感器進行標定，建立傳感器輸出電壓與輸入荷載的相關關系，并采用匹配系數對傳感器的靈敏度進行修正。

10.一種如權利要求1-9任一項所述壓電傳感器的應用，其特征在于，在混凝土構件中預埋3個以上標定好的所述壓電傳感器，所述壓電傳感器布設于混凝土構件中同一截面的不同位置，將各個壓電傳感器的屏蔽導線經電荷放大器、數據采集儀連接至計算機；

在外荷載作用下，混凝土構件內部應力傳遞到各個壓電傳感器上，將輸出電壓按修正的靈敏度逆推計算各個壓電傳感器所受應力，即為混凝土的內部應力；

對各個壓電傳感器布設點測得的應力取平均，得到多點平均應力，然后用多點平均應力表征布設壓電傳感器截面的截面應力。