[發(fā)明專利]一種監(jiān)測構(gòu)件內(nèi)部單向應力的壓電傳感器及其應用

在審

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• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112556898A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 福建工程學院;中建四局建設(shè)發(fā)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(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學俊

本發(fā)明涉及一種監(jiān)測構(gòu)件內(nèi)部單向應力的壓電傳感器及其應用，所述壓電傳感器包括模體、壓電陶瓷片和屏蔽導線，所述屏蔽導線前端的內(nèi)芯與壓電陶瓷片固定連接，所述壓電陶瓷片埋設(shè)于模體中，且模體在壓電陶瓷片的外周部設(shè)有環(huán)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(nèi)芯隨壓電陶瓷片埋設(shè)于模體中，所述屏蔽導線的后段伸出模體。該壓力傳感器有利于準確地測得構(gòu)件內(nèi)部的單向應力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于應力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種監(jiān)測構(gòu)件內(nèi)部單向應力的壓電傳感器及其應用。

背景技術(shù)

外荷載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)部應力的監(jiān)測一直是土木工程領(lǐng)域受到關(guān)注的重要問題之一，研究和開發(fā)可靠的應力監(jiān)測手段對失效機理研究以及結(jié)構(gòu)性能評估均具有重要意義。現(xiàn)已有一些應力傳感器，如壓阻式傳感器、應力計、光纖傳感器等。但這些傳感器存在價格昂貴、與混凝土相容性較差等缺點，導致監(jiān)測成本高，監(jiān)測結(jié)果不準。而壓電陶瓷材料（如鋯鈦酸鉛，Lead Zirconate Titanate，簡稱PZT）具有價格低廉、響應速度快、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，因此研究者提出了多種基于壓電材料的應力傳感器。專利CN 201110251813.4公開了一種基于壓電陶瓷的混凝土動態(tài)應力傳感器及標定方法，包括經(jīng)過防水絕緣處理的壓電陶瓷片、屏蔽導線、接頭、兩封裝傳力塊，兩封裝傳力塊相對的一側(cè)中部分別設(shè)有凹槽，所述壓電陶瓷片置于所述凹槽中，兩封裝傳力塊及壓電陶瓷片通過摻有重量百分比為6-14%的水泥干粉的環(huán)氧樹脂粘結(jié)固定成一體，壓電陶瓷片通過屏蔽導線與接頭連接。在有些研究中，將通過防水材料保護后的PZT埋置于水泥砂漿中，形成水泥基壓電智能骨料。還有些研究中，將PZT在環(huán)氧樹脂包裹后再用花崗巖進行封裝，形成高強的壓電智能骨料。

現(xiàn)有的壓電應力傳感器預埋在構(gòu)件時處于三向受力狀態(tài)，而傳感器在外部標定時處于單向受力狀態(tài)，兩者所處的狀態(tài)不一致，導致無法準確測得構(gòu)件內(nèi)部應力。目前，壓電應力傳感器大部分只進行外部標定，沒有將其預埋在構(gòu)件中進行驗證。并且，現(xiàn)有驗證傳感器可靠性的方法，是將局部一點的應力等效成一個平面的應力，這種方法適用于理想的均質(zhì)材料，但對于混凝土、砂漿等非均質(zhì)材料，該等效方法，即以單點的應力代表一個截面的應力存在較大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種監(jiān)測構(gòu)件內(nèi)部單向應力的壓電傳感器及其應用，該壓力傳感器有利于準確地測得構(gòu)件內(nèi)部的單向應力。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種監(jiān)測構(gòu)件內(nèi)部單向應力的壓電傳感器，包括模體、壓電陶瓷片和屏蔽導線，所述屏蔽導線前端的內(nèi)芯與壓電陶瓷片固定連接，所述壓電陶瓷片埋設(shè)于模體中，且模體在壓電陶瓷片的外周部設(shè)有環(huán)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(nèi)芯隨壓電陶瓷片埋設(shè)于模體中，所述屏蔽導線的后段伸出模體。

進一步地，所述屏蔽導線前端的內(nèi)芯與壓電陶瓷片的上下部固定連接。

進一步地，所述環(huán)形槽的內(nèi)圈形狀尺寸與壓電陶瓷片的截面形狀尺寸相同，所述環(huán)形槽的外圈形狀與壓電陶瓷片的截面形狀相適應；所述環(huán)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。

進一步地，所述屏蔽導線前端向內(nèi)延伸至環(huán)形槽的外圈，所述屏蔽導線前端的內(nèi)芯穿過環(huán)形槽與壓電陶瓷片固定連接。

進一步地，所述模體為正方體結(jié)構(gòu)。

進一步地，所述模體由環(huán)氧樹脂和水泥的混合材料澆筑而成。

進一步地，所述模體由配比為1：2的AB環(huán)氧樹脂和重量為環(huán)氧樹脂重量10%的普通硅酸鹽水泥的混合材料澆筑而成。

進一步地，所述壓電傳感器的制造方法為：

1）將屏蔽導線前端的內(nèi)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；