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基于2-2型水泥基压电复合材料的剪应力传感器制造技术

技术编号:19753103 阅读:22 留言:0更新日期:2018-12-12 06:17
本实用新型专利技术公开了一种基于2‑2型水泥基压电复合材料的剪应力传感器,该剪应力传感器包括2‑2型水泥基压电复合材料元件,以及2‑2型水泥基压电复合材料元件外依次包覆的封装层、屏蔽层;2‑2型水泥基压电复合材料元件的正极和负极均通过导线引出至屏蔽层外与屏蔽线相连,屏蔽线还连接屏蔽层。所述元件包括水泥基压电复合材料主体和电极,水泥基压电复合材料主体由压电陶瓷片和水泥基材片交替紧密排列构成,其最外层为压电陶瓷片;压电陶瓷片是通过对极化后的压电陶瓷块切割获得,切割方向与压电陶瓷块的极化方向垂直。本实用新型专利技术传感器灵敏度高、频带响应宽、抗干扰效果好,与混凝土结构相容性好,可应用于混凝土结构健康监测。

【技术实现步骤摘要】
基于2-2型水泥基压电复合材料的剪应力传感器
本技术属于水泥基压电复合材料
,尤其涉及一种基于2-2型水泥基压电复合材料的剪应力传感器。
技术介绍
水泥基压电复合材料是近几年发展起来的一种新型功能材料,具有压电性能好、机电耦合性能突出、与混凝土材料力学、声学性能匹配性好等特点,在土木工程结构的健康监测中具有潜在的应用前景。目前研制的水泥基压电复合材料传感器克服了传统传感器与混凝土结构不相容的问题,灵敏度高且耐久性好,可用于混凝土结构内部应力应变等情况的监测。但目前尚无直接测量混凝土结构内部剪应力(即剪切波)的有效手段。混凝土材料的抗剪强度低,在受力状态下易发生剪切破坏,且混凝土的剪切破坏是一个典型的脆性破坏。所以,工作状态下混凝土结构内部剪应力的测量对混凝土结构来说至关重要。开发能直接嵌入混凝土内部、直接用于混凝土内部剪应力测量的传感器,特别是在地震、爆炸和冲击等强动力荷载作用下的动态剪应力的测量具有重要的意义。
技术实现思路
本技术的主要目的是提供一种适用于混凝土结构内部剪应力测量的基于2-2型水泥基压电复合材料的剪应力传感器。本技术提供的一种2-2型水泥基压电复合材料元件,包括水泥基压电复合材料主体和电极,所述水泥基压电复合材料主体由压电陶瓷片和水泥基材片交替紧密排列构成,所述水泥基压电复合材料主体的最外层为压电陶瓷片;所述压电陶瓷片是通过对极化后的压电陶瓷块切割获得,切割方向与压电陶瓷块的极化方向垂直。进一步的,所述水泥基压电复合材料主体中,压电陶瓷柱所占体积比为20%~80%。本技术提供的一种基于2-2型水泥基压电复合材料的剪应力传感器,包括2-2型水泥基压电复合材料元件,以及所述2-2型水泥基压电复合材料元件外依次包覆的封装层、屏蔽层;所述2-2型水泥基压电复合材料元件的正极和负极均通过导线引出至屏蔽层外与屏蔽线相连,所述屏蔽线还连接屏蔽层。进一步的,所述2-2型水泥基压电复合材料元件包括水泥基压电复合材料主体和电极,所述水泥基压电复合材料主体由压电陶瓷片和水泥基材片交替叠加构成,所述水泥基压电复合材料主体的最外层为压电陶瓷片;所述压电陶瓷片是通过对极化后的压电陶瓷块切割获得,切割方向与压电陶瓷块的极化方向垂直。和现有技术相比,本技术具有如下优点和有益效果:本技术传感器灵敏度高、频带响应宽、抗干扰效果好,且与混凝土结构相容性好。可将本技术传感器埋入混凝土结构内部或粘贴于混凝土结构表面,测量混凝土结构的剪应力,对水泥基压电复合材料在混凝土结构健康监测中的应用具有重要意义。附图说明图1为2-2型水泥基压电复合材料元件具体的制备工艺示意图;图2为基于2-2型水泥基压电复合材料的剪应力传感器具体的结构示意图;图3为图2中剪应力传感器的剖视图;图4为基于2-2型水泥基压电复合材料的剪应力传感器具体的制备工艺示意图。图中:1-压电陶瓷块,2-极化电极,3-底座,4-压电陶瓷片,5-水泥基材片,6-坯体,7-新电极,8-导线,9-水泥基压电复合材料元件,10-封装层,11-屏蔽层,12-屏蔽线,a表示去掉极化电极步骤,b表示切割压电陶瓷片步骤,c表示水泥基材浇注步骤,d表示切割底座和抛磨步骤,e表示制作电极步骤,f表示连接导线步骤。具体实施方式为了更清楚地说明本技术实施例和/或现有技术中的技术方案,下面将对照附图说明本技术的具体实施方式。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图,并获得其他的实施方式。见图1,本具体实施方式中,采用切割-浇注法制备2-2型水泥基压电复合材料元件,主要原材料包括压电陶瓷块和水泥基材,具体工艺如下:(101)去掉极化后的压电陶瓷块1的极化电极2,将压电陶瓷块1置于底座3上。所述压电陶瓷块可以为锆钛酸铅压电陶瓷、铌镁锆钛酸铅压电陶瓷、铌锂锆钛酸铅压电陶瓷等。(102)利用切割机,将压电陶瓷块1切割成若干等间距的压电陶瓷片4;切割方向与压电陶瓷块1的极化方向垂直。本实施例中,压电陶瓷块1的尺寸为8mm×8mm×8mm,所切割的压电陶瓷片4尺寸为8mm×7mm×2mm。(103)将压电陶瓷片4连底座3置入模具内,将水泥基材浇注于模具中,浇注完成后,放入养护箱养护。作为优选方案,在实施本步骤前,可采用超声波清洗机对压电陶瓷片进行超声清洗,去除残留的陶瓷残渣,以避免影响水泥基压电复合材料元件的性能。之后,再将晾干后的压电陶瓷片置入模具内。为消除水泥基材中的气泡,提高水泥基材的致密性,将配制的水泥基材进行充分搅拌后,放入真空设备中进行抽真空处理;同时,采用抽真空振动浇注法进行浇注,即,浇注的同时进行抽真空并振动模具。(104)养护完成后,取出坯体6,该坯体6则由压电陶瓷片4和水泥基材片5交替排列构成;切割掉坯体6的底座3,并对坯体6进行抛磨,直至坯体6的上下表面完全露出压电陶瓷片4。本实施例中,最终获得的压电陶瓷片4尺寸为8mm×6mm×2mm。(105)在坯体6完全露出压电陶瓷柱4的上下表面制作新电极7,获得2-2型水泥基压电复合材料元件,所制备的2-2型水泥基压电复合材料元件中,压电陶瓷片4所占体积比为20%~80%,剩余为水泥基材。本实施例中,新电极7采用低温导电银奖。图2~3为采用本技术2-2型水泥基压电复合材料元件制备的剪应力传感器,包括水泥基压电复合材料元件9、封装层10和屏蔽层11,所述水泥基压电复合材料元件9外依次包覆封装层10、屏蔽层11,所述水泥基压电复合材料元件9的正极和负极均通过导线8引出至屏蔽层11外、且均连接屏蔽线12,屏蔽线12还通过导线连接屏蔽层11。所述封装层用来保护和封装所述水泥基压电复合材料元件;所述屏蔽层用来使剪应力传感器与混凝土结构具有较好的耦合效果,且可使剪应力传感器更好地屏蔽噪音。见图4,本具体实施方式中,基于2-2型水泥基压电复合材料的剪应力传感器的具体工艺如下:(201)将上述步骤(101)~(105)制备的2-2型水泥基压电复合材料元件的正极和负极均通过导线引出。(202)采用封装材料对2-2型水泥基压电复合材料元件进行封装,并固化。所述封装,其一种具体实施方式为:模具底部浇注搅拌均匀的封装材料,2-2型水泥基压电复合材料元件放入模具置于底部封装材料中,之后对2-2型水泥基压电复合材料元件进行浇注;浇注完成后的试样放入真空设备进行抽真空处理,以消除封装材料中的气体;最后,试样放入标准养护箱进行养护。(203)采用屏蔽材料在封装后的2-2型水泥基压电复合材料元件外制备屏蔽层,从而获得剪应力传感器。所述屏蔽层制备,其一种具体实施方式为:养护完成的试样放入模具,采用屏蔽材料浇注;浇注完成后的试样再次放入真空设备进行抽真空处理,以消除屏蔽材料中的气体;最后,试样放入标准养护箱进行养护。(205)将与所述2-2型水泥基压电复合材料元件的正负极连接的导线连接屏蔽线,另外,屏蔽线还通过另一导线连接屏蔽层。本技术所制备的剪应力传感器,可用于测量混凝土结构表面或内部的剪应力,具体为:将剪应力传感器粘贴于混凝土结构表面或置于混凝土结构内部,从而对混凝土结构进行健康监测。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于2‑2型水泥基压电复合材料的剪应力传感器,其特征是,包括:2‑2型水泥基压电复合材料元件,以及所述2‑2型水泥基压电复合材料元件外依次包覆的封装层、屏蔽层;所述2‑2型水泥基压电复合材料元件的正极和负极均通过导线引出至屏蔽层外与屏蔽线相连,所述屏蔽线还连接屏蔽层;所述2‑2型水泥基压电复合材料元件包括水泥基压电复合材料主体和电极,所述水泥基压电复合材料主体由压电陶瓷片和水泥基材片交替叠加构成,所述水泥基压电复合材料主体的最外层为压电陶瓷片;所述压电陶瓷片是通过对极化后的压电陶瓷块切割获得,切割方向与压电陶瓷块的极化方向垂直。

【技术特征摘要】
1.基于2-2型水泥基压电复合材料的剪应力传感器,其特征是,包括:2-2型水泥基压电复合材料元件,以及所述2-2型水泥基压电复合材料元件外依次包覆的封装层、屏蔽层;所述2-2型水泥基压电复合材料元件的正极和负极均通过导线引出至屏蔽层外与屏蔽线相连,所述屏蔽线还连接屏蔽层;所述2-2型水泥基压电复合材料元件包括水泥基压电复合材料主体和电极,所...

【专利技术属性】
技术研发人员:李应卫姜清辉马永力丁绍华
申请(专利权)人:武汉大学
类型:新型
国别省市:湖北,42

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