基于超声导波原理的腐蚀传感器制造技术

本发明专利技术公开一种基于超声导波原理的腐蚀传感器，包括薄壁钢管、两个圆形压电陶瓷片和导线，两个圆形压电陶瓷片分别嵌入薄壁钢管两端，并与钢管壁紧固连接，两个压电陶瓷片的正、负电极用导线接出，其中一个压电片作为驱动器，当在圆形压电陶瓷片厚度方向，即圆形压电陶瓷片的表面上施加高频窄带脉冲电压时，其产生对称的沿轴向传播的纵向导波在薄壁钢管中传播；另外一个压电片作为传感器，接收到自钢管壁传来的导波，根据导波信号特征判断钢管锈蚀状况，从而判断周围环境、结构或其他对象的锈蚀情况。本发明专利技术结构简单，根据压电陶瓷片接收到的导波信号可判断薄壁钢管的腐蚀情况，进一步分析判断其所处环境能够引起结构腐蚀的状况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于超声导波原理的腐蚀传感器。
技术介绍
钢结构的腐蚀、混凝土结构中钢筋的腐蚀、其他工程结构的金属构件的腐蚀问题都是影响工程结构的正常使用和耐久性，进而引起结构破坏的重要因素之一。因此，人们希望能够了解结构或构件所处的腐蚀环境情况，或在结构严重破坏之前就监测到关键金属构件的腐蚀状态，并进行预警，使得损失降至最低或在破坏之前进行必要的补救措施。监测腐蚀的方法有很多种，比如用于钢筋腐蚀监测的方法可以分成两种物理方法和化学方法。物理法有电阻探针法和光纤传感方法，前者采用一个与结构配筋材质相同的探针，将探针埋入到混凝土结构中，实时监测探针电阻的变化，来推断钢筋腐蚀的速率和腐蚀的程度。并且此方法可以直接将混凝土中钢筋直接作为探针使用，对钢筋进行实时监测，确定其腐蚀速度。光纤传感方法主要是由于光纤受应力影响产生应变，界面也随之变化，这时光子在光纤中传播的波长、相位、频率、偏振都会发生改变。光纤传感器耐腐蚀和耐久性好、抗干扰能力强，并且光纤传感器能够进行空间连续性监测。但光纤传感技术由于工艺要求很高，造价高昂，其相关的监测理论不成熟等缺点极大的限制了光纤传感技术的应用领域。化学法有电池电位法、线性极化法和交流阻抗方法等。半电池电位法的技术理论最成熟，通过监测钢筋表面的电势的变化，进行比较就可以判定腐蚀的状态，而这一过程就相当于一个化学电池，所以称为半电池电位法，但此方法不能得到钢筋的锈蚀速度，在钢筋保护层较厚的时候电位图不准确。线性极化法能够快速测量金属附近腐蚀速率，利用在金属腐蚀点附近外加电极的极化电流与金属的极化电位之间存在近似线性的关系，测量瞬态腐蚀速率。交流阻抗法是对目标体系发出一段微小的电流，测量目标体系对这段微小电流的反应，通过测量到的交变电流谱，然后对比比较交变电流谱得到混凝土锈蚀参数，此方法虽然是一种动态的测量方法，但是由于其测量仪器非常昂贵，不符合节约经济的条件。并且测量不能在短期内完成，时间跨度久，测量所得数据量大，受外界影响较大，后期数据处理相当困难，不适合野外测量等等缺点。目前国内也有研究基于超声导波理论的钢筋锈蚀监测方法，但该方法是用于全尺寸长度的钢筋上，并不是一种传感器产品，当用于混凝土中时，存在导波信号泄漏，传感器接收到的导波信号微弱和复杂的不足之处，难以应用到实际工程中。另外，钢筋是实心圆柱体，在钢筋中传播的导波在可用的频段模态非常多（多达十余个模态），信号会更加复杂。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于超声导波原理的腐蚀传感器。本专利技术所采用的技术如下：一种基于超声导波原理的腐蚀传感器，包括薄壁钢管、两个圆形压电陶瓷片和导线，两个圆形压电陶瓷片分别嵌入薄壁钢管两端，并与钢管壁紧固连接，两个压电陶瓷片的正、负电极用导线接出，其中一个压电片作为驱动器，当在圆形压电陶瓷片厚度方向，即圆形压电陶瓷片的表面上施加高频窄带脉冲电压时，其产生对称的沿轴向传播的纵向导波在薄壁钢管中传播；另外一个压电片作为传感器，接收到自钢管壁传来的导波，根据导波信号特征判断钢管锈蚀状况，从而判断周围环境、结构或其他对象的锈蚀情况。本专利技术结构简单，所采用的薄壁钢管对腐蚀更敏感，如腐蚀更容易使薄壁钢管产生孔洞等，从而使另外一端的压电陶瓷片接收到的导波信号更为明显。本专利技术中压电陶瓷片驱动器所激励的超声导波为对称的沿轴向传播的纵波（L波）。本专利技术根据压电陶瓷片接收到的导波信号可判断薄壁钢管的腐蚀情况，进一步分析判断其所处环境能够引起结构腐蚀的状况。如将其置于混凝土中，可判断混凝土中钢筋的腐蚀情况；将其用与金属构件相同材质制作，并与金属构件放置在一起，可判断金属构件的腐蚀情况。本专利技术结构简单。不仅可用于混凝土中钢筋锈蚀的监测，也可用于判断环境可能引起结构腐蚀的程度。所用的钢管的导波信号在可用频段内模态数很少（一般只有两个纵向模态），传感器接收到的信号也简单。附图说明图1为基于超声导波原理的腐蚀传感器结构示意图；其中1、薄壁金属管，2、压电陶瓷片，3、压电陶瓷片的正电极，4、压电陶瓷片的负电极；图2为腐蚀传感器所用金属薄壁管的超声导波纵波的频散曲线图；图3为一般钢筋的超声导波纵波的频散曲线图。具体实施方式下面举例对本专利技术做进一步说明：实施例1如图1所示，一种基于超声导波原理的腐蚀传感器，包括薄壁钢管1（外直径12mm，内直径11mm，长度100mm）和两个圆形压电陶瓷片2（直径11mm，厚度1.5mm），两个圆形压电陶瓷片2分别嵌入薄壁钢管1两端，用环氧树脂胶与薄壁钢管1壁紧固连接。压电陶瓷片的负电极翻至正电极同表面，用铜导线分别将正负电极接出，用于连接驱动电压或接收电压信号；其中一个压电陶瓷片作为驱动器，当在其厚度方向上施加高频窄带脉冲电压时，其产生对称的纵向导波在薄壁钢管中传播；另外一个压电陶瓷片作为传感器，接收到自钢管壁传来的导波，分析钢管锈蚀前后测得的导波信号的幅值差的发生时间，可判断出混凝土内钢筋或其他待测结构的初始锈蚀时间，分析不同时刻导波信号幅值差的变化速率，可判断出钢筋或其他待测结构的锈蚀速率，分析导波信号幅值差并与试验结果相对比，可以判断钢筋或其他待测结构的锈蚀程度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超声导波原理的腐蚀传感器，包括薄壁钢管和两个圆形压电陶瓷片，其特征在于：两个圆形压电陶瓷片分别嵌入薄壁钢管两端并与钢管壁紧固连接，两个压电陶瓷片的正、负电极用导线接出，其中一个压电片作为驱动器，当在圆形压电陶瓷片厚度方向上施加高频窄带脉冲电压时，其产生对称的沿轴向传播的纵向导波在薄壁钢管中传播；另外一个圆形压电陶瓷片，接收到自钢管壁传来的导波，根据导波信号特征判断钢管锈蚀状况，从而判断周围环境、结构或其他对象的锈蚀情况。

【技术特征摘要】
1.一种基于超声导波原理的腐蚀传感器，包括薄壁钢管和两个圆形压电陶瓷片，其特征在于：两个圆形压电陶瓷片分别嵌入薄壁钢管两端并与钢管壁紧固连接，两个压电陶瓷片的正、负电极用导线接出，其中一个压电片作为驱动器，当在圆形压电陶瓷...

【专利技术属性】
技术研发人员：逯彦秋，周文松，兰成明，
申请(专利权)人：北京奥科瑞检测技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11