一种基于压电阻抗测量的腐蚀监测传感器制造技术

本实用新型专利技术属于金属腐蚀监测与压电传感技术领域，特别涉及一种基于压电阻抗测量的腐蚀监测传感器。所述腐蚀监测传感器由锈蚀试片、压电片、连接金属片通过环氧树脂依次粘接形成；锈蚀试片的上表面裸露于环境，压电片置于中间，传感器其余表面进行密封防水保护；腐蚀监测传感器安装在管道内部或结构表面，腐蚀环境引起锈蚀试片锈蚀，导致锈蚀试片质量和刚度损失，造成传感器压电片

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电阻抗测量的腐蚀监测传感器


[0001]本技术属于金属腐蚀监测与压电传感
，特别涉及一种基于压电阻抗测量的腐蚀监测传感器。

技术介绍

[0002]金属材料的腐蚀严重威胁结构的安全性、可靠性和耐久性，是众多工业领域如土木、机械、航空航天、采矿、油气、冶金等面临的普遍问题，腐蚀带来的经济损失巨大。国内外腐蚀调研报告指出，如果采取有效的腐蚀监测和防护措施，25
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40％的腐蚀损失可以避免。因此，提出一种准确有效的锈蚀监测和评估方法具有重大经济意义和应用价值。
[0003]挂片失重法是一种最传统的锈蚀监测方法，其技术原理简单易懂，有成本低廉的优势，但是该方法只能获取特定时间内的腐蚀速率，并且挂片清理和分析过程需要大量人工，不适于在线监测。电阻探针法可实现腐蚀的连续监测，但是具有对局部腐蚀敏感性差、在液体环境效果较差的缺点。电化学方法是一类最常用的腐蚀监测方法，包括半电池电位法(half
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cellpotential)、线性极化电阻法(linear polarization resistance)、电化学噪音法(electro chemical noise)、电化学阻抗谱法(electrochemical impedance spectroscopy)、简谐分析法(harmonic analysis)；这些方法都能在一定程度上进行平均腐蚀速率的连续监测，但大多只能进行定性而非定量腐蚀监测，并且对局部腐蚀敏感性差。
[0004]压电阻抗技术具有响应快、测量准确、实时在线监测的特性，可实现低成本大规模的结构损伤监测，因具有广阔应用前景。专利CN105548271A通过在桥梁拉索外壁或端面贴设压电陶瓷薄膜，实现对拉索锈蚀状况的监测。专利CN103575769A通过在钢筋粘贴压电传感器，测量压电阻抗谱的变化，以达到监测混凝土钢筋锈蚀。目前基于压电阻抗的锈蚀监测研究报道不多，而且已报道的初期研究普遍存在物理意义不明确、易受其他因素影响、不能准确量化锈蚀的局限性。
[0005]鉴于目前金属腐蚀监测方法的不足和新兴监测技术的巨大潜力，迫切需要出现一种原理简单、灵敏度高、实时在线的金属腐蚀率监测探头及方法。

技术实现思路

[0006]本技术为了解决金属腐蚀监测无法实现在线连续监测、无法实现定量监测的问题，提供一种基于压电阻抗测量的腐蚀监测传感器。
[0007]为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：
[0008]一种基于压电阻抗测量的腐蚀监测传感器，包括锈蚀试片、压电片和连接金属片，通过环氧树脂依次粘接形成一个整体，上层的锈蚀试片的上表面裸露于环境，传感器其余表面进行密封防水保护。
[0009]其中，压电片与锈蚀试片形状和尺寸相同；连接金属片厚度小于压电片厚度；连接金属片宽度与压电片宽度相同；连接金属片长度大于压电片长度，锈蚀试片、压电片和连接金属片的一端对齐，另一端形成悬臂结构，连接金属片的留长部分设有竖向钻孔，用于传感
器的安装；连接金属片的厚度小于压电片。
[0010]所述锈蚀试片为长方形，与待测金属结构的材料、成分组成、涂装工艺相同。
[0011]所述压电片为经过极化处理后的钛酸铅、钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸钡或三元系压电陶瓷。
[0012]本技术的传感器的基本原理为：腐蚀环境引起锈蚀试片锈蚀，导致锈蚀试片质量和刚度损失，造成压电片
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锈蚀试片耦合结构压电阻抗响应峰值频率的变化；然后利用阻抗分析仪测量传感器压电阻抗响应峰值频率的变化，分析被测结构的锈蚀程度。
[0013]本技术的有益效果：本技术利用压电阻抗技术的优良特性，结合悬臂结构，提出一种便于加工、灵敏度高、原理简单、可实现实时在线监测的锈蚀传感器。
附图说明
[0014]图1是本技术的基于压电阻抗测量的腐蚀监测传感器的结构示意图；图中，1锈蚀试片、2压电片、3连接金属片。
[0015]图2是采用本技术的基于压电阻抗测量的腐蚀监测传感器进行管道锈蚀监测的探针结构示意图。
[0016]图3是采用本技术的基于压电阻抗测量的腐蚀监测传感器进行管道锈蚀监测的过程示意图。
[0017]图4是采用本技术的基于压电阻抗测量的腐蚀监测传感器进行大型结构锈蚀监测的传感器结构示意图。
[0018]图5是采用本技术的基于压电阻抗测量的腐蚀监测传感器进行大型结构锈蚀监测的过程示意图。
[0019]图6是实施例中将基于压电阻抗测量的腐蚀监测传感器置于3.5％NaCl溶液中进行加速锈蚀实验的导纳谱随时间变化情况。
[0020]图7是实施例中传感器质量损失率与频率偏移率之间的数据拟合关系。
具体实施方式
[0021]以下结合技术方案和附图详细叙述本技术的具体实施方式。
[0022]如图1所示，本技术一种基于压电阻抗测量的在线锈蚀监测传感器，由锈蚀试片1、压电片2、连接金属片3通过环氧树脂依次粘接形成，锈蚀试片1的上表面裸露于环境，压电片2置于中间，传感器其余表面进行密封防水保护。
[0023]压电片与锈蚀试片尺寸相同，连接金属片宽度与锈蚀试片及压电片相同，长度略长于前二者，并在留长部分竖向钻孔。
[0024]所述锈蚀试片为长方形，与待测金属结构的材料、成分组成、涂装工艺相同，可以是碳钢、不锈钢、黄铜、镍合金等。
[0025]所述压电片为经过极化处理后的钛酸铅、钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸钡、三元系压电陶瓷中的一种，形状与锈蚀试片相同。
[0026]所述连接金属片略薄于锈蚀试片，刚度较低，不会对压电片
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锈蚀试片耦合结构的弯曲振动产生过大影响。
[0027]压电片的上下电极均为银电极，其下表面电极被引出到上表面，并通过与原有上
表面电极的分割形成翻边电极；这种设计的优势在于屏蔽导线可以同时焊接上下表面的电极，从而使电路更加紧凑有效。
[0028]监测时，基于压电阻抗测量的在线锈蚀监测传感器固定在外壳上，并与阻抗分析仪连接，通过阻抗分析仪获取锈蚀监测传感器压电阻抗的变化情况，传感器质量损失率＝(原始质量
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锈蚀后质量)/原始质量；传感器频率偏移率＝(锈蚀后响应频率
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原始响应频率)/原始响应频率，通过曲线拟合建立传感器质量损失率
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频率偏移率之间的数学关系，从而建立有效的锈蚀指标。通过与外壳连接，保留传感器的高频弯曲振动，保证了传感器的灵敏度；整体约束保证传感器的自由边界，且保持共同的电化学通路。
[0029]图2是采用所述锈蚀监测传感器进行管道锈蚀监测的探针结构示意图，通过连接金属片上的钻孔将传感器固定在探针外壳上；可在待测管道管壁处打孔，并在管壁孔洞与探针处设置螺纹，将探针旋入管道内固定，使得传感器与管道内液体接触。
[0030]图3是采用所述锈蚀监测传感器进行管道锈蚀监测的过程示意图，将探针本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压电阻抗测量的腐蚀监测传感器，其特征在于，所述的基于压电阻抗测量的腐蚀监测传感器包括锈蚀试片、压电片和连接金属片，通过环氧树脂依次粘接形成一个整体，上层的锈蚀试片的上表面裸露于环境，传感器其余表面进行密封防水保护；其中，压电片与锈蚀试片形状和尺寸相同；连接金属片厚度小于压电片厚度；连接金属片宽度与压电片宽度相同；连接金属片长度大于压电片长度，锈蚀试片、压电片和连接金属片的一端对齐，另一端形...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟杰，王子健，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：新型
国别省市：