一种用于结构健康监测的压电传感器制造技术

本实用新型专利技术提供的用于结构健康监测的压电传感器，它包括压电陶瓷片，压电陶瓷片与连接导线的一端连接，压电陶瓷片表面涂抹有沥青漆防水层，压电陶瓷片和沥青漆防水层包裹在砂浆外包层内。相对于硅胶和普通沥青，外涂沥青漆的ＰＺＴ片在潮湿或水环境下其本身属性稳定，能够作为有效的防水材料。通过用砂浆对进行防水处理过的ＰＺＴ片封装，能够防止ＰＺＴ片在埋入混凝土的过程中发生损坏。封装后的ＰＺＴ传感器形状和大小与ＰＺＴ片的大小和模具的大小形状有关。总之，本实用新型专利技术的防水处理与封装措施简便易于操作，同时很好保持了ＰＺＴ片的原有压电效应特性，并能够防止ＰＺＴ传感器在结构施工过程中损坏。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种传感器，具体涉及一种用于结构健康监测的压电传感器。
技术介绍
土木工程结构的安全直接关系到人民生命财产的安全，工程失效会造成灾难性的后果。以桥梁为例，早在1967年12月，西弗吉尼亚州的锡尔弗(Silver)桥垮塌，导致46人丧生；美国的塔科玛海峡大桥，我国重庆市綦江县的彩虹桥，台湾省连接高雄与屏东重要通道上的高屏大桥，都发生了突然断裂事件，造成了巨大的经济损失和人员伤亡。及时监测结构健康状况，对结构早期损伤进行维修，不仅能够显著降低维护费用，而且能够保证结构性能，延长结构寿命。 对结构进行健康监测，需要通过实时监测结构特性的变化并进行相应处理与分析来实现。将压电元件粘贴于结构表面或埋入结构中，作为传感器和驱动器，使得采用压电阻抗技术进行结构健康监测成为可能(Smart Materials and Structures, 1998， 7(5):599-605)。当压电元件受压的时候，它将产生电场，如果对压电元件施加电场，它将产生机械拉伸。对线性压电材料(如压电陶瓷，简称PZT)来说，电变量和机械变量之间的关系可以通过线性方程来描述。通过利用PZT的正压电效应和逆压电效应，能够获取结构机械阻抗信息。对PZT施加正弦电压，由于PZT与结构粘结在一起，所以结构也会随其一起发生振动变形。结构的振动响应反馈给PZT，又导致了 PZT的电响应，由于不同程度的结构损伤导致的电响应不同，所以可以通过分析这种电响应的变化来判断结构受损情况。电响应反映出来的就是PZT的电阻抗，结构发生损伤会造成PZT电阻抗幅值和相角的变化。 PZT材料较脆，若直接将其埋入混凝土结构，在施工过程中极易造成损坏而失效。同时，PZT材料本身具有吸水特性，导致PZT在潮湿或水环境下其压电参数会发生改变，从而引起测试结果不准确。因而，将PZT埋入到混凝土结构内部之前，就必须对它进行防水处理与封装。目前正处于申请公开阶段的专利"一种用于土木工程结构健康监测的压电智能骨料"(专利申请号200810010010)中，智能骨料以PZT片为核心，采用了硅胶进行防水。研究发现，硅胶涂到PZT传感器表面后，容易流走，很难成型。而且，在硅胶干燥后，外涂硅胶PZT传感器表面有较大的弹性，应用到实际工程中容易造成PZT本身与混凝土结构之间力的传递难以实现(硕士论文，混凝土中压电传感器防水及封装技术，华中科技大学，2008)。
技术实现思路
本技术的目的在于通过提供一种用于结构健康监测的压电传感器，该压电传感器不会使PZT片发生损坏，并且能够保持稳定的压电参数，从而使PZT片能够可靠有效地应用于混凝土结构健康监测。 本技术提供的用于结构健康监测的压电传感器，它包括压电陶瓷片，其特征在于压电陶瓷片与连接导线的一端连接，压电陶瓷片表面涂抹有沥青漆防水层，压电陶瓷片和沥青漆防水层包裹在砂浆外包层内。 压电陶瓷片最好位于砂浆外包层的中部。 本技术的压电传感器是在PZT片埋入混凝土结构之前，在其表面涂抹防水材料并用砂浆进行封装来实现。通过在PZT片表面涂抹防水材料形成防水层，隔绝外部潮湿或水环境对PZT片性能的影响，保持稳定的压电参数。研究表明，相对于硅胶和普通沥青，外涂沥青漆的PZT片在潮湿或水环境下其本身属性稳定，能够作为有效的防水材料。通过用砂浆对进行防水处理过的PZT片封装，能够防止PZT片在埋入混凝土的过程中发生损坏。封装后的PZT传感器形状和大小与PZT片的大小和模具的大小形状有关。总之，本技术的防水处理与封装措施简便易于操作，同时很好保持了PZT片的原有压电效应特性，并能够防止PZT传感器在结构施工过程中损坏。附图说明图1为封装后PZT传感器的纵向剖面示意图 图中1.PZT片，2.沥青漆防水层，3.连接导线，4.砂浆外包层。具体实施方式图l为本技术结构组成的纵向剖面示意图。封装后PZT传感器包括PZT片1、沥青漆防水层2、连接导线3、砂浆外包层4。 PZT片1位于PZT传感器内部，其上涂有沥青漆防水层2， PZT片与连接导线3的一端连接。监测时，通过连接导线3将压电传感器与外接的信号发射及采集系统相连。 本技术的制作过程分六步。第一步将PZT片1与连接导线3的一端焊接，做成PZT传感器；第二步在PZT片表面均匀涂抹一层沥青漆，并晾干；第三步根据PZT片的形状与大小制作模具；第四步搅拌制作砂浆；第五步在模具内添加砂浆至模具深度约一半的位置，振捣密实后将PZT传感器平放入其内，再继续添加砂浆并振捣密实；第六步将上述处理后的PZT传感器进行养护，待水泥砂浆达到设计强度后，脱模即为经过防水处理与封装的传感器。权利要求一种用于结构健康监测的压电传感器，它包括压电陶瓷片(1)，其特征在于压电陶瓷片(1)与连接导线(3)的一端连接，压电陶瓷片(1)表面涂抹有沥青漆防水层(2)，压电陶瓷片(1)和沥青漆防水层(2)包裹在砂浆外包层(4)内。2. 根据权利要求1所述的用于结构健康监测的压电传感器，其特征在于压电陶瓷片(1)位于砂浆外包层(4)的中部。专利摘要本技术提供的用于结构健康监测的压电传感器，它包括压电陶瓷片，压电陶瓷片与连接导线的一端连接，压电陶瓷片表面涂抹有沥青漆防水层，压电陶瓷片和沥青漆防水层包裹在砂浆外包层内。相对于硅胶和普通沥青，外涂沥青漆的PZT片在潮湿或水环境下其本身属性稳定，能够作为有效的防水材料。通过用砂浆对进行防水处理过的PZT片封装，能够防止PZT片在埋入混凝土的过程中发生损坏。封装后的PZT传感器形状和大小与PZT片的大小和模具的大小形状有关。总之，本技术的防水处理与封装措施简便易于操作，同时很好保持了PZT片的原有压电效应特性，并能够防止PZT传感器在结构施工过程中损坏。文档编号G01M99/00GK201476978SQ20092030716公开日2010年5月19日 申请日期2009年7月31日 优先权日2009年7月31日专利技术者何波, 朱宏平, 李林, 王丹生, 金柯 申请人:华中科技大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于结构健康监测的压电传感器，它包括压电陶瓷片（１），其特征在于：压电陶瓷片（１）与连接导线（３）的一端连接，压电陶瓷片（１）表面涂抹有沥青漆防水层（２），压电陶瓷片（１）和沥青漆防水层（２）包裹在砂浆外包层（４）内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宏平，王丹生，李林，金柯，何波，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]