CN103591972A - 一种传感器的固定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传感器的固定方法，步骤为：用碳纤维布将传感器固定在混凝土表面，首先将碳纤维布用环氧树脂胶紧紧地包裹在传感器的三个面上，并留有一段碳纤维布，待环氧树脂完全固化后，将传感器通过事先留有的碳纤维布用环氧树脂胶固定在在混凝土表面。本固定方法操作简单，操作灵活性大，受传感器的尺寸限制较小，适用于多种复杂环境，传感器能牢固紧密的固定在混凝土结构表面，具有较好的耦合效果，且对混凝土结构无损伤，安全可靠，耐久性好，并且碳纤维布包裹传感器可以有效地保护传感器，延长传感器的使用寿命，特别适合于对高铁桥梁等特殊环境下的混凝土建筑物的健康检测。

Description

一种传感器的固定方法

技术领域

本发明涉及一种将传感器、尤其是水泥基传感器固定在混凝土表面的方法，具体涉及一种可应用于特殊环境下、对混凝土结构无损伤的传感器固定方法。

背景技术

传感器在混凝土结构健康监测中具有广泛的应用，但是现在传感器的固定方v中，主要是以螺栓固定法为主，这种方法虽然操作简单、快捷，但是其必然对混凝土结构造成损伤，尤其是对高铁桥梁等特殊环境下的混凝土结构，一旦对混凝土结构造成损伤或者螺栓生锈松动造成传感器的脱落，其必然会对高铁的正常运行留下严重的隐患。另一方面，在长时间使用过程中，由于螺栓生锈松动也很难控制传感器和混凝土结构之间的耦合效果，这样往往会使传感器的精度和灵敏度下降，从而影响整个监测系统的准确性，因此，找到一种无损、适应于多种复杂环境变化的传感器的固定方法对混凝土结构健康监测尤为重要。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种传感器、尤其是水泥基传感器的固定方法。本方法操作灵活性大，方便，安全可靠，该方法固定的传感器尤其是水泥基传感器能牢固紧密的固定在混凝土结构表面，耐久性好，且与混凝土结构之间的耦合效果好，对混凝土结构无损伤。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种传感器的固定方法，其特征是：用碳纤维布将传感器固定在混凝土表面，首先将传感器用环氧树脂胶粘在碳纤维布上，然后将粘有传感器的碳纤维布用环氧树脂胶粘在混凝土表面。

上述固定方法，进一步包括以下步骤：首先，用环氧树脂胶将碳纤维布紧紧地包裹在传感器的三个面上，保证碳纤维布足够长，使包裹传感器后的碳纤维布在传感器的两侧还有剩余，待环氧树脂胶固化后，用环氧树脂胶将剩余的碳纤维布粘在混凝土表面，从而实现传感器的固定。

上述固定方法中，特别适合于水泥基传感器。

上述固定方法中，传感器位于碳纤维布中部或接近中部的位置，碳纤维布包裹在传感器的正极面以及与正极面相邻的两个面上，传感器的负极面以及剩余的碳纤维布粘贴在混凝土表面。

上述固定方法中，所述传感器为正方体或长方体，垂直于碳纤维布包裹方向的传感器的边长与碳纤维布的宽度等长。

上述固定方法中，传感器、碳纤维布、混凝土表面之间通过环氧树脂胶紧密连接，相互之间无气泡。

上述固定方法中，优选包括以下步骤：

（1）在碳纤维布粘贴传感器的位置上涂抹上浸渍胶，将碳纤维布紧紧地粘贴于传感器的正极面和与正极面相邻的两个面上，待浸渍胶固化后备用；

（2）在混凝土表面确定粘贴传感器、传感器导线及碳纤维布的位置，将这些位置的粉刷层除去，凿掉混凝土表面凸起部分，通过打磨露出混凝土新的表面层，然后用丙酮或工业酒精清洗混凝土表面，使处理后的混凝土表面无灰尘、无油污、清洁干燥、尽量平整；

（3）在处理好的混凝土表面涂抹底胶，用笔刷和橡皮刮刀用力反复涂抹，使底胶能均匀充分地粘附混凝土表面，并浸入混凝土中；

（4）底胶用手触摸干燥后，用找平胶对混凝土表面凹陷部分进行修补，使混凝土尽量平整；

（5）待找平胶用手触摸干燥后，将浸渍胶涂抹在混凝土表面，然后将传感器的负极面紧紧地贴在混凝土表面，确保传感器与混凝土之间无间隙，将碳纤维布均匀的敷设在浸渍胶上，用橡胶滚或橡胶刮刀用力滚压或刮平，排除气泡和多余的胶液，使浸渍胶充分渗透碳纤维布并使传感器与混凝土表面牢固粘接；

（6）在混凝土表面涂刷快凝胶，将导线伸直，粘贴固定在快凝胶上；然后在垂直导线的两处涂抹浸渍胶，将两块碳纤维布分别均匀的敷设在浸渍胶上，对导线进行固定；

（7）通过两块碳纤维布对传感器进行进一步加固，这两块碳纤维布分别位于传感器的两侧，并垂直交叠在粘贴传感器的碳纤维布上；

（8）在所有的碳纤维布表面再次涂抹浸渍胶，用滚筒或橡胶刮刀滚压抹平，使浸渍胶充分渗透碳纤维布，待浸渍胶固化后，即可。

上述固定方法中，所述底胶、找平胶、浸渍胶和快凝胶均属于环氧树脂胶（也称环氧类粘结剂、环氧树脂粘结剂）。

上述固定方法中，碳纤维布敷设在浸渍胶上后，橡胶滚或橡胶刮刀沿纤维的一个方向用力滚压或刮平。

上述固定方法中，浸渍胶上敷设上碳纤维布后，若在温度较低的环境下施工，可选用25℃以上的热风加速浸渍胶的固化，固化时间为5-15分钟。

本发明提供了传感器的固定方法，该方法克服了目前传感器在混凝土结构上固定的不足，可使传感器与混凝土结构之间接触更加紧密，具有较好的耦合效果，且安全可靠，耐久性好，传感器传感精度和灵敏度高，同时这种粘贴方法还具有保护传感器的作用，施工工艺简单易行。

本固定方法操作简单，操作灵活性大，受传感器的尺寸限制较小，适用于多种复杂环境，传感器能牢固紧密的固定在混凝土结构表面，且对混凝土结构无损伤，并且碳纤维布包裹传感器可以有效地保护传感器，延长传感器的使用寿命，特别适合于对高铁桥梁等特殊环境下的混凝土建筑物的健康检测。

附图说明

图1 压电传感器示意图；

图2纤维布包裹压电传感器的示意图;

图3 混凝土表面处理后的示意图；

图4 传感器粘结在混凝土上的示意图；

图5实施例1中传感器固定在某跨高铁混凝土结构大桥上后正常运营时实际测得的传感器响应信号；

图6本发明碳纤维布方法固定的传感器信号响应；

图7螺栓固定法固定的传感器信号响应。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行进一步的阐述，应该明白的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

下述实施例使用的底胶、找平胶、浸渍胶和快凝胶属于A、B双组分改性环氧类胶粘剂，包括但不限于FLD-80系列碳纤维胶等。 

实施例

该实施例具体介绍本发明方法在实际中的应用，应用桥梁为某跨高铁混凝土结构大桥，桥全长46米，主桥为13米+20米+13米的预应力混凝土梁板桥，桥宽15米。在桥底面粘贴声发射压电传感器，打磨面积为5cm×20cm的长方形区域。其具体步骤如下：

(1)混凝土表面预处理

在混凝土表面划线，确定粘贴传感器及碳纤维布的位置为距桥墩一米处，打磨面积为5cm×20cm的长方形区域。在该范围除去粉刷层，清除结构表面剥落、疏松、蜂窝等劣质混凝土，露出混凝土结构层，混凝土表面凸起部分应凿掉，使其尽可能平整，必要时可用修补材料将表面修复平整。被粘贴混凝土面打磨平整，除去表层浮浆、松散物及油污等杂质，直至露出混凝土新面。用丙酮或工业酒精清洗混凝土表面，要求无灰尘、无油污、并保持清洁干燥。

(2)粘贴位置涂刷树脂底胶

配制底胶，底胶为FLD-81，根据环境温度控制浓度，A胶和B胶按照3:1左右的比例配合，并充分搅拌。将底胶涂抹在混凝土表面，用笔刷和橡皮刮刀用力反复涂抹，使底胶能均匀充分地粘附混凝土表面，并浸入混凝土中。

(3)混凝土表面找平处理

配制找平胶，找平胶为FLD-82，搅拌要充分均匀。底胶用手触干燥后对混凝土表面凹陷部分用找平胶修补平整，不应有棱角。找平胶用手触干燥后进行下一步工序。

(4)粘贴碳纤维布以及传感器

按结构尺寸裁剪碳纤维布，为便于粘贴。配制浸渍胶：浸渍胶为FLD-83，按2.5:1的比例将A、B两组份胶均匀的搅拌。将配制好的浸渍胶均匀地涂在碳纤维布上，将传感器的正极面、与正极面相邻的两个面粘贴在碳纤维布上，负极面裸露在外，如图2所示。粘好后，传感器的两边都剩有多余的碳纤维布，以便进一步与混凝土连接。

将配制好的浸渍胶用毛刷均匀地涂抹在混凝土结构表面，然后将粘贴有传感器的碳纤维面均匀地敷设在浸渍胶层上，使传感器负极面直接与浸渍胶层接触。用橡胶滚或橡胶刮刀，沿纤维方向用力滚压或刮平，应注意不要来回滚压、刮平，应沿一个方向滚压、刮平，排除气泡和多余的胶液，使浸渍胶充分渗透碳纤维布并使传感器与混凝土表面牢固粘接。滚压、刮平时不得损伤碳纤维布及传感器。之后再用吹风机以25⁰C的风进行保温15分钟，加快胶的固化。

(5)传感器导线（引线）的固定

在打磨平整的混凝土表面上涂刷快凝胶（固化快的环氧树脂粘结剂），并将导线粘贴引出，导线伸直粘贴固定在快凝胶上。

(6)碳纤维布加固传感器及引线固定

在传感器的两侧分别涂抹浸渍胶，将两块碳纤维布分别敷设在浸渍胶上，这两块碳纤维布分别位于传感器的两侧，并同时垂直交叠在粘贴传感器的碳纤维布上，使这两块碳纤维布与原先的碳纤维布呈十字形，对传感器进行固定；在垂直导线的两处涂抹浸渍胶，将两块碳纤维布分别均匀的敷设在浸渍胶上，对导线进行固定，碳纤维布与导线也呈十字形。然后在所有的碳纤维布表面再次涂抹浸渍胶，用滚筒或橡胶刮刀滚压抹平，应使浸渍胶充分渗透碳纤维布。

(7)养护、固化

涂刷完浸渍胶，用25℃左右的风进行养护15分钟，加速胶的固化，保证传感器牢固粘贴于混凝土表面。

(8)自检

以上工序全部完成后应对碳纤维布粘度质量进行全面检查，可用小锤轻轻敲击碳纤维材料表面，检测碳纤维布、传感器与混凝土表面粘接是否密实，有无脱空现象，从音响可判断粘接效果，粘结效果好时,敲击时声音是较实的,粘结效果不好时，就会有空洞的回声。

（9）传感器信号响应

  在高铁正常运营时实际测得的传感器响应信号如图5所示，从图中可以看出：传感器对声发射信号具有良好的响应，未受高铁高压线周围电磁场的干扰，这表明本发明的方法固定的传感器不仅与混凝土结构之间的耦合效果好，而且抗干扰强。

本发明传感器固定方法对传感器性能影响的实验室研究

取两个性能一致的传感器，其中一个按照本发明的方法固定在混凝土块上，另一个采用传统的螺栓固定法固定在混凝土块上。用断铅实验研究固定方法对传感器性能的影响，方法为：使用0.5mm的HB铅芯，铅芯伸出距离约2.5mm，和被检测构件夹角约为30度，分别在相距两个传感器为 1cm距离进行铅笔断铅。经数据处理得，采用本发明的方法固定的传感器的幅值是97db，螺栓固定法固定的传感器其幅值为95db，说明本发明的方法固定的传感器同样具有较好的耦合效果。图6和图7为两个传感器的信号响应图，从图中可以看出，在相同的模拟声源的条件下，采用本发明的方法固定的传感器对声源的响应幅值较大，传感器的响应效果较好，更重要的是在高铁桥梁等特殊环境下，采用本发明的方法固定的传感器更加安全可靠，而螺栓固定法因螺栓为金属若距高铁几万伏的高压线太近易产生危险，另外还会因螺栓生锈松动，导致传感器和混凝土结构之间的耦合变差，这样往往会使传感器的精度和灵敏度下降，从而影响整个监测系统的准确性，因此，本发明传感器固定方法更加适应于高铁桥梁等特殊环境下的混凝土结构的健康监测。

Claims (10)

1.一种传感器的固定方法，其特征是：用碳纤维布将传感器固定在混凝土表面，首先将传感器用环氧树脂胶粘在碳纤维布上，然后将粘有传感器的碳纤维布用环氧树脂胶粘在混凝土表面。

2.根据权利要求1所述的固定方法，其特征是：首先，用环氧树脂胶将碳纤维布紧紧地包裹在传感器的三个面上，保证碳纤维布足够长，使包裹传感器后的碳纤维布在传感器的两侧还有剩余，待环氧树脂胶固化后，用环氧树脂胶将剩余的碳纤维布粘在混凝土表面，从而实现传感器的固定。

3.根据权利要求1或2所述的固定方法，其特征是：所述传感器为水泥基传感器。

4.根据权利要求1或2所述的固定方法，其特征是：传感器位于碳纤维布中部或接近中部的位置，碳纤维布包裹在传感器的正极面以及与正极面相邻的两个面上，传感器的负极面以及剩余的碳纤维布粘贴在混凝土表面。

5.根据权利要求1或2所述的固定方法，其特征是：所述传感器为正方体或长方体，垂直于碳纤维布包裹方向的传感器的边长与碳纤维布的宽度等长。

6.根据权利要求1或2所述的固定方法，其特征是：传感器、碳纤维布、混凝土表面之间通过环氧树脂胶紧密连接，相互之间无气泡。

7.根据权利要求1或2所述的固定方法，其特征是：包括以下步骤：

（1）在碳纤维布粘贴传感器的位置上涂抹上浸渍胶，将碳纤维布紧紧地粘贴于传感器的正极面和与正极面相邻的两个面上，待浸渍胶固化后备用；

（2）在混凝土表面确定粘贴传感器、传感器导线及碳纤维布的位置，将这些位置的粉刷层除去，凿掉混凝土表面凸起部分，通过打磨露出混凝土新的表面层，然后用丙酮或工业酒精清洗混凝土表面，使处理后的混凝土表面无灰尘、无油污、清洁干燥、尽量平整；

（3）在处理好的混凝土表面涂抹底胶，用笔刷和橡皮刮刀用力反复涂抹，使底胶能均匀充分地粘附混凝土表面，并浸入混凝土中；

（4）底胶用手触摸干燥后，用找平胶对混凝土表面凹陷部分进行修补，使混凝土尽量平整；

（5）待找平胶用手触摸干燥后，将浸渍胶涂抹在混凝土表面，然后将传感器的负极面紧紧地贴在混凝土表面，确保传感器与混凝土之间无间隙，将碳纤维布均匀的敷设在浸渍胶上，用橡胶滚或橡胶刮刀用力滚压或刮平，排除气泡和多余的胶液，使浸渍胶充分渗透碳纤维布并使传感器与混凝土表面牢固粘接；

（6）在混凝土表面涂刷快凝胶，将导线伸直，粘贴固定在快凝胶上；然后在垂直导线的两处涂抹浸渍胶，将两块碳纤维布分别均匀的敷设在浸渍胶上，对导线进行固定；

（7）通过两块碳纤维布对传感器进行进一步加固，这两块碳纤维布分别位于传感器的两侧，并垂直交叠在粘贴传感器的碳纤维布上；

（8）在所有的碳纤维布表面再次涂抹浸渍胶，用滚筒或橡胶刮刀滚压抹平，使浸渍胶充分渗透碳纤维布，待浸渍胶固化后，即可。

8.根据权利要求7所述的固定方法，其特征是：所述底胶、找平胶、浸渍胶、快凝胶均属于环氧树脂胶。

9.根据权利要求7所述的固定方法，其特征是：碳纤维布敷设在浸渍胶上后，橡胶滚或橡胶刮刀沿纤维的一个方向用力滚压或刮平。

10.根据权利要求7所述的固定方法，其特征是：浸渍胶上敷设上碳纤维布后，若在温度较低的环境下施工，选用25℃以上的热风加速浸渍胶的固化，固化时间为5-15分钟。

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