CN105911100A - 一种用于管状混凝土结构健康监测的压电陶瓷圆环传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于管状混凝土结构健康监测的压电陶瓷圆环传感器，属于土木工程结构健康监测领域。该压电陶瓷圆环传感器包括压电陶瓷圆环、防水防电涂层、电磁屏蔽涂层、水泥砂浆保护层和导线。使用该压电陶瓷圆环传感器发射信号产生应力波，利用接收到的信号能量的变化可以实现对管状混凝土结构灌浆质量的监测，也可实现对内部混凝土与外包层之间剥离情况的监测，进而判断结构使用性能。本发明适用于管状混凝土结构施工过程监测以及服役过程中的健康监测，装置本身构造简单，易于批量化生产，与混凝土材料相容性好，能够实现轴向和径向双方向的信号的激励与采集，适用性强，为工程上对管状混凝土结构的施工过程和服役过程监测提供了一种传感器。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于管状混凝土结构健康监测的压电陶瓷圆环传感器，适用于管状混凝土结构的健康监测，属于土木工程结构健康监测领域。
背景技术
土木工程结构中混凝土材料由于具有抗压强度大、价格低廉和便于浇筑成形等优点，所以在实际工程中得到广泛应用。但是混凝土结构自身具有施工质量控制较难、容易开裂等缺点，所以对于混凝土结构施工质量监测和服役过程的监测很重要。在混凝土结构中，管状混凝土主要有：钢管混凝土、后张法预应力孔道灌浆混凝土等形式。
从实际工程来看，管状混凝土结构在施工和使用过程中出现的主要问题有：混凝土灌浆密实性较差、内部混凝土与外包层之间出现剥离等问题。由于在管状混凝土结构中混凝土隐藏在外包层的内部，所以当内部混凝土出现问题时是很难直接观察到的。所以需要采取一定的措施去监测内部混凝土的施工质量和服役过程中的使用性能。
目前对管状混凝土的监测传感器主要有：光纤光栅、智能骨料和超声探头等。
由于压电陶瓷材料具有正压电效应和逆压电效应，既可作为传感器又可作为作动器，所以在结构健康监测领域得到广泛应用。但是由于普通压电陶瓷片和智能骨料多为d33和d15模式，只能在单一方向激励和采集信号，并且发射功率较小，限制了其在不同形式的土木工程结构中的使用。本发明充分利用压电陶瓷的正压电效应和逆压电效应，开发了一种可沿轴向和径向双方向激励和采集信号的大功率压电陶瓷圆环传感器。
发明内容
为了使压电陶瓷材料能够更好地适应不同形式的混凝土结构，本发明开发了一种可用于管状混凝土结构的压电陶瓷圆环传感器，克服了传统压电陶瓷片和智能骨料只能在单一方向激励和采集信号的缺点，能够实现沿压电陶瓷圆环传感器的轴向和径向双方向实现信号的激励和采集，既可应用于土木工程结构主动健康监测又可应用于被动健康监测。
本发明的技术方案：
一种用于管状混凝土结构健康监测的压电陶瓷圆环传感器，包括压电陶瓷圆环1、防水防电涂层2、电磁屏蔽涂层3、水泥砂浆保护层4和导线5，在压电陶瓷圆环1的正负极焊接导线5，在焊接有导线5的压电陶瓷圆环1表面涂敷一层防水防电涂层2，在防水防电涂层2外表面涂敷电磁屏蔽涂层3，在电磁屏蔽涂层3外浇筑水泥砂浆保护层4即形成用于管状混凝土结构健康监测的压电陶瓷圆环传感器。
本发明的有益效果：
(1)结构形式简单，可以标准化、批量化生产，生产质量容易控制。
(2)采用水泥砂浆作为保护层，与混凝土材料具有很好地相容性，不会改变原有结构性质。
(3)方便制成各种不同尺寸，功率大，可以使应力波信号传播的更远，适用性更强。
(4)能够沿轴向和径向激励和采集信号，既可用于结构主动健康监测又可用于结构被动健康监测。
(5)布置方便，可以充分利用原有结构的组成部分进行布置，具有广阔的应用的前景。
附图说明
图1是本发明的压电陶瓷圆环传感器立体剖面视图。
图2是本发明的压电陶瓷圆环传感器横剖视图。
图3是本发明的压电陶瓷圆环传感器纵剖视图。
图中：1压电陶瓷圆环；2防水防电涂层；3电磁屏蔽涂层；4水泥砂浆保护层；5导线。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
本发明提供了一种用于管状混凝土结构健康监测的压电陶瓷圆环传感器，具体如下：
根据实际工程需要选取不同尺寸、规格的压电陶瓷圆环1，在压电陶瓷圆环1的正负极焊接导线5；在焊接完导线5的压电陶瓷圆环1表面涂敷一层防水防电涂层2，涂敷防水防电涂层2的目的为了保证焊接完导线5的压电陶瓷圆环1的防水性和绝缘性；待防水防电涂层2完全风干后再在外表面涂敷电磁屏蔽涂层3，做到电磁屏蔽；待电磁屏蔽涂层3风干后将经过以上工序处理的压电陶瓷圆环1放入模具中浇筑一定厚度的水泥砂浆4，浇筑水泥砂浆4的目的是保护内部压电陶瓷圆环1，防止其破碎并保持与混凝土结构良好的相容性，不影响原结构性能。
使用时将本发明安装在使用结构的合理位置，例如在后张法桥梁预应力孔道结构的健康监测中可以将此传感器串在预应力钢筋上。通过合理的布设方式，可以实现管状混凝土结构施工质量监测(例如，后张法预应力孔道和钢管混凝土灌浆密实度的监测)，也可以实现管状混凝土结构服役性能的健康监测(例如，钢管混凝土内部混凝土与外壁钢管之间的剥离情况的监测)。
本发明与现有技术相比有如下优点：功率大、与混凝土结构相容性好，可以实现轴向和径向双方向的信号激励与采集。此外，针对具体工程实际，可以选取不同尺寸、不同规格的压电陶瓷圆环传感器，以适应工程需要。
Claims (1)
1.一种用于管状混凝土结构健康监测的压电陶瓷圆环传感器，其特征在于，该压电陶瓷圆环传感器包括压电陶瓷圆环、防水防电涂层、电磁屏蔽涂层、水泥砂浆保护层和导线，在压电陶瓷圆环的正负极焊接导线，在焊接有导线的压电陶瓷圆环表面涂敷一层防水防电涂层，在防水防电涂层外表面涂敷电磁屏蔽涂层，在电磁屏蔽涂层外浇筑水泥砂浆保护层即形成压电陶瓷圆环传感器。
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