CN116858945A - 一种复合改性的宽带型声发射传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合改性的宽带型声发射传感器，包括宽带型传感器装置和复合改性压电陶瓷，宽带型传感器装置包括外壳、端子、引线、阻尼材料和耦合面；外壳用于保护复合改性压电陶瓷同时屏蔽外界电磁干扰；端子连接宽带型传感器装置内外，用于外接线；引线与端子芯线连接；阻尼材料位于外壳底部，耦合面之上，用于抑制谐振；耦合面位于宽带型传感器装置底部，起到声耦合、绝缘以及保护复合改性压电陶瓷的作用；复合改性压电陶瓷包括陶瓷组和水泥基浆体；陶瓷组由一系列底面为正方形的长方体陶瓷按顺序排列组合而成，水泥基浆体用于填充陶瓷组之间的空隙。以及提供一种声发射传感器的制作方法。本发明压电性能较好、与混凝土具有良好相容性。
Description
技术领域
本发明属于声发射传感器监测技术领域，尤其涉及一种宽带型声发射传感器及其制作方法。
背景技术
随着经济的不断发展及其国家对于基建工程的大力支持，我国的混凝土结构越来越多，尤其是大型建筑、桥梁、大坝等，混凝土结构自身以及内部钢筋的性能变化对这些建筑物影响非常大，因此及时监测混凝土结构内部变化对混凝土建筑物的使用性能和安全性能极其重要。
关于监测领域的传感器有非常多，例如声发射传感器。这种传感器的核心内核技术是压电材料。目前研究的压电材料主要有压电陶瓷、有机压电材料等。压电陶瓷具有机电耦合系数高、压电响应大等特点，但其密度高，声阻抗远远大于土木工程领域的混凝土材料，当其用于土木结构的检测时，由于声阻抗的不匹配，使压电传感器发出或接收的波信号易于在传感器或混凝土界面上反射，导致信号减弱或产生虚假信号，影响传感或驱动的精度，甚至会发生错误的检测情形。有机压电材料材质柔韧、阻抗低、压电电压常数高，但是压电应变常数偏低、机电耦合系数小、温度范围窄，与土木工程领域中的水泥基材料存在热膨胀性不协调等问题。
因此，为了利用声发射传感器对混凝土结构进行有效监测，针对现有压电材料声阻抗过大、热膨胀系数与水泥基材料的相差较大的问题，急需一种压电性能较好、与混凝土具有良好相容性的复合改性的宽带型声发射传感器及其制作方法。
发明内容
为了克服已有声发射传感器的压电性能较差、与混凝土相容性较差的不足，本发明提供了一种压电性能较好、与混凝土具有良好相容性的复合改性的宽带型声发射传感器及其制作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种复合改性的宽带型声发射传感器，包括宽带型传感器装置和复合改性压电陶瓷，所述宽带型传感器装置包括外壳、端子、引线、阻尼材料和耦合面；所述外壳利用金属制成，外壳用于保护复合改性压电陶瓷同时可以屏蔽外界电磁干扰；所述端子连接宽带型传感器装置内外，用于外接线；所述引线与端子芯线连接；所述阻尼材料位于外壳底部，耦合面之上，用于抑制谐振，从而达到通频带响应平滑；所述耦合面位于所述宽带型传感器装置底部，起到声耦合、绝缘以及保护复合改性压电陶瓷的作用；所述复合改性压电陶瓷包括陶瓷组和水泥基浆体；所述陶瓷组由一系列底面为正方形的长方体陶瓷按顺序排列组合而成，所述水泥基浆体用于填充陶瓷组之间的空隙。
本发明中，所述水泥基浆体的掺入能够有效调节压电材料中陶瓷的声阻抗，提高适用性。
进一步，所述水泥基浆体包括但不限于水泥浆体。
一种复合改性的宽带型声发射传感器的制作方法，包括以下步骤：
(1)选取设定大小的陶瓷，按照所需规格尺寸切割成若干底面为正方形的长方体陶瓷并按照设定间距顺序排列成陶瓷组；
(2)将陶瓷组放入定制模具中，制作水泥基浆体并倒入模具中填充陶瓷组的间距空隙，且水泥基浆体恰好没过陶瓷组表面；
(3)利用真空泵对制作的复合改性压电陶瓷进行真空处理，排除水泥基浆体内的空气；
(4)按照规定养护期限进行试件养护；养护时间结束后，利用切割工具对试件的顶底面进行平行顶底面切割，使得陶瓷组截面裸露在外面，使得所制得的复合改性压电陶瓷能够达到预期效果；
(5)将所述复合改性压电陶瓷与宽带型传感器装置装配制得复合改性的宽带型声发射传感器。
所述步骤(5)中，所述宽带型传感器装置包括外壳、端子、引线、阻尼材料和耦合面；所述外壳利用金属制成，外壳用于保护复合改性压电陶瓷同时可以屏蔽外界电磁干扰；所述端子连接宽带型传感器装置内外，用于外接线；所述引线与端子芯线连接；所述阻尼材料位于外壳底部，耦合面之上，用于抑制谐振，从而达到通频带响应平滑；所述耦合面位于所述宽带型传感器装置底部，起到声耦合、绝缘以及保护复合改性压电陶瓷的作用；
将复合改性压电陶瓷底面与耦合面连接，顶部引出一根引线与外壳侧边的端子相连，并在金属外壳内部粘贴一圈阻尼材料，同时将外壳与耦合面组装，最终制得复合改性的宽带型声发射传感器。
本方案的步骤(3)中，利用真空泵进行真空处理主要是为了防止空气干扰传感器本身的声阻抗、线膨胀系数等性能。
本发明的有益效果主要表现在：
1、与传统方法相比本发明将压电陶瓷与水泥基浆体材料进行复合，能够有效调节压电材料的声阻抗。
2、本发明掺入压电陶瓷材料作为功能体而形成的水泥基压电复合材料，水泥基压电传感器会像骨料一样埋入混凝土结构中，并且与混凝土有相似的声阻抗、等同的收缩率及相近的热胀系数，即具有良好的相容性具有较好的压电性能。
附图说明
图1是复合改性的宽带型声发射传感器整体的剖面图；
图2是复合改性压电陶瓷A-A剖面图；
图3是复合改性压电陶瓷B-B剖面图；
其中：传感器装置1、外壳1-1、端子1-2、引线1-3、阻尼材料1-4、耦合面1-5、复合改性压电陶瓷2、陶瓷组2-1、水泥基浆体2-2。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图3，一种复合改性的宽带型声发射传感器，包括宽带型传感器装置1、复合改性压电陶瓷2；
所述宽带型传感器装置1包括外壳1-1、端子1-2、引线1-3、阻尼材料1-4和耦合面1-5；所述外壳1-1利用金属制成，外壳1-1用于保护复合改性压电陶瓷2同时可以屏蔽外界电磁干扰；所述端子1-2连接宽带型传感器装置1内外，用于外接线；所述引线1-3与端子1-2芯线连接；所述阻尼材料1-4位于外壳1-1底部，耦合面1-5之上，用于抑制谐振，从而达到通频带响应平滑；所述耦合面1-5位于所述宽带型传感器装置1底部，起到声耦合、绝缘以及保护复合改性压电陶瓷2的作用。
所述复合改性压电陶瓷2包括陶瓷组2-1和水泥基浆体2-2；所述陶瓷组2-1由25个底面为正方形的长方体陶瓷按5×5排列而成；所述水泥基浆体2-2使用混凝土，用于填充陶瓷组2-1之间的空隙。
具体地，所述水泥基浆体2-2的掺入能够有效调节压电材料中陶瓷的声阻抗，提高传感器适用性。
本实施例提供的复合改性的宽带型声发射传感器的制作方法，该方法包括以下步骤：
(1)首先选取设定大小的陶瓷，按照所需规格尺寸切割成25个底面为正方形的长方体陶瓷并按照5×5顺序排列成陶瓷组2-1。
(2)然后将排列好的陶瓷组2-1放入定制模具中，制作混凝土拌合物2-2并倒入模具中填充陶瓷组2-1的间距空隙，且混凝土拌合物2-2恰好没过陶瓷组2-1表面。
(3)接着利用真空泵对前面制作的复合改性压电陶瓷2进行真空处理，排除混凝土拌合物2-2内的空气。
(4)按照规定养护期限进行试件养护，养护时间结束后，利用切割工具对试件的顶底面进行平行顶底面切割，使得陶瓷组2-1截面裸露在外面，使得所制得的复合改性压电陶瓷2能够达到预期效果。
(5)将所述复合改性压电陶瓷与宽带型传感器装置装配制得复合改性的宽带型声发射传感器。
所述步骤(5)中，所述宽带型传感器装置1包括外壳1-1、端子1-2、引线1-3、阻尼材料1-4和耦合面1-5；所述外壳1-1利用金属制成，外壳1-1用于保护复合改性压电陶瓷2同时可以屏蔽外界电磁干扰；所述端子1-2连接宽带型传感器装置1内外，用于外接线；所述引线1-3与端子1-2芯线连接；所述阻尼材料1-4位于外壳1-1底部，耦合面1-5之上，用于抑制谐振，从而达到通频带响应平滑；所述耦合面1-5位于所述宽带型传感器装置1底部，起到声耦合、绝缘以及保护复合改性压电陶瓷2的作用；
将复合改性压电陶瓷2底面与耦合面1-5连接，顶部引出一根引线1-3与外壳1-1侧边的端子1-2相连，并在金属外壳1-1内部粘贴一圈阻尼材料1-4，同时将外壳1-1与耦合面1-5组装，最终制得复合改性的宽带型声发射传感器。
所述步骤(3)中，利用真空泵进行真空处理主要是为了防止空气干扰传感器本身的声阻抗、线膨胀系数等性能。
以上描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种复合改性的宽带型声发射传感器，其特征在于，包括宽带型传感器装置和复合改性压电陶瓷，所述宽带型传感器装置包括外壳、端子、引线、阻尼材料和耦合面；所述外壳利用金属制成，外壳用于保护复合改性压电陶瓷同时可以屏蔽外界电磁干扰；所述端子连接宽带型传感器装置内外，用于外接线；所述引线与端子芯线连接；所述阻尼材料位于外壳底部，耦合面之上，用于抑制谐振，从而达到通频带响应平滑；所述耦合面位于所述宽带型传感器装置底部，起到声耦合、绝缘以及保护复合改性压电陶瓷的作用；所述复合改性压电陶瓷包括陶瓷组和水泥基浆体；所述陶瓷组由一系列底面为正方形的长方体陶瓷按顺序排列组合而成，所述水泥基浆体用于填充陶瓷组之间的空隙。
2.如权利要求1所述的复合改性的宽带型声发射传感器，其特征在于，所述水泥基浆体为水泥浆体。
3.一种如权利要求1所述的复合改性的宽带型声发射传感器的制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)选取设定大小的陶瓷，按照所需规格尺寸切割成若干底面为正方形的长方体陶瓷并按照设定间距顺序排列成陶瓷组；
(2)将陶瓷组放入定制模具中，制作水泥基浆体并倒入模具中填充陶瓷组的间距空隙，且水泥基浆体恰好没过陶瓷组表面；
(3)利用真空泵对制作的复合改性压电陶瓷进行真空处理，排除水泥基浆体内的空气；
(4)按照规定养护期限进行试件养护；养护时间结束后，利用切割工具对试件的顶底面进行平行顶底面切割，使得陶瓷组截面裸露在外面，使得所制得的复合改性压电陶瓷能够达到预期效果；
(5)将所述复合改性压电陶瓷与宽带型传感器装置装配制得复合改性的宽带型声发射传感器。
4.如权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述宽带型传感器装置包括外壳、端子、引线、阻尼材料和耦合面；所述外壳利用金属制成，外壳用于保护复合改性压电陶瓷同时可以屏蔽外界电磁干扰；所述端子连接宽带型传感器装置内外，用于外接线；所述引线与端子芯线连接；所述阻尼材料位于外壳底部，耦合面之上，用于抑制谐振，从而达到通频带响应平滑；所述耦合面位于所述宽带型传感器装置底部，起到声耦合、绝缘以及保护复合改性压电陶瓷的作用；
将复合改性压电陶瓷底面与耦合面连接，顶部引出一根引线与外壳侧边的端子相连，并在金属外壳内部粘贴一圈阻尼材料，同时将外壳与耦合面组装，最终制得复合改性的宽带型声发射传感器。
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