徑向壓電超聲傳感器的制備及其在混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用.pdf

1、現(xiàn)在常用的超聲傳感器多用金屬封裝層做外殼，外貼于混凝土結(jié)構(gòu)表面使用，不容易與混凝土相耦合，受到環(huán)境影響較大，從而使得測(cè)試信號(hào)嚴(yán)重的失準(zhǔn)。且現(xiàn)在常用的壓電超聲傳感器指向性單一，難以實(shí)現(xiàn)在多方向上的接發(fā)超聲波信號(hào)。為了克服以上所述缺點(diǎn)，本論文致力于研制一種埋入式徑向壓電超聲傳感器，與混凝土相容性好，能夠?qū)崿F(xiàn)埋入混凝土結(jié)構(gòu)中多方向的接收和發(fā)射超聲信號(hào)。
　　本論文的開(kāi)展主要涉及到了徑向壓電超聲傳感器的制備以及其在混凝土缺陷監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，

2、具體如下：
　　（1）本實(shí)驗(yàn)以尺寸為24mm×20mm×15mm（外徑×內(nèi)徑×高）的PZT-52壓電陶瓷圓管作為接受型徑向超聲傳感器的壓電元件，以尺寸為25mm×22mm×14mm的PZT-41壓電陶瓷圓管作為發(fā)射型徑向超聲傳感器的壓電元件，以水泥、環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量比為1:1的混合物作為徑向壓電傳超聲感器匹配層材料，以鎢粉、水泥、環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量比為2:1:1的混合物作為徑向壓電超聲傳感器的背襯層材料，來(lái)制備徑向壓電超聲傳感器。制備的傳感

3、器具有體積小、造價(jià)低、與混凝土兼容性好的優(yōu)點(diǎn)，其大小和混凝土大骨料相當(dāng)。
　?。?）對(duì)不同結(jié)構(gòu)尺寸的發(fā)射型徑向壓電超聲傳感器進(jìn)行時(shí)域分析和頻域分析，研究了匹配層厚度和背襯層結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)射型徑向壓電超聲傳感器性能的影響。研究得出，當(dāng)匹配層厚度為11mm時(shí)，發(fā)射型徑向超聲傳感器的首波幅值與峰-峰值都為最大，此時(shí)傳感器的發(fā)射靈敏度最高，符合四分之一波長(zhǎng)理論；當(dāng)傳感器中添加背襯層材料時(shí)，會(huì)在一定程度上降低了發(fā)射型傳感器的發(fā)射靈敏度，但是卻增加

4、傳感器的帶寬。通過(guò)對(duì)徑向發(fā)射型傳感器在水中不同角度下的幅值分析以及在混凝土各面上的頻域分析，研究了發(fā)射型徑向超聲傳感器發(fā)射指向性，得出發(fā)射型徑向超聲傳感器在其徑向360°方向能夠?qū)崿F(xiàn)均勻發(fā)射超聲波信號(hào)。
　?。?）對(duì)不同結(jié)構(gòu)尺寸的接收型徑向壓電超聲傳感器進(jìn)行時(shí)域分析和頻域分析，研究了匹配層厚度和背襯層結(jié)構(gòu)對(duì)接收型徑向壓電超聲傳感器性能的影響。研究得出，當(dāng)接收型徑向超聲傳感器匹配層厚度為11.5mm時(shí)，傳感器接收超聲波信號(hào)的靈敏度最

5、高，符合傳感器匹配層四分之一波長(zhǎng)理論；當(dāng)傳感器添加背襯層后，接收型徑向超聲傳感器的靈敏度略有下降，但大大的增大了傳感器的聲學(xué)衰減性能，一定程度上增大了傳感器的帶寬；通過(guò)對(duì)徑向接收型傳感器在水下不同角度下的接收幅值分析以及在混凝土各面上的時(shí)域分析，研究了接收型徑向超聲傳感器接收指向性，得出接收型徑向超聲傳感器在其徑向360°方向上能夠?qū)崿F(xiàn)均勻接收超聲波信號(hào)。
　?。?）將所制備的徑向發(fā)射型和接收型超聲傳感器分別埋入到混凝土，在不同的