壓電傳感器應(yīng)力-應(yīng)變傳感特性及其在混凝土監(jiān)測中的應(yīng)用.pdf

1、壓電智能材料在土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。為提高壓電傳感器與混凝土間的力學(xué)相容性，本文優(yōu)化了封裝材料，并以壓電陶瓷為傳感元件制備了壓電傳感器。研究了壓電傳感器的應(yīng)力/應(yīng)變傳感特性，測試了壓電傳感器的應(yīng)力靈敏度等參數(shù)，研究了壓電傳感器輸出電壓與結(jié)構(gòu)應(yīng)變之間對(duì)應(yīng)的量化關(guān)系。對(duì)混凝土試塊的不同受力狀況進(jìn)行了監(jiān)測，探討了壓電傳感器應(yīng)用于土木工程監(jiān)測領(lǐng)域的可行性。具體研究內(nèi)容及取得的實(shí)驗(yàn)成果如下所示:
　　優(yōu)化了壓電傳感器的封裝

2、材料，總結(jié)了壓電傳感器的制備工藝流程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:綜合考慮封裝材料的強(qiáng)度、電絕緣性能、防水性能、固化前的流動(dòng)性、彈性模量、高頻荷載下的力傳遞性能等因素，優(yōu)選封裝材料的原料為水泥、環(huán)氧樹脂、固化劑、氧化鋁粉，對(duì)應(yīng)的優(yōu)選配比為4∶2∶0.5∶1.6～4∶2∶0.5∶2;壓電傳感器的制備過程中，對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)屏蔽處理。
　　研究了壓電傳感器的應(yīng)力靈敏度(V/MPa)、頻率特性、重復(fù)性等性質(zhì)。研究結(jié)果表明:壓電傳感器的輸出電壓與所受應(yīng)力

3、具有良好的線性關(guān)系;壓電陶瓷厚度相同時(shí)，隨著陶瓷面積增大，壓電傳感器的應(yīng)力靈敏度相應(yīng)增大;壓電陶瓷面積相同時(shí)，隨著陶瓷厚度增加，壓電傳感器的應(yīng)力靈敏度略呈上升趨勢，但變化不很明顯;封裝材料的改進(jìn)提高了高頻荷載下壓電傳感器的電壓輸出性能;壓電傳感器的重復(fù)性誤差小，符合工程中應(yīng)用的要求。
　　研究了壓電傳感器在低頻振動(dòng)(0.1Hz～40Hz)下的應(yīng)變傳感特性，研究了壓電傳感器輸出電壓與結(jié)構(gòu)應(yīng)變之間對(duì)應(yīng)的量化關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:準(zhǔn)靜態(tài)加

4、載條件下，壓電傳感器的響應(yīng)速度比應(yīng)變片的響應(yīng)速度快，應(yīng)變在達(dá)到最大值后就固定在某一值上，輸出電壓達(dá)到最大值后開始迅速衰減;壓電傳感器的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)變靈敏度低于其動(dòng)態(tài)應(yīng)變靈敏度;隨著振動(dòng)頻率增大，壓電傳感器的應(yīng)變靈敏度呈現(xiàn)增大的趨勢;不同激振頻率下，壓電傳感器輸出電壓與梁應(yīng)變間呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，符合橋梁低頻振動(dòng)測試的基本要求。
　　將壓電傳感器埋入混凝土試塊中，在混凝土抗壓試驗(yàn)中，對(duì)混凝土試塊的不同應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了監(jiān)測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:

5、混凝土幅值掃描加載過程中，荷載幅值逐級(jí)增大時(shí)，壓電傳感器的輸出電壓穩(wěn)定增加;混凝土頻率掃描加載過程中，荷載頻率逐漸增大時(shí)，壓電傳感器的輸出電壓基本保持不變，即壓電傳感器輸出電壓在混凝土應(yīng)力監(jiān)測中不受荷載頻率的影響，具有良好的頻率獨(dú)立性;壓電傳感器能很好地反饋出混凝土試塊所受荷載頻率;壓電傳感器所受50Hz工頻干擾的影響很小，具有良好的屏蔽特性。
　　將壓電陶瓷傳感器埋入混凝土梁中，采用應(yīng)變片測試應(yīng)變，在混凝土三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中對(duì)混凝土