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文檔簡介
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)變之間對應(yīng)的量化關(guān)系。對混凝土試塊的不同受力狀況進行了監(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)容及取得的實驗成果如下所示:
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。實驗結(jié)果表明:綜合考慮封裝材料的強度、電絕緣性能、防水性能、固化前的流動性、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,對其進行了相關(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,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,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(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)變之間對應(yīng)的量化關(guān)系。實驗結(jié)果表明:準靜態(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)變在達到最大值后就固定在某一值上,輸出電壓達到最大值后開始迅速衰減;壓電傳感器的準靜態(tài)應(yīng)變靈敏度低于其動態(tài)應(yīng)變靈敏度;隨著振動頻率增大,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,在混凝土抗壓試驗中,對混凝土試塊的不同應(yīng)力狀態(tài)進行了監(jiān)測。實驗結(jié)果表明:
5、混凝土幅值掃描加載過程中,荷載幅值逐級增大時,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,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,在混凝土三點彎曲試驗中對混凝土
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