[发明专利]钢混结构用无线自集能腐蚀传感器的能量供给单元

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种能量供给单元，具体涉及用在土木工程结构健康监测中，能够为恶劣服役环境下腐蚀监测传感器系统提供能源的单元及其制备方法。

背景技术

过去的研究表明钢筋腐蚀是造成钢混结构损伤以及失效的原因之一，全世界对腐蚀结构的维护维修以及更换构件投入了大量的费用，在土木工程中钢筋腐蚀的监测是结构健康监测以及全寿命设计的重要组成部分。随着钢混结构钢筋腐蚀问题引起全世界的广泛关注，国内外针对耦合腐蚀作用下的材料、构件到结的性能进行了大量、系统的研究，这些研究建立了腐蚀状态与材料、构件及结构性能之间宝贵的数据库。钢筋腐蚀监测系统一旦成功构建，将在结构腐蚀状态与结构服役性能之间架设“桥梁”，实时掌握结构的耐久性状态，并最终为结构服役安全性的评定、合理化腐蚀控制措施与维修加固方案的提出及全寿命设计等提供科学依据。

国内外针对耦合腐蚀作用下的材料、构件到结构的性能进行了大量地研究，建立了腐蚀状态与材料、构件及结构性能之间宝贵的数据库。一旦成功构建钢筋腐蚀监测系统，将在结构腐蚀状态与结构服役性能之间架设“桥梁”，能够实时掌握结构的耐久性状态，并最终为结构服役安全性的评定、合理化腐蚀控制措施与维修加固方案的提出及全寿命设计等提供科学依据。因此，钢筋腐蚀监测研究工作的开展势在必行，这一工作具有显著的经济效益和潜在的、重要的社会效益。

土木工程中绝大多数(除了部分高温氧化反应外)钢材的腐蚀过程都是电化学过程，所以电化学方法成为监测结构中钢材腐蚀的最本质的方法。近些年来国内外的科研工作者采用电化学方法对腐蚀科学问题进行了大量的研究，通过稳态及暂态电化学方法的研究，不但能够获得诸如腐蚀电流密度、腐蚀速率这样的基本参数，还能够得知揭示腐蚀电化学过程的更详细的信息，如极化电阻、双电层电容、扩散过程、点蚀的发生过程等等。这些参数的测量能够为腐蚀监测提供更加可靠的依据。

过去数十年来，国内外基于电化学原理对金属的腐蚀问题进行了大量、深入地研究。不难发现，这些研究主要集中在实验室状态下，钢混体系腐蚀电化学反应与钢混结构的特殊性决定了以往的研究对实现大规模钢混结构钢筋腐蚀监测还存在较大距离。需要创新发展能够满足重大钢混基础结构腐蚀监测传感器网络，实现重大工程结构多点、分布式监测，为腐蚀监测系统的最终工程应用提供关键技术。显然，重大钢混结构的设计服役年限达几十年甚至上百年，因此腐蚀监测系统的服役年限至少不能低于结构的设计年限，这就要求持续为腐蚀监测传感网络提供能量供给以维持结构健康监测系统的运转。过去的几十年里，风能、太阳能等已经能够为传感器系统提供能量供给，但其需要大量的导线接入到传感器上，这大大提高了系统成本以及施工的难度，实践表明大量导线的接入进一步严重降低了传感器的成活率。此外，受日光强度、风场分布的影响，所提供的能源还存在稳定性的问题。因此，需要针对钢混结构腐蚀监测的特殊性，提供更加稳定、简便的能量供给途经。本专利应用对侵蚀环境敏感的材料，构建能量供给单元，在钢混结构处于钝化状态下，能量供给单元没有能量输出，传感器网络处于静默状态；一旦钢混结构受到环境的侵蚀，能量供给单元开始输出能量，为传感器网络提供稳定的能源供给，从而通过腐蚀传感器网络实现重大钢混结构腐蚀状态信号的采集、传输与识别。

发明内容

本发明的目的在于提供用于重大钢混结构无线自集能腐蚀监测传感器系统的能量供给单元。常规能量存储设备难以满足结构健康监测的要求，如电池、电容器等都存在服役寿命短，使用过程中需要进行多次充电。采用本发明的无线传感器能量供给单元，能够在结构未发生广义损伤时为睡眠状态，传感器不被激活。一旦结构出现了广义损伤，能量供给单元被侵蚀性介质触发，利用敏感材料的电化学反应所产生的能量供给无线传感器平台。

本发明的目的是这样实现的：一种钢混结构用无线自集能腐蚀传感器的能量供给单元，包括石墨板和镁板，石墨板和镁板为带有多个正方形凸起的结构，石墨板和镁板的正方形凸起采用国际象棋棋盘式相互间隔设置，石墨板和镁板之间采用PVC板绝缘，分别在石墨板和镁板上焊接铜导线；石墨板上的铜导线连接到传感器电源插槽的负极，镁板上的铜导线连接到传感器的电源插槽的正极。

本发明还有如下技术特征：