[发明专利]基于厚度切变型PZT的FRP筋界面剪应力监测装置及方法

权利要求书

1.一种基于厚度切变型PZT的FRP筋界面剪应力监测装置，其特征在于，在FRP筋材（1）外覆盖混凝土（4），将混凝土（4）内的FRP筋材（1）表面沿埋长方向开设多个凹槽，在两个以下所述凹槽内固定用作驱动器的厚度切变振动型压电陶瓷片（2），在其余所述凹槽内各固定一个用作传感器的厚度切变振动型压电陶瓷片（3）；所述用作传感器的厚度切变振动型压电陶瓷片（3）和用作驱动器的厚度切变振动型压电陶瓷片（2）上均涂有防水层，且所有厚度切变振动型压电陶瓷片与所述凹槽之间均设有绝缘层；所述用作传感器的厚度切变振动型压电陶瓷片（3）通过导线与数据采集仪（6）连接，所述数据采集仪（6）接入计算机；所述用作驱动器的的厚度切变振动型压电陶瓷片（2）中的一个与任意信号函数发生器（5）连接。

2.根据权利要求1所述的基于厚度切变型PZT的FRP筋界面剪应力监测装置，其特征在于，所有厚度切变振动型压电陶瓷片均为翻边压电陶瓷片，所述翻边压电陶瓷片包括压电陶瓷基本体（8），所述压电陶瓷基本体（8）上表面固定上表面银电极（9），所述压电陶瓷基本体（8）下表面的银电极（10）向上折弯引至所述压电陶瓷基本体（8）上表面，两个银电极之间通过一条无镀银的隔离带（11）隔离；所述翻边压电陶瓷片厚度为0.3mm，长度为13mm，宽度为5mm。

3.根据权利要求1或2所述的基于厚度切变型PZT的FRP筋界面剪应力监测装置，其特征在于，所述凹槽深度为0.5mm～0.6mm，所述凹槽横截面长度和宽度比压电陶瓷片长度和宽度分别大0.2mm～0.3mm。

4.根据权利要求3所述的基于厚度切变型PZT的FRP筋界面剪应力监测装置，其特征在于，每一个用作压电陶瓷传感器的压电陶瓷片（3）与所述数据采集仪（6）之间均接有电荷适配器（7）。

5.根据权利要求4所述的基于厚度切变型PZT的FRP筋界面剪应力监测装置，其特征在于，所述绝缘防水层为一层均匀的环氧树脂绝缘层，且所述绝缘防水层厚度为0.08～0.12mm。

6.一种FRP筋界面压电陶瓷传感器的制作方法，其特征在于，该方法为：

1）在FRP筋表面沿埋长方向开设多个凹槽，在打磨光滑后的凹槽表面均匀涂上环氧树脂绝缘层；

2）将压电陶瓷片打磨平整，用无水酒精将压电陶瓷片的表面清洁干净,静置自然干燥；

3）将压电陶瓷片粘贴至凹槽内，并采用塑料薄膜按压压电陶瓷片，使压电陶瓷片粘结密实；

4）在压电陶瓷片上焊接导线，并测试压电陶瓷片的导电性能；

5）使用防水层对焊接好的压电陶瓷片进行封装，静置封装后的压电陶瓷片，在室温环境下固化一天。

7.根据权利要求6所述的FRP筋界面压电陶瓷传感器的制作方法，其特征在于，所述导线为带屏蔽线的电缆。

8.根据权利要求6或7所述的FRP筋界面压电陶瓷传感器的制作方法，其特征在于，所述防水层材料为环氧树脂。

9.根据权利要求8所述的FRP筋界面压电陶瓷传感器的制作方法，其特征在于，所述压电陶瓷片通过KH502胶粘贴在FRP筋表面凹槽内。

10.一种利用权利要求1所述监测装置监测FRP筋界面剪应力的方法，其特征在于，该方法为：

1）计算任一用作压电陶瓷传感器的压电陶瓷片表面产生的电荷量q：q=d₁₅σ₅A₁；其中，d₁₅为压电应变常数；σ₅压电陶瓷片界面受到的剪应力；A₁为压电陶瓷片的表面积。

2）测量FRP筋未被张拉时上述用作压电陶瓷传感器的压电陶瓷片两极板上的输出电压初始值，测量FRP筋被张拉后上述用作压电陶瓷传感器的压电陶瓷片两极板上的输出电压值，得到输出电压改变量▽U；

3）利用上述输出电压改变量▽U计算压电陶瓷片界面受到的剪应力σ₅，即得到FRP筋界面剪应力τ：其中，C_p为压电传感器两极板间的电容量。