[发明专利]一种用于混凝土结构健康监测/检测的植入式压电加速度传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种用于混凝土结构监测/检测的植入式压电加速度传感器及其制备方法和应用，包括压电元件、钨块、基座、电荷适调器、封装层和屏蔽层等。通过封装层添加钨粉、铁粉、屏蔽层，有效解决由于材料本身性能缺陷造成信号干扰严重的问题；采用圆环型1‑3‑2型水泥/聚合物基压电复合材料，结构简单，布阵方便，与基体耦合性好，对传感器灵敏度变化影响较小，有效提高了传感器低频响应特点，同时具有结构密实度好，绝缘、防水和耐腐蚀性能优良，重复性好，连接使用简单等优点，消除了导线过长造成的信号衰减严重问题，通过植入的方式对土木工程结构进行振动监测/检测具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于压电传感技术领域，涉及一种内置电荷适调器的植入式压电加速度传感器，为单向拾振器，具体涉及一种用于混凝土结构监测/检测的植入式压电加速度传感器及其制备方法和应用。

背景技术

混凝土是土木工程中应用最广泛的结构材料，伴随着混凝土材料在土木工程领域的大规模使用，它所暴露的种种问题也日益出现。大型土木工程结构的使用期往往长达几十年甚至数百年，其在环境变化、外部荷载以及施工等不利因素的作用下，不可避免的产生损伤累积和抗力衰减破坏，甚至引发灾难性的突发事故。因此，采用智能传感器系统对土木工程结构进行健康监测/检测显得尤为重要。

加速度传感器是一种能够测量加速力的电子器件，具有测量精度高、工作频率范围宽、可以将极微弱的振动信号转换为电信号等优点，被广泛应用于振动损伤识别分析。利用其对混凝土结构进行健康监测/检测，及时发现结构损伤，采取防治措施，对保障人民生命财产安全具有重大意义。目前，传统的混凝土结构健康监测/检测技术多是自外而内的，采用金属外壳封装的压电式加速度传感器，若作为外贴式，传感器使用过程中受外部环境影响，易与混凝土结构产生松动，影响测量精度，甚至发生脱落现象，致使其不能反映混凝土结构真实受振状况；若作为植入式，传感器与混凝土材料耦合性差，在混凝土碱性环境中长期使用易受腐蚀，影响其防水性及耐久性。

发明内容

本发明针对现有加速度传感器存在的上述不足，提出了一种用于混凝土结构监测/检测的植入式压电加速度传感器，该传感器测量精度高、低频响应好、植入混凝土结构中与混凝土材料耦合性能好，绝缘、防水和耐腐蚀性能优良，非常适合于一些大型混凝土结构的健康监测/检测。同时通过在封装层中添加金属粉末、镀屏蔽层的方式有效解决了由于材料本身性能缺陷造成信号干扰严重的问题，确保混凝土结构振动监测/检测的准确性，具有很好的应用价值。

本发明还提供了该植入式压电加速度传感器的制备方法，通过该方法制备的压电式加速度传感器重复性好，连接使用简单，并且消除了导线过长造成信号衰减严重的问题。

同时，本发明还提供了该植入式压电加速度传感器在混凝土结构振动监测/检测中的应用，该传感器测量精度高、工作频率范围宽、与混凝土相容性好，使用寿命长，植入混凝土结构中能够准确获取结构的动力学特性。

为了实现上述发明目的，本发明具体技术方案如下：

一种用于混凝土监测/检测的植入式压电加速度传感器，其特征是：包括压电元件、钨块、基座、电荷适调器、封装层外壳和屏蔽层；所述的封装层外壳包括封装层A和封装层B两部分；所述的屏蔽层采用化学镀法镀于封装层A的内表面；

所述的基座上覆盖封装层A，基座与封装层A形成内部中空结构，压电元件和钨块位于形成的中空结构中；基座上表面有化学镀镍法制备的镍电极；基座正中固定有一体浇注的螺杆；

所述的压电元件和钨块均为圆环形，依次套设于螺杆上，并用螺母固定，压电元件和钨块轴向方向一致；

所述的压电元件的上下表面设有电极，上表面为正极，下表面为负极，钨块和压电元件之间设有导电片，导电片上连接有正极导线，基座上表面的镍电极上连接有负极导线，正、负极导线与电荷适调器正负极相连接；