[实用新型]一种用于混凝土结构健康监测的叠堆式压电智能骨料

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于混凝土结构健康监测的叠堆式压电智能骨料，适用于钢筋混凝土结构内部裂缝、孔洞等损伤的检验，属于土木工程领域。

背景技术

随着经济的不断增长、科技的不断进步，人们对于大型复杂工程结构的需求与日俱增。但钢筋混凝土结构在长期服役过程中，因材料老化、荷载作用、疲劳效应等诸多不利因素，不可避免的会导致结构内部出现裂纹、孔洞等形式的损伤，如不及时发现，可能会引起灾难性的突发事故。

压电陶瓷材料因其同时具有正压电效应与逆压电效应，可以同时作为驱动器与传感器，且价格低廉、响应速度快、灵敏度高、能耗低、线性度良好，在钢筋混凝土主动结构健康监测领域有着很好的应用前景。本实用新型充分利用了压电陶瓷的正压电与逆压电效应。

对于钢筋混凝土结构而言，内部裂纹、孔洞等损伤具有隐蔽性，基于波动法的混凝土结构主动健康监测需要埋置于混凝土内部或粘贴在混凝土表面的传感器发射、接收应力波，通过相关参数变化实现结构内部损伤情况的监测。但应力波在混凝土材料中衰减极快，衰减程度随着发射应力波的频率增大，呈现出指数下降的趋势，导致传感器间的监测区域很小。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种高输出能力、与混凝土材料相容性好、无需保护、且能提供实时在线监测钢筋混凝土结构内部健康情况的一种用于混凝土结构健康监测的叠堆式压电智能骨料。

由于压电陶瓷本身材料的限制，非常容易遭到破坏。而将压电陶瓷封装在耐久性好的材料中，这样被封装的压电陶瓷传感器就可以像混凝土中的砂石骨料一样，直接放入混凝土结构中，便形成了智能骨料。

本实用新型中所提出的一种用于混凝土结构健康监测的叠堆式压电智能骨料，是一种具有特殊内部结构形式的智能骨料，外部为与混凝土相容性良好的大理石保护层，内部核心为若干d33型压电陶瓷圆片通过高强环氧树脂粘合而组成的压电堆，压电堆中各d33型压电陶瓷圆片之间使用交叉指形电极相连，即在d33型压电陶瓷圆片的上下表面连接由一对异性主电极引出一系列异性分支电极，分支的异性电极交叉排列。相邻d33型压电陶瓷圆片的相对表面具有相同的电极结构并且正负分支电极位置对应。该结构实现了电学上的并联与力学上的串联，在相同电压供给的情况下，提高了压电陶瓷圆片的输出变形量。从而实现了混凝土材料中，应力波的更远距离传输。

本实用新型的技术方案：

一种用于混凝土结构健康监测的叠堆式压电智能骨料，包括d33型压电陶瓷圆片1、交叉指形电极2、高强环氧树脂填充保护层3、屏蔽涂料层4，大理石保护壳5、低噪声屏蔽电缆6和卡扣配合型连接器(BNC)7；

交叉指形电极2的各分支异性电极交叉排列，分别焊接在若干叠堆形式的d33型压电陶瓷圆片1的上下表面，并保证相邻两个d33型压电陶瓷圆片1相对面连接相同极性的电极；各d33型压电陶瓷圆片1间使用高强环氧树脂填充保护层3填充粘接，形成压电堆8；压电堆8中交叉指形电极2与低噪声屏蔽电缆6连接；压电堆8外部依次设有屏蔽涂料层4和高强环氧树脂填充保护层3；将被保护的压电堆放入大理石保护壳5中，使用高强环氧树脂填充保护层3链接固定；卡扣配合型连接器(BNC)7与低噪声屏蔽电缆6连接。

本实用新型的有益效果：

1、此装置内置d33型压电陶瓷圆片与交叉指形电极组成的压电堆，实现电学并联与力学串联，即在相同的电压输入情况下，显著提高了智能骨料的输出变形能力，实现混凝土材料中应力波的远距离传输。

2、本装置的外层大理石保护壳与混凝土材料相容性良好，对于被监测的钢筋混凝土结构影响较小。

3、本装置结构简单，材料廉价，制作与安装方便，可直接像混凝土材料中沙石骨料一样直接放入结构中的预定位置，无需额外保护，且本装置可以同时作为传感器与驱动器，实现混凝土结构损伤监测，具有很大的市场和应用前景。

附图说明

图1是本实用新型整体实物示意图。

图2是本实用新型的xy剖面结构示意图。

图3是本实用新型图2中压电堆结构图。

图4是本实用新型图2的a-a截面剖面图。

图5是本实用新型图2的b-b截面剖面图。

图中：1d33型压电陶瓷圆片；2交叉指形电极；3高强环氧树脂填充保护层；

4屏蔽涂料层；5大理石保护壳；6低噪声屏蔽电缆；

7卡扣配合型连接器(BNC)；8压电堆。

具体实施方式