[发明专利]一种监测钢筋锈蚀的环形传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种监测钢筋锈蚀的环形传感器及其制备方法，该传感器包括环形压电元件和匹配层，所述环形压电元件由至少两个弧形块组成，所述弧形块内外表面均设有电极，各弧形块通过电极引线依次串联；所述匹配层位于环形压电元件内表面并延伸到各弧形块之间将它们粘合成环。本发明传感器结构新颖、制备方便、生产成本低、阻抗值大、抗干扰能力强、信噪比大、使用寿命长，可以直接套在钢筋表面进行使用，与钢筋接触面积大，安装简便，性能稳定，可长久埋于混凝土内不会发生脱落、形变，适合各种类型的钢筋，尤其是可对较长钢筋进行长期时时锈蚀监测，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种用于监测钢筋锈蚀的传感器，具体涉及一种使用方便、灵敏度高的监测钢筋锈蚀的环形传感器及其制备方法，属于混凝土结构无损监测技术领域。

背景技术

对混凝土结构中钢筋锈蚀的正确监测和评价可以对构件的安全剩余使用寿命提供十分重要的数据和建议。超声监测技术具有定位准确，监测成本低，使用方便等特点，近几年被广泛应用于无损监测技术领域。超声波在物体中传播时，遇到不同介质界面将发生反射、折射及绕射等现象，其接收波波形、主频以及声速等声学参数会发生变化。在钢筋锈蚀过程中，随着锈蚀产物的产生以及增多，混凝土内部结构发生变化，通过对比测量钢筋锈蚀后超声波的声学参数与未锈蚀时的声学参数，既可以实现钢筋锈蚀监测。

目前，市面上没有专门应用于监测钢筋锈蚀的超声传感器，某些科研机构制作的应用于监测钢筋锈蚀的超声传感器一类是直接贴在钢筋表面，这类传感器与钢筋的接触面积小，灵敏度低，容易脱落，而且受锈蚀方位影响大。哈尔滨工业大学蒋恒强发表了名为“钢筋锈蚀的主动波动监测方法研究”的硕士论文，该文章通过在钢筋表面粘贴压电陶瓷片的方法探讨了钢筋锈蚀问题，但其没有解决传感器安装牢固程度以及安装角度位置、传感器信噪比的问题。

另一类传感器则是直接贴在钢筋的端部（截面处），此类传感器虽然有较好的使用性能，但其只能应用在长度较短的钢筋上，如若钢筋长度增加，传感器就会接收不到超声信号。大连理工大学元军会在硕士论文“钢筋腐蚀损伤超声导波检测技术”以及济南大学仲倩倩在“基于压电传感器的钢筋锈蚀超声监测研究”中都采用传感器安装在钢筋截面处的方式，他们都没有对监测距离以及传感器接收的各类波做详细解释。

因此，发明一种可以与钢筋接触面积大、灵敏度高、安装方便、不易脱落、又可对较长钢筋进行锈蚀监测的超声传感器具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种监测钢筋锈蚀的环形传感器，该环形传感器可以直接套在钢筋上使用，与钢筋接触面积大，安装简便，性能稳定，可长久埋于混凝土内不会发生脱落、灵敏度高，生产成本低，又可对较长钢筋进行锈蚀监测，具有很好的应用前景。

本发明还公开了上述监测钢筋锈蚀的环形传感器的制备方法，本发明方法操作简单、易于实施，便于工业化生产。

本发明具体技术方案如下：

一种监测钢筋锈蚀的环形传感器，包括环形压电组件和匹配层，所述环形压电元件由至少两个弧形块组成，所述弧形块内外表面均设有电极，各弧形块通过电极引线依次串联；所述匹配层位于环形压电元件内表面并延伸到各弧形块之间将它们粘合成环。

进一步的，本发明弧形块的个数对阻抗性能有影响，所述弧形块的个数记为n，n为2-6的整数，例如2个、3个、4个、5个、6个，优选为4-6个。

进一步的，本发明环形传感器的环形压电组件由多个弧形块粘合而成，弧形块自身内表面和外表面带有电极，而粘合的匹配层处不带有电极，因此所述环形压电组件的正极和负极均是不连续的。弧形块上的电极可以是现有技术中公开的常用电极，例如烧银电极。

进一步的，本发明上述弧形块大小、形状相同，截面为扇形。弧形块的内表面为正极时外表面为负极，内表面为负极时外表面为正极。各弧形块之间的间隔为2mm-5mm。