[发明专利]基于水泥基压电复合材料的无线声发射传感器

说明书

本发明公开了一种基于水泥基压电复合材料的无线声发射传感器，现有的声发射传感元件采用有线的方式进行信号传输，且需要额外配置采集仪，在大跨桥梁、超高层建筑、大跨建筑结构健康监测的应用中存在布线繁琐，施工难度大，费用大等等局限。在铁路跨线桥的监测应用中也存在诸多限制：铁路跨线桥(高铁线)不允许传感器线路跨越高压线。因此，本发明针对上述不足对水泥基压电声发射传感元件进行无线设计，能进一步扩大该类型传感元件的适用范围并减少施工部署难度和维护成本。本发明是一种基于水泥基压电复合材料的无线声发射传感器，包括传感元件、蓄电池、塑料顶盖、外壳、电路处理模块、无线发射天线。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及一种基于水泥基压电复合材料的无线声发射传感器。

背景技术

混凝土被广泛的应用到道路、桥梁以及国防基础设施建设中。然而，混凝土工程通常服役在复杂的环境中，在混凝土工程服役过程中，往往因环境、荷载以及化学侵蚀等因素，造成混凝土结构被损伤侵蚀，引起混凝土材料产生损伤累积和破坏，严重情况下，甚至会导致灾难性事故的发生，给人们的生命财产安全带来隐患，给社会的稳定发展带来不良影响。因此，采取必要的监测手段对大型混凝土工程结构实施实时在线监测和预警，保障其安全运营显得极为重要。

此外，现有的传感器采用有线的方式进行信号传输，且需另外配置采集仪来采集信号，在大跨桥梁、超高层建筑结构和大跨建筑结构的健康监测系统应用中存在布线繁琐，施工难度大，费用大等局限。在铁路跨线桥的监测应用也中存在诸多限制：铁路跨线桥(高铁线)不允许传感器线路跨高压线。

发明内容

本发明的内容针对现有技术中存在的技术问题，重新对水泥基压电声发射传感元件进行设计，能进一步扩大水泥基压电声发射传感元件的适用范围并减少施工部署难度和维护成本。

本发明采用的技术方案如下：

基于水泥基压电复合材料的无线声发射传感器，包括塑料顶盖、电源、固定支架、传感元件、传感器匹配层、固定螺孔、无线传输天线和外壳；

所述端盖设置在外壳的顶部，所述的端盖和外壳组合在一起形成传感器的壳体，所述的固定支架设置在端盖的下方与端盖相连，所述固定支架上设有卡口，电路板卡接在固定支架上，电源固定于塑料顶盖底部方和固定支架之间，用于为电路板供电；所述的传感元件为水泥基声发射传感元件，其设置在外壳底部上方，传感器元件与外壳底部之间设置传感器匹配层，所述的传感器匹配层起到保护传感元件以及声波透射作用；所述的所述外壳一侧安装有无线传输天线,用于无线信号传输。

作为进一步的技术方案，所述外壳底部设有四个固定螺孔，该螺栓孔用于实现整个无线传感器的安装。

作为进一步的技术方案，所述的电路板组件包含电源转换模块、A/D转换芯片、无线传输模块和微处理器；所述的电源转换模块用于将外部电源转换成微处理器、A/D转换芯片、无线传输模块所需要的电压，所述的传感元件与所述A/D转换芯片相连，所述的A/D转换芯片与微处理器相连，所述的微处理器通过无线传输模块将信号发出。

作为进一步的技术方案，所述水泥基声发射传感元件的材质为1-3型水泥/聚合物基压电复合材料，所述1-3型水泥/聚合物基压电复合材料以聚合物和水泥的混合物为基体，以压电陶瓷为功能体。

作为进一步的技术方案，所述传感器匹配层起到保护传感元件以及声波透射作用，其特征在于所述匹配层材料由质量比为1：2.5-4的水泥和氮化硅混合构成，匹配性能良好，能有效提高声波能量的透射效率，拓宽传感器的工作带宽，提高传感器的灵敏度。

本发明的有益效果如下：

与现有产品相比，本发明增加了数据处理功能、数据存储功能、数据无线传输功能，将水泥基压电声发射传感元件集成为一个完整的MEMS系统。数据分析结果可由电脑端直接无线接收，且无需再额外配置采集仪采集信号。使该发明能够方便的应用于桥梁结构、高层建筑结构等重要、大型土木工程。