[发明专利]基于压电振动机理和应力波的混凝土材料参数评估方法

权利要求书

1.一种基于压电振动机理和应力波的混凝土材料参数评估方法，包括步骤：

S1：根据对压电激励器和压电接收器的振动机理研究，确定压电传感器的布置方案，所述压电传感器包括所述压电激励器和所述压电接收器；若选纵波为目标信号，则无论所述压电激励器放置角度为0°还是90°，所述压电接收器的放置角度均应该为0°；若选剪切波为所述目标信号，则所述压电接收器的放置角度应与所述压电激励器一致，同为0°或90°；

S2：根据待测混凝土骨料粒径设计激励信号，优化激励中心频率、波形和传感器尺寸选择方案；

S3：所述压电激励器产生机械振动，由所述压电接收器捕捉瑞利波和纵波信号并转化为电信号由采集器和算法程序记录处理；

S4：基于应力波动态特性参数与所述待测混凝土的材料参数之间的物理模型计算得到混凝土动弹性模量E和泊松比ν，所述应力波动态特性参数与所述待测混凝土的材料参数之间的物理模型包括计算公式：

其中，c_L、c_S、c_R分别为纵波、剪切波和瑞利波在所述待测混凝土中的传播速度，ρ为所述待测混凝土的密度。

2.根据权利要求1所述的基于压电振动机理和应力波的混凝土材料参数评估方法，其特征在于，所述S1之前还包括步骤：

将所述待测混凝土和所述压电激励器之间的应力波界面透射效应对信号信噪比的影响引入传感器布置方案的优化中，所述应力波界面透射比的计算公式为：

其中A_T和I分别为透射波和入射波的幅值，和分别为纵波在所述压电激励器和所述待测混凝土中的传播速度，ρ₁和ρ₂分别为所述压电激励器和所述待测混凝土的密度。

3.根据权利要求1所述的基于压电振动机理和应力波的混凝土材料参数评估方法，其特征在于，所述S1步骤中：

当所述压电接收器采用PZT接收器时，厚度方向将比长度或宽度方向对外部载荷或变形产生更显著的电压响应，应使所述压电接收器厚度方向垂直于所述目标信号粒子振动方向。

4.根据权利要求3所述的基于压电振动机理和应力波的混凝土材料参数评估方法，其特征在于，所述压电传感器根据在所述待测混凝土上的固定方式分为内置式压电传感器和表面粘贴式压电传感器；所述内置式压电传感器包括内置式PZT传感器；所述表面粘贴式压电传感器包括表面粘贴式PZT传感器。

5.根据权利要求4所述的基于压电振动机理和应力波的混凝土材料参数评估方法，其特征在于，所述内置式PZT传感器包括1个所述压电激励器和1个所述压电接收器，所述压电激励器和所述压电接收器的间距设置为所述目标信号波长的2～5倍；采用包括i个所述表面粘贴式PZT传感器的表面粘贴式PZT传感器阵列，所述表面粘贴式PZT传感器沿所述待测混凝土表面的中心点轴向粘贴固定，i为大于1的自然数，所述压电激励器与第一个所述表面粘贴式PZT传感器的所述压电接收器的间距至少是各所述表面粘贴式PZT传感器的所述压电接收器之间的距离的2倍。

6.根据权利要求4所述的基于压电振动机理和应力波的混凝土材料参数评估方法，其特征在于，所述内置式PZT传感器通过防水绝缘胶层和混凝土保护层依次封装固化养护后内置于所述待测混凝土内部待测区域；所述表面粘贴式PZT传感器通过环氧树脂与固化剂按照2:1配比粘合剂粘贴于所述待测混凝土的表面。

7.根据权利要求6所述的基于压电振动机理和应力波的混凝土材料参数评估方法，其特征在于，所述S2步骤中：

所述激励信号为汉宁窗函数加窗后的正弦脉冲信号，所述激励中心频率为40kHz～100kHz，所述波形的波峰数为5～7，所述传感器尺寸的长厚比为10～20。