徑向壓電超聲傳感器在混凝土檢測中的應(yīng)用.pdf

1、近幾十年來，建筑行業(yè)隨經(jīng)濟發(fā)展得到了快速發(fā)展。混凝土材料不僅被廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域中，還被廣泛應(yīng)用于道路和橋梁的建設(shè)中，其工程質(zhì)量與混凝土的結(jié)構(gòu)質(zhì)量息息相關(guān)。工程結(jié)構(gòu)受到各種因素的綜合作用，使其不斷老化，結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性問題也日漸嚴(yán)峻，因此對混凝土結(jié)構(gòu)進行檢測具有重要的意義。因壓電陶瓷的響應(yīng)快、價格低和頻帶寬等性能優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)檢測中。此外，壓電陶瓷具有自感知和自驅(qū)動的功能，所以基于壓電陶瓷的混凝土結(jié)構(gòu)檢測得到了國內(nèi)外

2、學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文基于壓電陶瓷的特性制備了一種新型徑向壓電超聲傳感器，將其應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)檢測中，采用超聲波檢測技術(shù)檢測混凝土強度以及缺陷。具體的研究工作如下：
　?。?）本文基于壓電陶瓷的特性，研究了一種適用于混凝土檢測的植入式新型徑向壓電超聲傳感器。發(fā)射型傳感器以 PZT-41壓電陶瓷管為傳感元件，接收型傳感器以PZT-52壓電陶瓷管為傳感元件，由背襯層和匹配層封裝后組成。研究了徑向壓電超聲傳感器的匹配層厚度、線性度、靈敏度

3、以及指向性四個方面的性能。研究結(jié)果表明：當(dāng)匹配層的厚度設(shè)為2.5mm時，首波幅值為1.083V，此時徑向壓電超聲傳感器的靈敏度最高，接收的信號最優(yōu)；此外，當(dāng)徑向壓電超聲傳感器的激勵頻率為50kHz時，徑向壓電超聲傳感器的線性度最好，各傳感器的線性相關(guān)系數(shù)比較相近，且此時靈敏度最高；最后研究發(fā)現(xiàn)徑向壓電超聲傳感器可以在360°方向上均勻發(fā)射和接收超聲波信號，且四周發(fā)射和接收的信號是相似的。
　　（2）本文制備了不同強度等級的混凝土試

4、塊，將發(fā)射型徑向壓電超聲傳感器埋入混凝土試塊的中心位置，采用超聲技術(shù)連續(xù)對混凝土前28天強度進行檢測，分析所接收信號的聲學(xué)參數(shù)與混凝土強度的關(guān)系，進而表征混凝土的強度。研究結(jié)果表明：超聲波的傳播速度隨養(yǎng)護齡期的增加而逐漸增加，最終趨于平穩(wěn)；與此同時主頻向右偏移，即呈現(xiàn)頻率增大的趨勢，并且主頻所對應(yīng)的幅值也是逐漸增大的。通過聲速與強度的擬合曲線得到回歸方程，線性相關(guān)系數(shù)R值相對較高，即線性相關(guān)性較好，這表明聲速與強度有很大的關(guān)系，即強度越

5、大，聲速越大。
　?。?）采用MTS疲勞試驗機對素混凝土梁進行三點彎曲測試，研究了超聲信號的聲時、幅值、頻率等聲學(xué)參數(shù)與混凝土裂紋之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，隨著加載載荷的逐漸增大，接收波的波形出現(xiàn)比較雜亂的現(xiàn)象，并且連續(xù)出現(xiàn)幾個波包；隨著載荷的增大，聲時出現(xiàn)延長的現(xiàn)象，幅值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當(dāng)素混凝土梁表面出現(xiàn)宏觀的裂縫時，主頻、幅值迅速減小，RMSD值大于0.8，其中以波幅的變化最為明顯。因此，可以通過徑向壓電超聲傳感器接收信