基于壓電陶瓷的嵌入式動(dòng)態(tài)拉應(yīng)力傳感器的開發(fā)與標(biāo)定.pdf

1、混凝土抗拉強(qiáng)度低，在拉應(yīng)力作用下易開裂。對混凝土的拉應(yīng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測對判斷混凝土在動(dòng)力荷載作用下的開裂，以及混凝土中應(yīng)力的分布具有重要意義。傳統(tǒng)的應(yīng)力測試手段主要是通過對應(yīng)變的測量根據(jù)材料的本構(gòu)關(guān)系計(jì)算得到應(yīng)力值。容易看出此方法的可靠性依賴于材料本構(gòu)關(guān)系的準(zhǔn)確獲取。然而，一方面由于混凝土材料是一種非均勻、非連續(xù)的人工石材，另一方面混凝土材料的力學(xué)性能在強(qiáng)動(dòng)力荷載作用時(shí)因存在應(yīng)變率效應(yīng)與靜態(tài)時(shí)表現(xiàn)出較大差異，所以計(jì)算得到的應(yīng)力值不可靠。再

2、者，粘貼應(yīng)變片的方法僅能得到構(gòu)件表面的應(yīng)力值，對結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力分布無法獲知。研究開發(fā)出可直接得到構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力信息的新型應(yīng)力傳感器十分必要。壓電材料因具備正逆壓電效應(yīng)是制作傳感及驅(qū)動(dòng)裝置的理想材料，近些年來，已經(jīng)在土木工程結(jié)構(gòu)的損傷識別和健康監(jiān)測方面取得了成功運(yùn)用。
　　本文選用了一種響應(yīng)速度快、頻響范圍較寬、線性度好、易加工且經(jīng)濟(jì)的壓電陶瓷片作為傳感元件，開發(fā)出基于嵌入式壓電陶瓷的動(dòng)態(tài)拉應(yīng)力傳感器。主要包括以下研究內(nèi)容:
　

3、　(1)在已有的對基于壓電材料的應(yīng)力傳感器研究工作的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究開發(fā)適用于土木工程領(lǐng)域動(dòng)態(tài)拉應(yīng)力測量的傳感元件，規(guī)范統(tǒng)一了傳感器制作使用的材料及封裝步驟，保證了所研發(fā)的傳感器具有良好的防水和絕緣性能且不同傳感器之間個(gè)體差異小。
　　(2)利用改進(jìn)后的小型落錘試驗(yàn)機(jī)，對嵌入式壓電陶瓷動(dòng)態(tài)拉應(yīng)力傳感器進(jìn)行了在沖擊荷載下的靈敏度標(biāo)定。結(jié)果表明制作的基于壓電陶瓷的嵌入式動(dòng)態(tài)拉應(yīng)力傳感器的輸出信號與沖擊荷載表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，且不同的

4、壓電傳感器之間差異較小
　　(3)研究出對壓電陶瓷片施加預(yù)緊力的操作方法，并對施加不同預(yù)緊力水平的壓電陶瓷傳感器作了靈敏度標(biāo)定試驗(yàn)，分析了預(yù)緊力對壓電傳感器性能的影響。
　　(4)將標(biāo)定好的壓電傳感器埋入到鋼筋混凝土梁純彎曲段的受拉區(qū)，對鋼筋混凝土梁分級施加沖擊荷載，利用所開發(fā)的傳感器測量鋼筋混凝土構(gòu)件動(dòng)態(tài)拉應(yīng)力。結(jié)果表明試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明壓電傳感器的輸出信號計(jì)算得到的應(yīng)力時(shí)程可以很好與試驗(yàn)現(xiàn)象吻合，并和電阻應(yīng)變片信號同步且有相似