基于嵌入式壓電陶瓷的動態(tài)應力傳感器的開發(fā)與標定.pdf

1、壓電陶瓷（PZT，Lead Zirconate Titanate）材料由于具備響應速度快、頻率響應范圍寬、壓電常數(shù)大、線性關系好、易切割、價格低廉的優(yōu)點以及其同時具備傳感和作動功能，近年來，在土木工程結(jié)構的健康監(jiān)測和損傷識別中得到成功應用。通過將經(jīng)過防水和絕緣處理后的壓電陶瓷片封裝入與混凝土材料相兼容的混凝土砂漿塊中然后將其嵌入被測混凝土結(jié)構中充當驅(qū)動器以及傳感器，實現(xiàn)了混凝土結(jié)構的裂縫發(fā)生發(fā)展的監(jiān)測。
　　對混凝土結(jié)構的應力狀態(tài)

2、進行監(jiān)測是維持其安全性的重要手段。目前，混凝土結(jié)構進行應力測量，一般只注重其表面上的應力分布。通過在混凝土結(jié)構表面黏貼電阻式應變片來測量混凝土表面的應變，然后通過假定的混凝土材料的彈性模量換算得到混凝土表面的應力，而對混凝土內(nèi)部的應力狀態(tài)無法獲得。此外，通過測量所得應變以及彈性模量來換算得到應力時，彈性模量取值對換算結(jié)果有影響，特別是混凝土在強動力荷載作用下而進入塑性階段后，混凝土材料的應力應變關系不再保持線性，不能通過應變測量值獲取應

3、力。所以，對工作狀態(tài)下混凝土結(jié)構內(nèi)部應力的測量對混凝土結(jié)構的安全性來說至關重要。開發(fā)能夠直接嵌入混凝土內(nèi)部、直接用于混凝土內(nèi)部應力測量的傳感器，特別是在地震、爆炸和沖擊等強動力荷載作用下的動態(tài)應力的測量具有十分重要的意義。本文提出基于壓電材料的混凝土結(jié)構內(nèi)部動態(tài)應力測量傳感器，并對其進行標定。具體的工作包括以下三個方面：
　?。?）在已有研究的基礎上，對嵌入式壓電陶瓷動態(tài)應力傳感器進行了部分改良，使得制作的傳感器具有良好的防水絕緣

4、性能，靈敏度更穩(wěn)定，并且使其更易于綁定于混凝土結(jié)構中。
　?。?）制作了基于壓電陶瓷的動態(tài)剪應力傳感器并將該剪應力傳感器嵌入混凝土空心薄壁空心圓筒中，且滿足空心圓筒的直徑與壁厚達到足夠比例，利用小型落錘實驗機進行沖擊荷載加載用以標定其靈敏度，實驗結(jié)果表明所研制的剪應力傳感器之間的靈敏度個體差異性小，所研制的基于壓電陶瓷的剪應力傳感器表現(xiàn)出良好的線性度。
　?。?）制作了基于剪切型壓電陶瓷以及伸縮型壓電陶瓷的平面動態(tài)應力傳感器