[发明专利]基于变电容钢结构表面腐蚀监测传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料腐蚀检测技术领域，具体涉及基于变电容钢结构表面腐蚀监测传感器及其制作方法。

背景技术

钢具有优异的力学性能，它机械强度高，有良好的塑性和优良的焊接性能。根据钢内部碳含量比例的不同，钢呈现出不同的硬度和延展性。通过向钢中添加其他微量元素形成的合金钢，其力学性能得到了进一步的改善。所以钢广泛应用于制造业的各个领域，是结构承重的主要材料之一。

钢长时间暴露在空气中会出现腐蚀，钢的腐蚀是一个缓慢的电化学腐蚀过程。钢处于水环境中，在空气中的氧化剂作用下，发生电化学反应，失去电子，形成相应的无机盐。腐蚀在钢结构的表面会形成点蚀坑，严重时甚至出现剥蚀现象，使得材料横截面积减小，局部应力集中因子增大，极大地降低了钢的力学性能。对于钢的腐蚀情况进行及时有效地检测，能够预防由于腐蚀引起的材料疲劳断裂，在结构损伤早期及时进行修复，避免结构发生破坏。

两金属极板之间填充电绝缘介质，便构成了一个简易电容器。其电容大小与极板正对面积、介质介电常数成正比，与极板间距离成反比。根据平行板电容器的这一特性，可以制成变面积式电容传感器。变面积式电容传感器已经被广泛用来测量位移，即通过联动机械装置带动上下极板发生错位移动，使得极板正对面积发生变化，最终输出成比例的电容变化信号，完成位移测量。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供基于变电容钢结构表面腐蚀监测传感器及其制作方法，传感器结构简单、方便安装、可靠性高，能够实现对钢结构材料表面实时在线的监测，满足了钢结构腐蚀监测和评估的要求。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

基于变电容钢结构表面腐蚀监测传感器，包括顶面开有顶端开口17的绝缘外罩11，绝缘外罩11为缺一壁的方形凹槽，绝缘外罩11内依次相互嵌套有传感器上层、传感器中层和传感器下层，传感器上层由第一绝缘介质板1和贴于其上的第一腐蚀钢材料层2构成，第一腐蚀钢材料层2上有第一引线7引出，第一绝缘介质板1的正中上设有钻孔区域18，传感器中层由第二绝缘介质板3和贴于其上的第二腐蚀钢材料层4构成，第二腐蚀钢材料层4上有第二引线8和第三引线9引出，传感器下层由第三绝缘介质板5和贴于其上的第三腐蚀钢材料层6构成，第三腐蚀钢材料层6上有第四引线10引出，四条引线分别穿过绝缘板12上的四个孔，第一引线7穿过第一孔13，第二引线8穿过第二孔16，第三引线9穿过第三孔15，第四引线10穿过第四孔14，顶端开口17的大小和钻孔区域18的大小相同，开口位置使得外罩11套在由第一绝缘介质板1、第二绝缘介质板3、第三绝缘介质板5嵌套而成的立方体上时，正好露出第一绝缘介质板1上的钻孔区域18。

基于变电容钢结构表面腐蚀监测传感器的制作方法，步骤如下：

步骤1，制作绝缘介质板，介质板材料的相对介电常数为4-50000，第一绝缘介质板1为矩形薄片，长*宽不超过200mm*200mm，厚度为0.002mm-2mm，第二绝缘介质板3为缺一壁的方形凹槽，凹槽内尺寸为和第一绝缘介质板1的尺寸相同，凹槽壁厚和第一绝缘介质板1的厚度相同，第三绝缘介质板5为缺一壁的方形凹槽，凹槽内尺寸为和第二绝缘介质板3的尺寸相同，壁厚和第二绝缘介质板3的厚度相同；绝缘外罩11也为缺一壁的方形凹槽，凹槽内尺寸和第三绝缘介质板5的尺寸相同，壁厚为0.1mm-2mm，第一绝缘介质板1、第二绝缘介质板3、第三绝缘介质板5能够相互嵌套，即第一绝缘介质板1放入第二绝缘介质板3，第一绝缘介质板1和第二绝缘介质板3放入第三绝缘介质板5，最后绝缘外罩11能够倒扣在第一绝缘介质板1、第二绝缘介质板3、第三绝缘介质板5顺次嵌套形成的立方体上，使得第一绝缘介质板1、第二绝缘介质板3、第三绝缘介质板5、绝缘外罩11组合成一个整立方体，绝缘介质板12的尺寸正好能盖住组合后整立方体的缺失的侧壁，厚度与绝缘外罩11相同，

步骤2，在第一绝缘介质板1正中的钻孔区域18，钻出两个以上的在表面均匀分布的直径为0.2mm-1mm的小圆孔，孔轴心与孔轴心的间距为孔径的2-4倍，在绝缘板12上钻有第一孔13、第二孔14、第三孔15、第四孔16，孔径大小能使得导线穿过，在绝缘外罩11顶面开矩形口17，尺寸和钻孔区域18的大小相同，开口位置使得外罩11套在由第一绝缘介质板1、第二绝缘介质板3、第三绝缘介质板5嵌套而成的立方体上时，正好露出第一绝缘介质板1上的钻孔区域18，