[实用新型]基于1-3型水泥基压电复合材料元件的全应力传感器

说明书

本实用新型公开了基于1‑3型水泥基压电复合材料元件的全应力传感器，至少包括三个d₁₅模式元件、三个d₃₃模式元件以及一水泥基体；d₁₅模式元件和d₃₃模式元件均由元件主体和工作电极构成；元件主体由陶瓷柱阵列和充填于陶瓷柱阵列间的水泥基材构成，在元件主体的与压电陶瓷柱长度方向垂直的两相对表面上涂覆工作电极；d₁₅模式元件中压电陶瓷柱长度方向与极化方向垂直，d₃₃模式元件中压电陶瓷柱长度方向与极化方向平行；d₁₅模式元件和d₃₃模式元件分别布置于水泥基体两两相邻的三个面上。本实用新型灵敏度高，频带响应宽，抗干扰效果好，与混凝土结构相容性好，可实现混凝土结构的全应力监测。

技术领域

本实用新型属于水泥基压电复合材料技术领域，尤其涉及一种基于1-3型水泥基压电复合材料元件的全应力传感器。

背景技术

土木工程领域，混凝土结构是应用最广泛的土木结构。在混凝土结构的整体寿命中，结构的安全稳定是十分重要的一点。因此，近些年来，混凝土结构的健康监测越来越受到重视。目前土木工程领域中所用的传感元件，一般都是在其它领域已使用比较成熟的材料，如光导纤维、压电陶瓷、记忆合金等。这些材料与土木工程领域中最主要的结构材料—混凝土往往存在着非常明显的相容性问题。不能原位、真实的反映混凝土结构的应力应变情况。因此，开发能直接嵌入混凝土内部、直接用于混凝土内部三维应力测量的传感器十分必要。

水泥基压电复合材料是近几年发展起来的一种新型功能材料，具有压电性能好、机电耦合性能突出、与混凝土材料力学、声学性能匹配性好等特点，在土木工程结构的健康监测中具有潜在的应用前景。基于水泥基压电复合材料制成的水泥基压电复合材料传感器克服了传统传感器与混凝土结构不相容的问题，灵敏度高且耐久性好，可用于混凝土结构内部应力应变等情况的监测。但目前尚无能够直接测量出混凝土结构内部全部应力状态的有效手段，如果能开发出可直接嵌入混凝土内部、直接用于混凝土内部正应力与剪应力同时测量的全应力传感器，对于工作状态下的混凝土内部的应力测量具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于1-3型水泥基压电复合材料元件的全应力传感器，该全应力传感器适用于混凝土结构内部的全应力测量。

本实用新型提供的基于1-3型水泥基压电复合材料元件的全应力传感器，至少包括三个d₁₅模式元件、三个d₃₃模式元件以及一长方体型的水泥基体；

d₁₅模式元件和d₃₃模式元件均由元件主体和工作电极构成；元件主体由压电陶瓷柱构成的陶瓷柱阵列和充填于陶瓷柱阵列间的水泥基材构成，陶瓷柱阵列通过对极化后的压电陶瓷块切割获得；其中，d₁₅模式元件的切割方向与极化方向垂直；d₃₃模式元件的切割方向与极化方向平行；工作电极涂覆于元件主体上与切割方向垂直的两相对表面上；

三个d₁₅模式元件和三个d₃₃模式元件分别布置于水泥基体两两相邻的三个面上，每一面上均布置一d₁₅模式元件和一d₃₃模式元件；

布置好后的三个d₁₅模式元件，其极化方向两两垂直；布置好后的三个d₃₃模式元件，其极化方向也两两垂直。

进一步的，所述d₁₅模式元件和所述d₃₃模式元件的规格相同。

进一步的，每一面上的一d₁₅模式元件和一d₃₃模式元件正布置，即，d₁₅模式元件和d₃₃模式元件的6个面分别与水泥基体的6个面平行。