[实用新型]一种可植入混凝土结构的压电应力传感器

说明书

本实用新型公开了一种可植入混凝土结构的压电应力传感器，包括封装层，封装于封装层内的压电陶瓷元件以及分别粘接于压电陶瓷元件上表面和下表面的导电片；所述导电片的边缘均延伸出一侧耳，两个侧耳分别连接有一根延伸出封装层的导线；压电陶瓷元件与封装层垂直轴线重合，且压电陶瓷元件端面与封装层端面平行。该传感器结构简单，易于制备，具有电荷灵敏度高、低频响应好、绝缘防水、耐热耐腐蚀等优点，植于混凝土结构内部相当于其中大颗粒骨料，耦合性能好，可以更加精准的监测土木结构承受的应力变化，尤其适用于大型混凝土结构的长期动态应力监测。

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，涉及压电应力传感器，具体涉及一种可植入混凝土结构的压电应力传感器。

背景技术

压电陶瓷作为一类典型的双向传感元件，可实现机械能和电能的互换。利用压电陶瓷正压电效应可制作成传感器，接收信号。利用压电陶瓷逆压电效应又可制作成驱动器，发射信号。基于压电陶瓷制作的应力传感器具有重量轻、灵敏度高，性能稳定、制作简单且成本低等优点。将压电陶瓷植入混凝土结构中可实现对结构所受应力的实时监测，具有广泛的应用前景及实用性。

但是，随着土木工程逐渐向大型化、复杂化和极端环境下发展的趋势，直接将压电陶瓷埋入混凝土结构中极易导致其碎裂，且压电陶瓷对于外界环境的变化相当灵敏，如果直接将铜导线焊在压电陶瓷片的电极面，在电极面上凸起的焊点会使压电陶瓷片受力时不均匀，从而导致输出电荷差异大，不能准确进行测量，无法精确评估混凝土结构中的损伤或缺陷。

综上，设计一种压电传感器，以解决压电陶瓷与混凝土结构的结合方式和焊点的处理对传感器性能影响成为研究者丞待解决的重要问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型目的旨在提供一种可植入混凝土结构的压电应力传感器，该传感器能够避免压电陶瓷元件被压裂，且使压电陶瓷受力更加均匀，能够有效减少压电陶瓷电荷损失，具有防水绝缘、耐热耐腐蚀、制作简单、性能稳定等优点，尤其适用于大型混凝土结构的长期动态应力监测。

本实用新型提供的可植入混凝土结构的压电应力传感器，其包括封装层，封装于封装层内的压电陶瓷元件以及分别粘接于压电陶瓷元件上表面和下表面的导电片；所述导电片的边缘均延伸出一侧耳，两个侧耳分别连接有一根延伸出封装层的导线；压电陶瓷元件与封装层垂直轴线重合，且压电陶瓷元件端面与封装层端面平行。

上述可植入混凝土结构的压电应力传感器的技术方案中，所压电陶瓷元件与封装层垂直轴线重合，且压电陶瓷元件端面与封装层端面平行，即压电陶瓷元件的各个面与封装层的各个面平行，可使传感器受力更加均匀。

上述可植入混凝土结构的压电应力传感器的技术方案中，所述压电陶瓷元件优选为PZT-NC压电陶瓷，优选为圆柱形结构，其端面直径Φ为10～20mm，高度H为1～2mm。

上述可植入混凝土结构的压电应力传感器的技术方案中，在压电陶瓷元件的电极面设置导电片以提高导电性，电荷灵敏度更好高。优选地，两导电片贴合于压电陶瓷元件的上表面、下表面，且与压电陶瓷元件的上表面、下表面形状尺寸相同，高度为1～2mm。

上述可植入混凝土结构的压电应力传感器的技术方案中，所述导电片优选为铂片，其焊接性能好，刚度高，导电性能良好。导电片延伸出的侧耳长度不超过2mm，通过导电片延伸出的侧耳焊接导线，使得压电陶瓷元件在其电极面上受力更平整。焊点优选位于两个导电片的内侧面。导线可以选用本领域常规导线，本实用新型优选铜导线。铜导线在锡焊时，为了保证焊接点尽可能的小和平整，使用少量的松香来提高焊接质量。

上述可植入混凝土结构的压电应力传感器的技术方案中，所述封装层主要用于防水绝缘，同时可耐热耐腐蚀，在达到该基本作用的前提下，封装层的材料可以采用本领域常规的封装材料，如环氧树脂及相关的改性环氧树脂。本实用新型中，所述封装层优选为长方体或圆柱体结构，进一步优选为圆柱体结构。封装层的材料优选为苯基芳烷基型多马来酰亚胺树脂(PAMMI)改性的环氧/酚醛树脂。