[发明专利]无线自集能腐蚀传感器及其制作方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及土木工程技术，具体说就是一种无线自集能腐蚀传感器及其制作方法。 

(二)背景技术

在土木工程中钢筋腐蚀是造成钢混结构损伤以及失效的原因之一，全世界对腐蚀结构的维护维修以及更换构件投入了大量的费用，钢筋腐蚀的监测是结构健康监测以及全寿命设计的重要组成部分。在混凝土环境下，由于混凝土的多孔性，水分与氧气可以沿着孔隙和裂纹迁移，这恰好是低碳钢和高强度合金钢等钢材腐蚀的必要条件。在大多数情形下没有发生腐蚀的原因是这些孔隙中由于水泥的水化过程形成了高浓度的钙、钠和钾的氢氧化物，从而保持了PH值在12-13之间，这一高碱度环境是钢材钝化，形成致密的γ型氧化铁防止了钢材的快速腐蚀。然而当Cl^-(来自除冰盐或者海水)经过混凝土表面在钢筋表面进行聚集或者由于CO₂(来自大气，也是造成全球气候变暖的重要因素之一)的作用使孔溶液PH值降低的情况下，钝化膜遭到破坏，混凝土对钢筋的保护作用失效，在O₂以及H₂O充足的情况下钢筋截面积减小或者出现蚀点。 

土木工程中绝大多数(除了部分高温氧化反应外)钢材的腐蚀过程都是电化学过程，所以电化学方法成为监测结构中钢材腐蚀的最本质的方法。近些年来国内外的科研工作者采用电化学方法对腐蚀科学问题进行了大量的研究，通过稳态及暂态电化学方法的研究，不但能够获得诸如腐蚀电流密度、腐蚀速率这样的基本参数，还能够得知揭示腐蚀电化学过程的更详细的信息，如极化电阻、双电层电容、扩散过程、点蚀的发生过程等等。这些参数的测量能够为腐蚀监测提供更加可靠的依据。建立基于电化学技术的腐蚀监测系统能够实时、准确掌握钢筋的腐蚀状态，为大规模钢混结构的安全评定及全寿命设计提供科学依据。 

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种用于大规模钢混结构钢筋腐蚀监测 的无线自集能腐蚀传感器及其制作方法。 

本发明的目的是这样实现的：所述的无线自集能腐蚀传感器，它是由高惰性辅助电极、工作电极、传感单元和无线平台组成的，传感单元连接无线平台，无线平台密封于无线自集能腐蚀传感器壳体内，高惰性辅助电极和工作电极的所在部露于大气中。 

本发明一种无线自集能腐蚀传感器的制作方法，步骤如下： 

步骤一：高惰性辅助电极的制备： 

采用三靶EB-PVD设备制备梳状基体为不锈钢的辅助电极，制备的惰性层为Pt或者其它高惰性膜层，基体不锈钢梳状电极按序列放置于靶盘上，通过调整靶基距控制钝化膜层的厚度，为了保证服役期内传感器的有效性，膜层厚度大于500μm； 

步骤二：工作电极的加工： 

工作电极的尺寸与高惰性辅助电极完全相同，所采用的材料与监测对象完全相同；采用自动抛光机将工作电极表面抛光； 

步骤三：传感单元的封装： 

在高惰性辅助电极和工作电极的预留孔上焊接导线，然后将电极放置于预先制备的浆料成型模具中，进而将牙粉浆料注入到模具，采用振动台振动模具，以保证牙粉密实。然后将模具放置于空气中5h后脱模； 

步骤四：无线自集能腐蚀传感器的组装： 

将传感单元的导线与无线平台的导线接口连接，然后采用密封壳体将无线平台完全密封，仅将辅助电极与工作电极所在部露于大气中。 

步骤五：无线自集能腐蚀传感器的保存： 

为了保证无线自集能腐蚀传感器在正式服役前的有效性，所制备的传感单元采用医用酒精擦拭，然后用医用棉团包裹密封在真空盒中，真空盒一经打开，无线自集能腐蚀传感器需立即安装在所需监测的结构位置，无线自集能腐蚀传感器进入服役期。 

本发明无线自集能腐蚀传感器及其制作方法，无需外界工业电能或者电池电能供给以维持传感器工作，无线自集能腐蚀传感器靠微弱的腐蚀能量激发无线平台并采集、存储及传输数据。无线平台嵌入电 化学噪声技术的电化学发射谱测试方法，采用基于频域、小波等先进数据解析方法，能够实时、准确地掌握钢筋的腐蚀状态。无线自集能腐蚀传感器能够按一定规则组网，实现结构的分布式、多点实时在线监测。本发明具有无线功能，避免了实际工程中大规模布线的不便以及由于布线对结构本身造成的损伤；自集能的技术突破解决了无线传感器的能源供给问题，从而从根本上解决了无线传感器各种算法中的节能限制，进而真正实现了对大规模土木工程结构腐蚀的无线监测。先进的数据测试及解析方法能够实时、准确掌握钢筋腐蚀状态；多点、分布式无线自集能腐蚀监测网络能够为结构的安全评定及全寿命设计提供科学依据。 

(四)附图说明