[发明专利]施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器及其标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可施加预紧力的拉应力传感器及其标定装置，尤其是涉及一种施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器。

背景技术

目前，在土木工程领域，混凝土构件的应力测量主要是基于电阻式应变片或弦式应变计，基于应变反应构件表面及内部的应力水平。电阻式应变片一般预先黏贴在钢筋表面，受用寿命较低。弦式应变计使用寿命长，测量结果稳定，但是造价高昂。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器，造价低廉、体积小、生产制作工艺简单，稳定性好，使用寿命长并能够与混凝土较好地相容。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器,包括：经过环氧树脂绝缘处理的压电陶瓷片、两块由混凝土基封装而成的传力块、两块钢垫板、预紧力螺杆；

所述两个传力块层叠放置，其中一个传力块朝向另一个传力块的一面设有凹槽，所述两块钢垫板夹持压电陶瓷片后整体放置于该凹槽中，所述凹槽与钢垫板之间、钢垫板和压电陶瓷片的表面之间分别通过硅胶找平；所述两块传力块沿着厚度方向贯穿四根螺杆，所述螺杆沿着传力块的中心轴旋转对称分布，并对传力块施加预紧力；

所述两个传力块相向的那面通过环氧树脂封装，所述压电陶瓷片通过导线和BNC接头连接，所述BNC接头连接数据采集系统；

所述压电陶瓷片在外力的作用下，压电陶瓷片的正负电荷将沿着极化方向运动，电荷经过数据采集系统转化为电压信号，通过与力传感器的输出信号进行对比分析以实现对传感器的标定。

在一较佳实施例中：所述传力块的形状为长方体或棱柱体或圆柱体。

在一较佳实施例中：所述传力块由无收缩自流密实水泥基高强浇注料封装而成。

本发明还提供了上述的施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器的标定方法，采用落锤反力装置进行拉应力的标定，具体包括如下步骤：

1)将待标定的施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器安置于落锤反力装置底板上；

2)剪断落锤的连接绳，使落锤自由下落；通过落锤自由落体运动产生的动能经转向滑轮转化为脉冲拉力，脉冲拉力作用线垂直于待标定的施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器的顶面，数据采集系统同时记录拉力传感器及施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器信号，通过数据分析实现对传感器的标定。

在一较佳实施例中：所述落锤反力装置包括一支架，所述支架的底部为底板；

所述待标定的施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器黏贴在支架的底板上，待标定的施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器的顶面与一个钢块相连；钢块通过钢绞线与拉力传感器相连；拉力传感器和待标定的施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器的信号分别通过屏蔽导线和被信号采集设备接收，最终通过数据连接线与计算机终端相连；

所述支架的顶端为横梁，一转向滑轮与横梁固定连接，所述落锤的连接绳通过转向滑轮后与所述拉力传感器远离钢绞线的一面相连。

在一较佳实施例中：所述支架上布置两个限位装置；所述连接绳通过限位装置后与所述拉力传感器的上表面保持垂直。

在一较佳实施例中：所述支架的两侧上设置有刻度标记；两侧的刻度标记通过水平绳和定位螺栓相连后确定出落锤的下落高度。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

本发明提供的一种施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器，结构形式简单、体积小、制作方便，且与目前广泛应用的弦式应变计相比，造价低廉，适宜批量化生产，在较大程度上降低了混凝土结构的应力监测成本。

本发明提供的一种施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器，其中传力块及内置钢垫板，不仅在传感器使用过程中确保应力的有效传递，也是在预紧力施加过程中确保压电陶瓷片受力均匀的重要保证。为了降低混凝土传力块表面粗糙及绝缘处理后的压电陶瓷片硬化后局部不平整、压电陶瓷片与导线之间焊疤的影响，在钢垫板和陶瓷片之间、钢垫板与混凝土传力块均匀涂抹一定厚度 (≥0.55mm)的704硅胶进行找平。

附图说明

图1为本发明优选实施例中施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器，组装后的整体结构示意图。

图2(a)和(b)为本发明优选实施例中压电陶瓷工作原理示意图。

图3(a)和(b)为本发明优选实施例中传力块的制作模具。

图4为本发明优选实施例中落锤反力装置的示意图。

具体实施方式