[发明专利]基于水泥基压电复合材料元件的全应力传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于水泥基压电复合材料元件的全应力传感器的制备方法，包括：第一步，制备d₁₅模式的1‑3型水泥基压电复合材料元件，即d₁₅模式元件；第二步，制备d₃₃模式的1‑3型水泥基压电复合材料元件，即d₃₃模式元件；第三步，利用d₁₅模式元件和d₃₃模式元件制备全应力传感器，主要包括：在水泥基体两两相邻的三个表面的每一面上，均布置一d₃₃模式元件和一d₁₅模式元件；三个d₁₅模式元件的极化方向两两垂直，三个d₃₃模式元件的极化方向也两两垂直。本发明所制备的全应力传感器灵敏度高、频带响应宽、抗干扰效果好，且与混凝土结构相容性好。将其埋入混凝土结构内部或粘贴于混凝土结构表面，可同时测量混凝土结构的全应力。

技术领域

本发明属于水泥基压电复合材料技术领域，尤其涉及一种基于水泥基压电复合材料元件的全应力传感器的制备方法。

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。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于水泥基压电复合材料元件的全应力传感器的制备方法，所制备的全应力传感器适用于混凝土结构内部的全应力测量。

本发明提供的基于水泥基压电复合材料元件的全应力传感器的制备方法，包括：

第一步，制备d₁₅模式的1-3型水泥基压电复合材料元件，具体包括：

(101)对压电陶瓷块进行极化；

(102)去掉压电陶瓷块的极化电极；

(103)利用切割机，将压电陶瓷块切割成若干均匀排列的陶瓷柱，获得压电陶瓷柱阵列，切割方向与极化方向垂直；

(104)将压电陶瓷柱阵列连底座置入模具内，将水泥基材浇注于模具中，浇注完成后，放入养护箱养护；

(105)养护完成后，取出坯体，切割掉底座，并对坯体进行抛磨；

(106)在坯体中垂直于切割方向的两相对表面制作工作电极，即获得陶瓷柱的体积占比为20％～80％的d₁₅模式的1-3型水泥基压电复合材料元件，简记为d₁₅模式元件；

第二步，制备d₃₃模式的1-3型水泥基压电复合材料元件，具体包括：

(201)对压电陶瓷块进行极化；

(202)去掉压电陶瓷块的极化电极；