[实用新型]一种基于剪切型压电陶瓷的混凝土剪应力传感器

说明书

本实用新型提供了一种基于剪切型压电陶瓷的混凝土剪应力传感器，包括：经过防水绝缘处理的剪切型压电陶瓷片、屏蔽导线、接头、两个封装传力块；所述两个封装传力块层叠设置，并且其中一个封装传力块朝向另一个封装传力块的一面，设有凹槽；所述剪切型压电陶瓷片设置于所述凹槽内；所述两个封装传力块、以及剪切型压电陶瓷片通过粘接材料固定为一体；所述剪切型压电陶瓷片通过屏蔽导线与接头连接所述两个封装传力块及剪切型压电陶瓷片通过环氧树脂粘结固定为一体，剪切型压电陶瓷片通过屏蔽导线与接头连接；所述接头与数据采集系统连接。本实用新型提供了一种结构简单，体积小，制作工艺简单，造价低廉，与混凝土具有良好相容性的混凝土剪应力传感器。

技术领域

本实用新型涉及一种基于剪切型压电材料的混凝土结构内部冲击剪应力测量的传感器制作及其标定方法。

背景技术

目前，在对混凝土结构的应力测量，一般通过在混凝土结构表面黏贴电阻式应变片来测量混凝土表面的应变，然后通过混凝土材料的弹性模量来换算成混凝土的应力。由于应变片无法直接埋入混凝土内部，测量所得混凝土的应力往往是混凝土表面的应力，而对混凝土内部的应力状态无法直接获得。其次，通过电阻应变片测量的是应变，应力无法直接测量，需要通过测量所得应变以及材料的弹性模量来换算得来，弹性模量的取值对换算结果有影响，特别是对于力学特性变异性较大的混凝土材料而言，弹性模量的变异对应力换算结果影响较大。此外，在地震等强动力荷载作用下，混凝土材料进入塑性阶段后，由于混凝土材料的应力应变关系不再保持线性，直接通过应变测量值获取应力会带来较大误差。最后，单独一个电阻式应变片只能测量拉应变，无法获得结构的剪应变，也无法获取剪应力。而剪应力的测量对混凝土结构来说至关重要，混凝土材料的抗剪强度小，混凝土的剪切破坏是一种典型的脆性破坏，在结构的设计中是应该避免的。所以，开发能够直接测量混凝土内部剪应力的传感器，用于在地震、爆炸和冲击等强动力荷载作用下的冲击剪应力的测量，具有十分重要的意义。

目前，尚无针对混凝土结构内部冲击剪应力测量的有效手段，本专利提出基于剪切型压电材料的混凝土结构内部冲击剪应力测量传感器以及其标定方法。

实用新型内容

本实用新型所要解决的主要技术问题是提供一种结构简单，体积小，制作工艺简单，造价低廉，与混凝土具有良好相容性，用于混凝土结构内部冲击剪应力的直接测量的基于剪切型压电陶瓷的剪应力传感器。

为了解决上述的技术问题，本实用新型提供了一种基于剪切型压电陶瓷的混凝土剪应力传感器，包括：经过防水绝缘处理的剪切型压电陶瓷片、屏蔽导线、接头、两个封装传力块；

所述两个封装传力块层叠设置，并且其中一个封装传力块朝向另一个封装传力块的一面，设有凹槽；所述剪切型压电陶瓷片设置于所述凹槽内；所述两个封装传力块、以及剪切型压电陶瓷片通过粘接材料固定为一体；所述剪切型压电陶瓷片通过屏蔽导线与接头连接

所述两个封装传力块及剪切型压电陶瓷片通过环氧树脂粘结固定为一体，剪切型压电陶瓷片通过屏蔽导线与接头连接；所述接头与数据采集系统连接；

当基于剪切型压电陶瓷的混凝土剪应力传感器受到冲击剪应力作用时，引起剪切型压电陶瓷片内部中心正负电荷相对移动，导致剪切型压电陶瓷片表面出现符号相反的正负束缚电荷，并且电荷密度正比于所受到的冲击剪应力的大小；压电陶瓷的电荷输出转换成电压信号，通过数据采集系统采集。

在一较佳实施例中：所述封装传力块的形状为立方体形或者圆柱体形。

在一较佳实施例中：所述封装传力块采用与混凝土相容性较好的材料制作。

在一较佳实施例中：所述封装传力块采用模具浇筑高强度水泥砂浆制作。

在一较佳实施例中：所述模具包括卡子、模板层、底板层，所述模板层设有多个立方体形或者圆柱体形凹模，模具的尺寸可根据需要调整，与封装传力块所需要的外形尺寸相适应。底板层位于模板层下面，模板层由可拆分的单块模板层组成，模板层与底板层通过卡子连结。