發(fā)布時間：2020-12-28 00:38

　　近年來,隨著社會經濟的高、快速發(fā)展和施工技術的進步,興建了諸如水利大壩、高層建筑、道路橋梁等一系列單體工程或具有綜合使用功能的大型土木工程結構,大大推動了人類社會進步和發(fā)展。然而這些大型土木工程結構在其服役期間,由于忽略了對這些結構的周期性的損傷檢測或實時、在線的健康監(jiān)測,導致部分土木工程結構因其自身的損傷累積和抗力的衰減而發(fā)生破壞,從而引發(fā)突發(fā)性災難事故。因此,采用基于智能傳感器系統(tǒng)和數據采集分析系統(tǒng)對土木工程結構進行實時的長期在線健康監(jiān)測/檢測,在災害降臨前預警顯得越發(fā)重要。壓電陶瓷作為一種具有正逆壓電效應的功能陶瓷,其具有快速響應的傳感特性和激勵功率小的驅動特性,同時線性度好、能耗與成本低、組合靈活以及易于加工設計的諸多優(yōu)點在土木工程領域得到了廣泛的研究和應用。依據壓電敏感元件的傳感特性制備的壓電式加速度傳感器是土木工程結構損傷監(jiān)/檢測領域中的重要方向�；谝陨媳尘�,本文針對現有壓電加速度傳感器金屬封裝與混凝土耦合性差、防水性及耐久性差等問題,以PZT-5H壓電陶瓷、水泥/聚合物、鍍鋅鋼片質量塊等為原材料制備了一種整體結構穩(wěn)定適用于埋入混凝土結構內部同時不改變混凝土局部承力特性的... 

【文章來源】：濟南大學山東省

【文章頁數】：87 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

壓電式加速度計結構示意圖

埋入式壓電加速度傳感器及其在混凝土結構震動中的監(jiān)測研究22在斷層的問題，目前在解決傳感器相容性問題上大多是在壓電陶瓷表面涂抹防水層，然后封裝水泥保護層，但其使用過程中斷層比較嚴重，不適合長期使用，因此，本文使用水泥、環(huán)氧樹脂混合物對元件進行封裝，所制備的埋入式壓電加速度傳感器的基本結構可分為：水泥/環(huán)氧樹脂聚合物封裝層、壓電敏感元件、金屬質量塊、銅網屏蔽層、導線、屏蔽線、輕質螺母、基座等。圖2.1埋入式壓電加速度傳感器的結構示意圖2.4埋入式壓電加速度傳感器的制備流程本實驗采用壓電元件和質量塊，通過澆筑法制備封裝層和基座，流程簡潔方便，重復性高，壓電陶瓷塊尺寸為厚度1.0mm、2.0mm、3.0mm，外徑12.0mm、內徑5.0mm，金屬質量塊尺寸為厚度8.0mm、10.0mm、12.0mm，外徑14.0mm、內徑5.0mm。埋入式壓電加速度傳感器的制作流程分為以下幾個步驟，其優(yōu)點在于傳感器的每個部件可以單獨制備，同批次產出性能相近，節(jié)約時間與成本。具體制備步驟如下：（1）壓電敏感元件根據埋入式加速度計設計需求和壓電陶瓷的可設計性，通過商家定制制備所需尺寸壓電元件，設計尺寸為：厚度1.0mm、2.0mm、3.0mm，外徑12.0mm、內徑5.0mm。（2）質量塊在傳感器質量塊的選擇上，鎢塊因其比重大，同一振動過程中對壓電元件施加的慣性質量大，被經常選擇用來作為質量塊，本文傳感器設計中使用水泥、環(huán)氧樹脂混合物作為封裝層，對于傳感器內部起到了極好的防護作用，所以采用更加低廉的鍍鋅鋼片代替鎢塊作為壓電陶瓷質量塊。根據（1）所制備的壓電陶瓷

濟南大學碩士學位論文25比非常重要。本文在封裝層內部放置銅網屏蔽層的方式來減弱信號干擾，并從導線中引出一條屏蔽線接于封裝層外消除50Hz工頻對傳感器干擾。為了檢驗屏蔽后加速度計的使用效果，對屏蔽前后傳感器輸出波形進行了測定。具體方案為：采用同種尺寸的PZT-5H壓電陶瓷制備的傳感器為例，一個無屏蔽線，一個外接屏蔽線，將其放置在振動臺上對其進行振動，振動頻率160Hz。圖2.3所示為屏蔽前傳感器輸出時域波形和頻域波形，圖2.4為屏蔽后傳感器輸出時域波形和頻域波形。對比屏蔽前后傳感器輸出時域波形可以看出，屏蔽前埋入式壓電加速度傳感器輸出波形呈現規(guī)則的正弦波動同時，還存在一個頻率較低的正弦波動，其峰值最大差值0.673m/s2，嚴重影響了測試準確性，采取屏蔽手段后，同一振動下埋入式加速度傳感器輸出峰值相差0.052m/s2。從頻譜圖中可以看出，一共存在兩個尖銳的峰值，分別為50Hz和160Hz。屏蔽后的傳感器輸出時域波形平滑，其頻譜圖中只有一個明顯的160Hz峰值，50Hz干擾幾乎不存在。說明屏蔽線和銅網屏蔽層引入后使得埋入式加速度傳感器50Hz工頻干擾受到了很好抑制，屏蔽線將埋入式傳感器干擾信號通過埋入混凝土的方式實現了接地處理，傳感器的信噪比得到了大幅度提高，屏蔽后干擾信號相對幅值要比屏蔽前幅值降低約92.27%，傳感器性能得到很好的改善。從而確保了傳感器在土木工程結構中振動檢測的準確性。圖2.3屏蔽前傳感器輸出時域和頻域波形

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本文編號：2942802