一种基于压电薄膜传感器的结构监测系统的制作方法

本实用新型属于建筑工程健康监测领域，具体涉及一种基于压电薄膜传感器的结构监测系统。

背景技术：

目前，随着我国建筑行业的不断发展，尤其是随着我国高铁行业近些年的飞速发展，很多大跨度的铁路桥在各地不断兴建，尤其是一些超大铁路桥，在近些年出现了明显的增多。对于这些铁路桥来说，由于跨度大，在使用过程中承受的荷载强度大，荷载形式多，所以如何保证这些桥梁的安全使用以及在出现安全问题之前及时预警显得尤为重要。目前，在桥梁健康监测领域中使用的传感器很多，如：位移传感器、电阻式应变片、光栅传感器等等，但是这些传感器普遍存在的问题是必须外接电源才能工作，而对于压电传感器不存在这样的问题，压电传感器是无源的，只要有应变产生，它自身就会对外输出电荷，因此，压电传感器在桥梁的监测领域具有非常广阔的应用前景。

技术实现要素：

本实用新型为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种基于压电薄膜传感器的结构监测系统。

本实用新型的技术方案是：一种基于压电薄膜传感器的结构监测系统，包括多个设置于路桥检测位置无外接供电的传感系统，所述传感系统通过接口与信号放大系统输入端相连，所述信号放大系统输出端与信号接收系统相连，所述信号接收系统输出端与信号分析系统相连，所述传感系统为压电薄膜传感器。

所述压电薄膜传感器包括压电薄膜、电极、屏蔽层、引线，所述压电薄膜为碳纳米管改性0-3型压电复合薄膜。

所述压电薄膜传感器通过双组份环氧树脂胶粘于由钢筋混凝土柱支撑的钢筋混凝土梁上。

所述压电薄膜传感器置于防水盒中，所述防水盒通过热熔性丁基胶贴于由钢筋混凝土柱支撑的钢筋混凝土梁上。

所述防水盒中形成便于引线穿过的通孔。

所述通孔中设置有橡胶密封圈。

所述信号放大系统由多通道电荷放大器构成。

所述信号接收系统主要由DSPACE实时仿真系统构成。

所述电极由单组份导电银浆制成。

本实用新型采用碳纳米管改性的0-3型压电复合薄膜所制成，该传感器具有无源性，在使用的过程中不需要外接电源，降低了传感系统的使用成本。

本实用新型中碳纳米管改性的压电传感器还具有信号强度高、灵敏度好、在信号传输过程中不会出现信号滞后等特点，在该系统中使用这种传感器可以有效的提高系统的灵敏度和传感精度。

本实用新型中压电薄膜传感器的压电系数很稳定，在使用的过程中其压电性能不会出现退化的现象，因此，在使用的过程中不需要进行标定，降低了使用成本。

附图说明

图1 是本实用新型的整体结构示意图；

图2 是本实用新型中传感系统与钢筋混凝土梁的连接示意图；

图3 是本实用新型中传感系统的结构示意图；

图4 是本实用新型中的立体图；

其中：

1 钢筋混凝土柱 2 钢筋混凝土梁

3 传感系统 4 接口

5 信号放大系统 6 信号接收系统

7 信号分析系统 8 压电薄膜

9 电极 10 屏蔽层

11 引线 12 压电薄膜传感器

13 防水盒 14 橡胶密封圈。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本实用新型进行详细说明：

如图1~4所示，一种基于压电薄膜传感器的结构监测系统，包括多个设置于路桥检测位置无外接供电的传感系统3，所述传感系统3通过接口4与信号放大系统5输入端相连，所述信号放大系统5输出端与信号接收系统6相连，所述信号接收系统6输出端与信号分析系统7相连，所述传感系统3为压电薄膜传感器12。

所述压电薄膜传感器12包括压电薄膜8、电极9、屏蔽层10、引线11，所述压电薄膜8为碳纳米管改性0-3型压电复合薄膜。

所述压电薄膜传感器12通过双组份环氧树脂胶粘于由钢筋混凝土柱1支撑的钢筋混凝土梁2上。

所述压电薄膜传感器12置于防水盒13中，所述防水盒13通过热熔性丁基胶贴于由钢筋混凝土柱1支撑的钢筋混凝土梁2上。

所述防水盒13中形成便于引线11穿过的通孔。

所述通孔中设置有橡胶密封圈14。

所述信号放大系统5由多通道电荷放大器构成。

所述信号接收系统6主要由DSPACE实时仿真系统构成。

所述电极9由单组份导电银浆制成。

所述钢筋混凝土梁2为T型梁。

所述的信号分析系统7采用多通道动态信号测试分析系统，最高采样率：200KHz。

本实用新型的工作过程如下：

将压电薄膜传感器12直接粘贴于钢筋混凝土梁2的表面，接出引线11，压电薄膜传感器12上面设置塑料的防水盒13，防水盒13采用热熔性丁基胶贴于钢筋混凝土梁2上；引线11从防水盒13的孔中接出，与电荷放大系统5相连，从电荷放大系统5接出的引线11与信号接收系统6相连，从信号接收系统6接出的引线与信号分析系统7相连。

本实用新型最大的特点是采用压电薄膜传感器12作为核心传感元件，压电薄膜传感器12是无源的，在使用过程中不需要外接电源，当桥梁上方有荷载作用时，压电薄膜传感器12可以随着结构应力的变化自发产生电荷，该电荷通过电荷放大系统5的放大作用，被信号接收系统6接收，再根据信号分析系统7即可根据信号的强弱分析出桥梁在荷载作用下的应力与应变情况，对桥梁结构实施实时监测。

本实用新型中碳纳米管改性的压电传感器还具有信号强度高、灵敏度好、在信号传输过程中不会出现信号滞后等特点，在该系统中使用这种传感器可以有效的提高系统的灵敏度和传感精度。

本实用新型中压电薄膜传感器的压电系数很稳定，在使用的过程中其压电性能不会出现退化的现象，因此，在使用的过程中不需要进行标定，降低了使用成本。