一种基于压电陶瓷片的旋拧式智能传感器

本发明主要用于航空航天、土木工程以及汽车等工程领域中设计预紧力或预应力结构健康监测。具体而言，以预应力结构为例，结构受到长期荷载作用，其预应力会损失。本发明主要针对预应力或预紧力结构应力损失问题，通过将本发明嵌入预应力或预紧力结构，利用主动、被动以及阻抗的方法，通过接收到的信号到达时间、能量以及频谱的变化，反推预应力或预紧力结构的应力状态，这种基于压电陶瓷片的旋拧式智能传感器为预应力监测提供一种简便可行的方法。

背景技术：

1、预应力技术是指在土木工程施工过程中，为结构的施工增加一定的应力，使结构在施工期间能得到应用部分或完全消除负载产生的应力的技术，广泛应用于预应力混凝土中。随着时代的发展，在现代土木工程建设中，预应力技术以其可靠性高、技术先进、能耗低等优点得到了广泛的应用。引起预应力的损失的因素有很多，其中锚具的松弛而引起的预应力损失是最主要的方式之一。

2、压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料。压电陶瓷材料，除具有压电性外，还具有介电性、弹性等，已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作，具有敏感的特性。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，提供了一种基于压电陶瓷片的旋拧式智能传感器，智能传感器的实物模型(如图1)，主要由以下部分构成，分别是：外壳(1)、外壳外螺纹(101)、外壳槽(102)、外壳内螺纹(103)、pzt压电陶瓷片(2)、导线(3)、环氧树脂保护层(4)、密封盖(5)、密封盖中间通孔(501)、密封盖上部凹槽(502)、密封盖外螺纹(503)。

2、需要说明的是智能传感器可以实现主动监测，被动检测，以及传感器与压电陶瓷片整体阻抗监测。

3、一种基于压电陶瓷片的旋拧式智能传感器，包括外壳(1)、外壳外螺纹(101)、外壳槽(102)、外壳内螺纹(103)、pzt压电陶瓷片(2)、导线(3)、环氧树脂保护层(4)、密封盖(5)、密封盖中间通孔(501)、密封盖上部凹槽(502)、密封盖外螺纹(503)细部构造。

4、将pzt压电陶瓷片(2)内外正负极焊接好导线(3)，对焊接好导线(3)的pzt压电陶瓷片(2)先涂覆一层环氧树脂保护层(4)，待环氧树脂保护层(4)干透后再放入外壳(1)内管中，再在管内填充满环氧树脂保护层(4)，待环氧树脂保护层(4)完全干透后，将密封盖(5)拧入外壳(1)，保持密封盖(5)与密封盖外螺纹(503)高度一致，待所有保护层完全凝固后用万用表监测智能装置是否短路。

5、本实用新型具有如下的优点：

6、此装置依靠压电陶瓷具有的压电效应，利用电信号与力之间检测预应力损失状态，不需要人工现场检测，省时省力且安全。而且对于构件在安装以及服役过程中没有任何的影响。

7、此装置可以使用多种监测方法进行预应力监测。既可以作为激励器发射信号，也可以作为接收器接收信号，从而进行主动、被动以及阻抗方法进行监测。

技术特征：

1.一种基于压电陶瓷片的旋拧式智能传感器，其特征在于：主要由外壳(1)、外壳外螺纹(101)、外壳槽(102)、外壳内螺纹(103)、pzt压电陶瓷片(2)、导线(3)、环氧树脂保护层(4)、密封盖(5)、密封盖中间通孔(501)、密封盖上部凹槽(502)、密封盖外螺纹(503)细部构造组成，外壳(1)为空心圆柱体，上端开口，外壳(1)表面为外壳外螺纹(101)，外壳(1)上端有两个外壳槽(102)，上端外壳槽(102)下内表面有外壳内螺纹(103)，外壳(1)中心内部底端pzt压电陶瓷片(2)，外壳(1)中心内部至外壳内螺纹(103)下端区域由环氧树脂保护层(4)填充，外壳(1)上端为密封盖(5)。

2.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷片的旋拧式智能传感器，其特征在于pzt压电陶瓷片(2)为圆柱体，选用d33型压电陶瓷传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷片的旋拧式智能传感器，其特征在于pzt压电陶瓷片(2)与导线(3)焊接。

4.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷片的旋拧式智能传感器，其特征在于导线(3)穿过环氧树脂保护层(4)和密封盖(5)与外部设备连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷片的旋拧式智能传感器，其特征在于密封盖(5)为带有密封盖外螺纹(503)的圆柱体，中间有密封盖中间通孔(501)，上端有密封盖上部凹槽(502)。

6.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷片的旋拧式智能传感器，其特征在于外壳(1)上端外壳槽(102)以下有外壳内螺纹(103)，其高度与密封盖外螺纹(503)高度一致。

技术总结
本专利主要用于航空航天、土木工程以及汽车等工程领域中设计预紧力或预应力结构健康监测。具体而言，以预应力结构为例，结构受到长期荷载作用，其预应力会损失。本专利主要针对预应力或预紧力结构应力损失问题，通过将发明嵌入预应力或预紧力结构，利用主动、被动以及阻抗的方法，通过接收到的信号到达时间、能量以及频谱的变化，反推预应力或预紧力结构的应力状态，这种基于压电陶瓷片的旋拧式智能传感器为预应力监测提供一种简便可行的方法。

技术研发人员：陈冬冬,毛睿微,李达
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：20220913
技术公布日：2024/1/13