1、 PDF外文：http:/ 中文 3460 字 毕业设计外文资料翻译 题 目 用于土木工程结构的 水泥基压电传感器 学 院 &n
2、bsp;土木建筑学院 专 业 土木工程专业 二一 五 年 三 月 一 日 - 2 - Materials and Structures， 2006， 39:3742 用于土木工程结构的水泥基压电传感器 G Park, HH Cudn
3、ey 摘要： 一种新的 用压电陶瓷作为传感元件的类似骨料的传感器已经被设计、制作和测试。这种传感器是由两个长方体的硬化水泥膏与市售的压电陶瓷板连接在一起制作而成的，其中压电陶瓷板是传感元件。而且， 一种新的粘合剂也在制作传感器的过程中被开发 。这种传感器已经用电荷放大器测量系统做了基本性能测试。首先，在土木工程结构中，这种传感器的频率测试结果在一般的频率范围之内，大约在 0.01 赫兹到 40 赫兹。然后，又测试了传感器的输入和输出的关系。最后，我们又用复杂荷载、随机荷载和均方根荷载检测了传感器的基本性能。它与混凝土良好的兼容性以及优秀的传感 性能使得这种骨料类似型传感器可以像真实的骨料那样嵌
4、入到混凝土结构当中，并且可以可靠的监测主体结构的震动。这种传感器在应用于结构健康监测中具备良好的潜能。 关键字 ： 水泥，传感器，压电陶瓷，结构健康监测 1 说明 如今土木结构健康监测越来越多的受到人们的重视。地震，台风等灾害使人们认识到，结构健康监测对保证重要结构如大跨度 桥梁，高层建筑的安全性是有帮助的。此外，电子和计算机技术领域的发展，使得有效的健康状态监测系统有可能装备在重要结构中。健康状态监测系统基本元件是传感器，该传感器应是耐用，价格低廉，适用于主体 结构和优先活跃的。目前可用的传感器，包括不同类型的压力，力，应变和加速度传感器，一般都放在一个结
5、构外，特别是对于钢筋混凝土结构。此外，监测系统的成本有时过高，因为传感器的费用很高 ，特别是当大量的传感器被使用的时候。 解决传感器的上述问题，最近一种新的水泥系压电传感器已经被开发出来了。该传感器的形状看起来像骨料。它耐用，价格便宜，与混凝土材料相容。它可以被 用来监测由强风，交通负荷，地震或其他动态载荷引起的结构振动。这种类似骨料传感器采用一种压电陶瓷传感元件。压电一直是应用于传感技术的各种机制之间最有的吸引力 的。它已被广泛地应用在许多智能结构研究中 1,2。压电式传感器的主要优点是：非常高的刚性，固有频率高，极宽的测量范围，非常高的稳定性，高重复性，高线性度和较
6、宽的工作温度范围 3。通常情况下，作为一个感测元件的压电材料在高频范围远远超出土木工程结构的频率施加。只有少数引用谈论压电材料在低频范围的应用4-6。 压电陶瓷应在像骨料一样嵌入到混凝土结构之前要被封装。在此研究中硬化水泥膏被用作压电陶瓷的“房子”，而不是传统的和商业上可用的传感器中使用的密封金 - 3 - 属外壳。用压电陶瓷制成的骨料状传感器的性能已经在这项 研究中被检测。夹心处理方法已经被用于制作这种传感器，加速固化方法用来使这种传感器成型。首先，频率扫描和振幅扫描两种荷载方案已经被用于评估传感器的基本属性。然后复杂负荷，随机负荷和方形均方根负荷已施加
7、到传感器来观测的相位变化对应的响应。据发现，这种新的传感器满足了要求，并在实际结构振动监测中显示出良好的潜力。 2 传感器的制造 新的传感器是由夹层处理方法如图 1 制成的。它是由两片水泥膏的立方体与一块锆钛酸铅（ PZT）接合作为传感元件。新的胶粘剂在粘接硬化水泥浆体和压电陶瓷的长方体过程中被开发了出来。所述粘合剂具 有高刚度，高的电阻率并且是防水的。它是由混合干白水泥粉和环氧树脂制作而成。当硬化以后，粘接剂的硬度比硬化纯环氧高得多，并靠近该水泥硬化后的硬度。这种机械匹配使从水泥立方体应力转移具有有效性和准确性。粘合剂的电阻率就像纯环氧，高达 cm1610 ，这保证了
8、传感元件的电稳定性。此外，该粘合剂可以防止水渗透到电感元件，它是对湿度敏感的感测元件。 图一：骨料状传感器的制作步骤 两种类型的压电陶瓷板的商品名 P85 和 P43，分别（香港 PoOLS）被选择作为感测元件。 P85 和 P43 板的基本性质示于表 1 中，使用三个 P85 板和两个 P43 板作为传感元件传感器，被示于图 2 中。所有这些传感器的尺寸为 20 毫米， 20 毫米， 40 毫米。因此，在压电陶瓷板中 400N 负荷可能产生 1 兆帕的应力。 表一： p85 与 p43 压电陶瓷板的参数 &nb
9、sp;Parameters P85 P43 Relative dielectric constant r (at 1kHz) 1700 1500 Piezoelectric strain factor d 33 (10 12 C/N) 390 350 Piezoelectric voltage factor g 33 (10 3 Vm/N) 25.9 26.4
