一種壓電智能骨料傳感器封裝結構及其封裝方法與流程

本發明涉及一種壓電智能骨料傳感器封裝結構及其封裝方法，屬于混凝土結構健康監測技術領域。

背景技術：

近十幾年來，智能材料結構在工程領域中的成功應用，為實現真正意義上的結構健康監測提供了有效的途徑。其中，基于壓電陶瓷（如 PZT）的混凝土健康監測技術成為學術界的研究熱點，尤其是利用其對混凝土裂縫損傷開展監測的相關研究已經取得大量的研究成果。美國休斯敦大學的Song等首次提出壓電陶瓷片的“智能骨料”（Smart Aggregate，簡稱SA）封裝形式，并利用其對鋼筋混凝土公路橋T型梁進行了裂縫監測試驗。沈陽建筑大學的閻石、孫威等將自制的“智能骨料”運用到各類混凝土構件的裂縫監測中，提出了以監測信號能量值作為損傷識別特征參量的損傷識別方法。伴隨著基于智能結構的思想發展起來的現場實時在線健康監測技術成果日益突出，使得基于壓電智能材料對混凝土結構的健康監測成為可能。但由于壓電智能骨料傳感器在混凝土中容易受到破壞，因此需要對壓電智能骨料傳感器進行封裝，壓電智能骨料封裝工序較為繁瑣，效率較低。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的是提供一種封裝效果好，封裝效率高的壓電智能骨料傳感器封裝結構及其封裝方法。

本發明采用以下方案實現：一種壓電智能骨料傳感器封裝結構，包括一鋼模，所述鋼模內設置有壓電智能骨料傳感器，鋼模側壁穿設有與壓電智能骨料傳感器相連接的屏蔽導線，所述鋼模內腔側壁和底部鋪設有塑料薄膜，鋼模內腔還灌裝有環氧樹脂。

進一步的，所述鋼模為圓柱形結構并由兩塊半圓形鋼模板拼接而成，兩半圓形鋼模板兩側設置有至少一對相配合的固定夾片，每對相配合的固定夾片之間通過螺栓螺母鎖緊連接。

進一步的，兩半圓形鋼模板其中一側的拼接縫處設置有由兩半圓槽拼合成的導線孔，所述屏蔽導線由所述導線孔穿入。

進一步的，鋼模直徑為20~50mm，高度為10~45mm，壁厚為2~4mm；固定夾片上螺栓孔直徑為2~4mm。

進一步的，壓電智能骨料傳感器采用壓電陶瓷片。

本發明的另一技術方案是：一種如上所述壓電智能骨料傳感器封裝結構的封裝方法，包括以下步驟：（1）將兩半圓形鋼模板拼接在一起形成鋼模，并將兩半圓形鋼模板之間相配合的固定夾片通過螺栓螺母鎖緊；（2）利用塑料薄膜均勻覆蓋在鋼模內壁并利用塑料薄膜對鋼模內腔底部進行封底；（3）將壓電智能骨料傳感器作為信號源并利用屏蔽導線連接其正負極；（4）將連接有屏蔽導線的壓電智能骨料傳感器放入鋼模中，屏蔽導線由導線孔穿出；（5）向鋼模中灌裝環氧樹脂，待環氧樹脂固化后，拆卸鋼模，清理塑料薄膜層，即完成壓電智能骨料傳感器的封裝工作。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明封裝結構能夠順利完成脫模工作，造價低，封裝效果好，在封裝過程中可以有效提高封裝效率，更易于實現工廠化批量生產，同時構造簡單，有效保證壓電智能骨料傳感器在使用過程中不發生破壞，與混凝土材料相容性好，適用性強。

為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下將通過具體實施例和相關附圖，對本發明作進一步詳細說明。

附圖說明

圖1是本發明實施例構造示意圖；

圖2是本發明實施例中鋼模構造示意圖；

圖中標號說明：1-鋼模、2-智能骨料傳感器、3-屏蔽導線、4-環氧樹脂、5-半圓形鋼模板、6-固定夾片。

具體實施方式

如圖1~2所示，一種壓電智能骨料傳感器封裝結構，包括一鋼模1，所述鋼模1內設置有壓電智能骨料傳感器2，鋼模1側壁穿設有與壓電智能骨料傳感器2相連接的屏蔽導線3，所述鋼模1內腔側壁和底部鋪設有塑料薄膜，鋼模內腔還灌裝有環氧樹脂4；灌裝環氧樹脂保護層后能夠順利完成脫模工作，造價低，封裝效果好，在封裝過程中可以有效提高封裝效率，更易于實現工廠化批量生產用于混凝土結構的壓電智能骨料傳感器，本發明封裝結構構造簡單，有效保證壓電智能骨料傳感器在使用過程中不發生破壞，與混凝土材料相容性好，適用性強，為工程上混凝土結構的施工過程和服役過程監測提供了一種良好的傳感器元件。

在本實施例中，所述鋼模1為圓柱形結構并由兩塊半圓形鋼模板5拼接而成，兩半圓形鋼模板兩側設置有至少一對相配合的固定夾片6，每對相配合的固定夾片之間通過螺栓螺母鎖緊連接。

在本實施例中，兩半圓形鋼模板其中一側的拼接縫處設置有由兩半圓槽拼合成的導線孔，所述屏蔽導線由所述導線孔穿入。

在本實施例中，鋼模直徑為20~50mm，高度為10~45mm，壁厚為2~4mm；固定夾片上螺栓孔直徑為2~4mm。

在本實施例中，壓電智能骨料傳感器采用壓電陶瓷片，具體采用PZT-4，PZT是鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的簡稱，PZT-4是中功率發射、接收兩用型壓電陶瓷。

監測時，函數發射器發射波形，通過壓電陶瓷片驅動電源放大后，經屏蔽導線傳入布置于混凝土內部的傳感器，激勵壓電智能骨料傳感器中的壓電智能材料產生應力波，作為信號發射端；另一端的壓電智能骨料傳感器作為信號接收器，外接數字示波器接受信號，利用接收到的信號能量的變化，可以實現對混凝土結構內部損傷的監測，進而判斷結構的使用性能。

一種如上所述壓電智能骨料傳感器封裝結構的封裝方法，包括以下步驟：（1）將兩半圓形鋼模板拼接在一起形成鋼模，并將兩半圓形鋼模板之間相配合的固定夾片通過螺栓螺母鎖緊；（2）利用塑料薄膜均勻覆蓋在鋼模內壁并利用塑料薄膜對鋼模內腔底部進行封底；（3）將壓電智能骨料傳感器作為信號源并利用屏蔽導線連接其正負極；（4）將連接有屏蔽導線的壓電智能骨料傳感器放入鋼模中，屏蔽導線由導線孔穿出；（5）向鋼模中灌裝環氧樹脂，待環氧樹脂固化后，拆卸鋼模，清理塑料薄膜層，即完成壓電智能骨料傳感器的封裝工作。

上列較佳實施例，對本發明的目的、技術方案和優點進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。