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申请/专利权人：东莞理工学院

摘要：本发明公开了一种嵌入压电陶瓷传感器的自感知FRP筋及其使用方法，该自感知FRP筋包括FRP筋、传感器组件，传感器组件包括压电陶瓷传感器、BNC接头，压电陶瓷传感器包括压电陶瓷片、铜壳；压电陶瓷传感器嵌入至FRP筋的槽口内且通过封装材料层固定；该自感知FRP筋结构设计新颖且能有效实现实时、在线监测。该使用方法包括以下步骤：a、制备压电陶瓷传感器；b、将压电陶瓷传感器与BNC接头连接；c、选取FRP筋类型并开设槽口；d、封装材料配比试验以及比例选取；e、嵌装压电陶瓷传感器并填充封装材料；f、监测步骤；该使用方法能解决FRP筋磨损及FRP筋与混凝土界面监测问题，并能准确评估增强混凝土结构安全性能。

主权项：1.一种嵌入压电陶瓷传感器的自感知FRP筋的使用方法，其特征在于：该嵌入压电陶瓷传感器的自感知FRP筋包括有FRP筋1、传感器组件，传感器组件包括有压电陶瓷传感器2、BNC接头3，压电陶瓷传感器2包括有压电陶瓷片21以及包裹于压电陶瓷片21外围的铜壳22，压电陶瓷片21的正极接线端连接有正极导线，压电陶瓷片21的负极接线端连接有负极导线，正极导线、负极导线分别穿过铜壳22并分别从铜壳22的上表面引出，且正极导线、负极导线分别通过绝缘外包层进行包裹；BNC接头3的正极接线端与正极导线的引出端连接，BNC接头3的负极接线端与负极导线的引出端连接；FRP筋1的表面开设有由高速激光切割机切割而形成的槽口11，传感器组件的压电陶瓷传感器2完全嵌入至FRP筋1的槽口11内，FRP筋1的槽口11内填充有将压电陶瓷传感器2固定的封装材料层4；封装材料层4所采用的封装材料由树脂、固化剂混合而成，且封装材料所采用的树脂材料与FRP筋1的基体树脂材料相同；该嵌入压电陶瓷传感器的自感知FRP筋的使用方法包括有以下步骤，具体的：a、制备压电陶瓷传感器2：选取合适尺寸的压电陶瓷片21以及铜壳22，并将铜壳22包裹于压电陶瓷片21外围，压电陶瓷片21的正极接线端连接有正极导线，压电陶瓷片21的负极接线端连接有负极导线，正极导线、负极导线分别穿过铜壳22并分别从铜壳22的上表面引出，且正极导线、负极导线分别通过绝缘外包层进行包裹；b、将压电陶瓷传感器2与BNC接头3连接：将压电陶瓷传感器2的正极导线的引出端与BNC接头3的正极接线端连接，且将压电陶瓷传感器2的负极导线的引出端与BNC接头3的负极接线端连接；c、选取FRP筋1类型，并于所选择的FRP筋1表面通过高精度激光切割机开设槽口11；d、封装材料配比试验以及比例选取：选择与所选取FRP筋1的基体树脂材料相同的树脂作为封装材料的树脂材料，将封装材料用树脂材料与固化剂按照七个组别进行混合搅拌，第一组中封装材料用树脂材料与固化剂的比例为4:1，第二组中封装材料用树脂材料与固化剂的比例为3:1，第三组中封装材料用树脂材料与固化剂的比例为2:1，第四组中封装材料用树脂材料与固化剂的比例为1:1，第五组中封装材料用树脂材料与固化剂的比例为1:2，第六组中封装材料用树脂材料与固化剂的比例为1:3，第七组中封装材料用树脂材料与固化剂的比例为1:4，将各组别的由树脂材料与固化剂混合搅拌后的封装材料放在温度为22℃的环境下进行固化，并测量各组别的封装材料的固化时间；待各组别的封装材料的固化时间确定后，选择固化时间为4h-8h的封装材料作为备用封装材料；e、将压电陶瓷传感器2完全嵌入至FRP筋1的槽口11内，而后将所选择的备用封装材料填充至FRP筋1的槽口11内，待槽口11内的封装材料层4固化后形成封装材料层4，压电陶瓷传感器2被封装材料层4固定于FRP筋1的槽口11内，封装材料层4的表面与FRP筋1表面平齐，且压电陶瓷传感器2的正极导线、负极导线分别延伸至封装材料层4的外侧，自感知FRP筋1制备完毕；f、采用阻抗法监测自感知FRP筋1的磨损情况：将压电陶瓷传感器2的BNC接头3连接到阻抗测试仪5上，分别获取不同时刻的电阻-频率谱图，观察电阻-频率谱图并根据谐振峰数目、大小及偏移情况分析不同时刻下FRP筋1的磨损程度；或者，采用波动法监测自感知FRP筋1的磨损情况：该自感知FRP筋1开设有两个槽口11，各槽口11内分别嵌入有一个通过封装材料层4固定的压电陶瓷传感器2，将其中一个压电陶瓷传感器2的BNC接头3连接到NIUSB-6366数据采集卡6的发射端，将另外一个压电陶瓷传感器2的BNC接头3连接到NIUSB-6366数据采集卡6的接收端，NIUSB-6366数据采集卡6与电脑7连接；待BNC接头3、NIUSB-6366数据采集卡6、电脑7连接完毕后，选择相同的信号激励作用于与NIUSB-6366数据采集卡6发射端相连的压电陶瓷传感器2，此时与NIUSB-6366数据采集卡6发射端相连的压电陶瓷传感器2震动并产生应力波，应力波沿着FRP筋1传播并被与NIUSB-6366数据采集卡6接收端相连的压电陶瓷传感器2接收，NIUSB-6366数据采集卡6将接收端将所接收的数据发送至电脑7，通过电脑7并根据不同时刻下接收到的信号差异判断FRP筋1的磨损程度；或者，采用波动法监测FRP筋1与自密实混凝土的界面损伤情况：利用自感知FRP筋1与自密实混凝土制备粘结滑移试件，制备粘结滑移试件前在试件中心临近FRP筋1的位置埋入智能骨料传感器8，嵌入至FRP筋1槽口11内的压电陶瓷传感器2位于自密实混凝土试件的外侧，其中智能骨料传感器8的正极接线端通过导线与BNC接头3的正极接线端连接，智能骨料传感器8的负极接线端通过导线与BNC接头3的负极接线端连接；待粘结滑移试件制备完成后，将FRP筋1上的压电陶瓷传感器2的BNC接头3连接到NIUSB-6366数据采集卡6的发射端，且将智能骨料传感器8的BNC接头3连接到NIUSB-6366数据采集卡6的接收端，NIUSB-6366数据采集卡6与电脑7连接；待BNC接头3、NIUSB-6366数据采集卡6、电脑7连接完毕后，将粘结滑移试件安装至拉力试验机上并通过拉力试验机进行拉拔试验，在通过拉力试验机进行拉拔试验过程中，选择相同的信号激励作用于FRP筋1上的压电陶瓷传感器2，此时压电陶瓷传感器2震动并产生应力波，应力波在FRP筋1、FRP筋1与自密实混凝土界面以及自密实混凝土中传播，智能骨料传感器8接收应力波，并根据不同时刻下接收到信号幅值、频移差异来判断FRP筋1与自密实混凝土界面损伤程度。

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