基于超聲導(dǎo)波原理的腐蝕傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種基于超聲導(dǎo)波原理的腐蝕傳感器，包括薄壁鋼管、兩個(gè)圓形壓電陶瓷片和導(dǎo)線，兩個(gè)圓形壓電陶瓷片分別嵌入薄壁鋼管兩端，并與鋼管壁緊固連接，兩個(gè)壓電陶瓷片的正、負(fù)電極用導(dǎo)線接出，其中一個(gè)壓電片作為驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)在圓形壓電陶瓷片厚度方向，即圓形壓電陶瓷片的表面上施加高頻窄帶脈沖電壓時(shí)，其產(chǎn)生對(duì)稱的沿軸向傳播的縱向?qū)Рㄔ诒”阡摴苤袀鞑?；另外一個(gè)壓電片作為傳感器，接收到自鋼管壁傳來(lái)的導(dǎo)波，根據(jù)導(dǎo)波信號(hào)特征判斷鋼管銹蝕狀況，從而判斷周圍環(huán)境、結(jié)構(gòu)或其他對(duì)象的銹蝕情況。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，根據(jù)壓電陶瓷片接收到的導(dǎo)波信號(hào)可判斷薄壁鋼管的腐蝕情況，進(jìn)一步分析判斷其所處環(huán)境能夠引起結(jié)構(gòu)腐蝕的狀況。
【專利說(shuō)明】基于超聲導(dǎo)波原理的腐蝕傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于超聲導(dǎo)波原理的腐蝕傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕、混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕、其他工程結(jié)構(gòu)的金屬構(gòu)件的腐蝕問(wèn)題都是影響工程結(jié)構(gòu)的正常使用和耐久性，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)破壞的重要因素之一。因此，人們希望能夠了解結(jié)構(gòu)或構(gòu)件所處的腐蝕環(huán)境情況，或在結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞之前就監(jiān)測(cè)到關(guān)鍵金屬構(gòu)件的腐蝕狀態(tài)，并進(jìn)行預(yù)警，使得損失降至最低或在破壞之前進(jìn)行必要的補(bǔ)救措施。
[0003]監(jiān)測(cè)腐蝕的方法有很多種，比如用于鋼筋腐蝕監(jiān)測(cè)的方法可以分成兩種物理方法和化學(xué)方法。物理法有電阻探針?lè)ê凸饫w傳感方法，前者采用一個(gè)與結(jié)構(gòu)配筋材質(zhì)相同的探針，將探針埋入到混凝土結(jié)構(gòu)中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)探針電阻的變化，來(lái)推斷鋼筋腐蝕的速率和腐蝕的程度。并且此方法可以直接將混凝土中鋼筋直接作為探針使用，對(duì)鋼筋進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確定其腐蝕速度。光纖傳感方法主要是由于光纖受應(yīng)力影響產(chǎn)生應(yīng)變，界面也隨之變化，這時(shí)光子在光纖中傳播的波長(zhǎng)、相位、頻率、偏振都會(huì)發(fā)生改變。光纖傳感器耐腐蝕和耐久性好、抗干擾能力強(qiáng)，并且光纖傳感器能夠進(jìn)行空間連續(xù)性監(jiān)測(cè)。但光纖傳感技術(shù)由于工藝要求很高，造價(jià)高昂，其相關(guān)的監(jiān)測(cè)理論不成熟等缺點(diǎn)極大的限制了光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。化學(xué)法有電池電位法、線性極化法和交流阻抗方法等。半電池電位法的技術(shù)理論最成熟，通過(guò)監(jiān)測(cè)鋼筋表面的電勢(shì)的變化，進(jìn)行比較就可以判定腐蝕的狀態(tài)，而這一過(guò)程就相當(dāng)于一個(gè)化學(xué)電池，所以稱為半電池電位法，但此方法不能得到鋼筋的銹蝕速度，在鋼筋保護(hù)層較厚的時(shí)候電位圖不準(zhǔn)確。線性極化法能夠快速測(cè)量金屬附近腐蝕速率，利用在金屬腐蝕點(diǎn)附近外加電極的極化電流與金屬的極化電位之間存在近似線性的關(guān)系，測(cè)量瞬態(tài)腐蝕速率。交流阻抗法是對(duì)目標(biāo)體系發(fā)出一段微小的電流，測(cè)量目標(biāo)體系對(duì)這段微小電流的反應(yīng)，通過(guò)測(cè)量到的交變電流譜，然后對(duì)比比較交變電流譜得到混凝土銹蝕參數(shù)，此方法雖然是一種動(dòng)態(tài)的測(cè)量方法，但是由于其測(cè)量?jī)x器非常昂貴，不符合節(jié)約經(jīng)濟(jì)的條件。并且測(cè)量不能在短期內(nèi)完成，時(shí)間跨度久，測(cè)量所得數(shù)據(jù)量大，受外界影響較大，后期數(shù)據(jù)處理相當(dāng)困難，不適合野外測(cè)量等等缺點(diǎn)。
[0004]目前國(guó)內(nèi)也有研宄基于超聲導(dǎo)波理論的鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)方法，但該方法是用于全尺寸長(zhǎng)度的鋼筋上，并不是一種傳感器產(chǎn)品，當(dāng)用于混凝土中時(shí)，存在導(dǎo)波信號(hào)泄漏，傳感器接收到的導(dǎo)波信號(hào)微弱和復(fù)雜的不足之處，難以應(yīng)用到實(shí)際工程中。另外，鋼筋是實(shí)心圓柱體，在鋼筋中傳播的導(dǎo)波在可用的頻段模態(tài)非常多(多達(dá)十余個(gè)模態(tài))，信號(hào)會(huì)更加復(fù)雜。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于超聲導(dǎo)波原理的腐蝕傳感器。
[0006]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)如下:一種基于超聲導(dǎo)波原理的腐蝕傳感器，包括薄壁鋼管、兩個(gè)圓形壓電陶瓷片和導(dǎo)線，兩個(gè)圓形壓電陶瓷片分別嵌入薄壁鋼管兩端，并與鋼管壁緊固連接，兩個(gè)壓電陶瓷片的正、負(fù)電極用導(dǎo)線接出，其中一個(gè)壓電片作為驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)在圓形壓電陶瓷片厚度方向，即圓形壓電陶瓷片的表面上施加高頻窄帶脈沖電壓時(shí)，其產(chǎn)生對(duì)稱的沿軸向傳播的縱向?qū)Рㄔ诒”阡摴苤袀鞑?；另外一個(gè)壓電片作為傳感器，接收到自鋼管壁傳來(lái)的導(dǎo)波，根據(jù)導(dǎo)波信號(hào)特征判斷鋼管銹蝕狀況，從而判斷周圍環(huán)境、結(jié)構(gòu)或其他對(duì)象的銹蝕情況。
[0007]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所采用的薄壁鋼管對(duì)腐蝕更敏感，如腐蝕更容易使薄壁鋼管產(chǎn)生孔洞等，從而使另外一端的壓電陶瓷片接收到的導(dǎo)波信號(hào)更為明顯。本實(shí)用新型中壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器所激勵(lì)的超聲導(dǎo)波為對(duì)稱的沿軸向傳播的縱波(L波)。本實(shí)用新型根據(jù)壓電陶瓷片接收到的導(dǎo)波信號(hào)可判斷薄壁鋼管的腐蝕情況，進(jìn)一步分析判斷其所處環(huán)境能夠引起結(jié)構(gòu)腐蝕的狀況。如將其置于混凝土中，可判斷混凝土中鋼筋的腐蝕情況；將其用與金屬構(gòu)件相同材質(zhì)制作，并與金屬構(gòu)件放置在一起，可判斷金屬構(gòu)件的腐蝕情況。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。不僅可用于混凝土中鋼筋銹蝕的監(jiān)測(cè)，也可用于判斷環(huán)境可能引起結(jié)構(gòu)腐蝕的程度。所用的鋼管的導(dǎo)波信號(hào)在可用頻段內(nèi)模態(tài)數(shù)很少(一般只有兩個(gè)縱向模態(tài))，傳感器接收到的信號(hào)也簡(jiǎn)單。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為基于超聲導(dǎo)波原理的腐蝕傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；其中1、薄壁金屬管，2、壓電陶瓷片，3、壓電陶瓷片的正電極，4、壓電陶瓷片的負(fù)電極；
[0009]圖2為腐蝕傳感器所用金屬薄壁管的超聲導(dǎo)波縱波的頻散曲線圖；
[0010]圖3為一般鋼筋的超聲導(dǎo)波縱波的頻散曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]下面舉例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明:
[0012]實(shí)施例1
[0013]如圖1所示，一種基于超聲導(dǎo)波原理的腐蝕傳感器，包括薄壁鋼管1(外直徑12mm，內(nèi)直徑11mm，長(zhǎng)度100mm)和兩個(gè)圓形壓電陶瓷片2 (直徑11mm，厚度1.5mm)，兩個(gè)圓形壓電陶瓷片2分別嵌入薄壁鋼管I兩端，用環(huán)氧樹脂膠與薄壁鋼管I壁緊固連接。壓電陶瓷片的負(fù)電極翻至正電極同表面，用銅導(dǎo)線分別將正負(fù)電極接出，用于連接驅(qū)動(dòng)電壓或接收電壓信號(hào)；其中一個(gè)壓電陶瓷片作為驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)在其厚度方向上施加高頻窄帶脈沖電壓時(shí)，其產(chǎn)生對(duì)稱的縱向?qū)Рㄔ诒”阡摴苤袀鞑ィ涣硗庖粋€(gè)壓電陶瓷片作為傳感器，接收到自鋼管壁傳來(lái)的導(dǎo)波，分析鋼管銹蝕前后測(cè)得的導(dǎo)波信號(hào)的幅值差的發(fā)生時(shí)間，可判斷出混凝土內(nèi)鋼筋或其他待測(cè)結(jié)構(gòu)的初始銹蝕時(shí)間，分析不同時(shí)刻導(dǎo)波信號(hào)幅值差的變化速率，可判斷出鋼筋或其他待測(cè)結(jié)構(gòu)的銹蝕速率，分析導(dǎo)波信號(hào)幅值差并與試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，可以判斷鋼筋或其他待測(cè)結(jié)構(gòu)的銹蝕程度。
【權(quán)利要求】
1.一種基于超聲導(dǎo)波原理的腐蝕傳感器，包括薄壁鋼管和兩個(gè)圓形壓電陶瓷片，其特征在于:兩個(gè)圓形壓電陶瓷片分別嵌入薄壁鋼管兩端并與鋼管壁緊固連接，兩個(gè)壓電陶瓷片的正、負(fù)電極用導(dǎo)線接出，其中一個(gè)壓電片作為驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)在圓形壓電陶瓷片厚度方向上施加高頻窄帶脈沖電壓時(shí)，其產(chǎn)生對(duì)稱的沿軸向傳播的縱向?qū)Рㄔ诒”阡摴苤袀鞑?；另外一個(gè)圓形壓電陶瓷片，接收到自鋼管壁傳來(lái)的導(dǎo)波。
【文檔編號(hào)】G01N17/00GK204154619SQ201420660839
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】逯彥秋, 周文松, 蘭成明 申請(qǐng)人:北京奧科瑞檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司