基于PMN-PT单晶的三向正应力压电传感器制备与性能测试

摘要

钢筋混凝土结构是桥梁工程及各类基础设施中常见的结构，但由于材料老化、不良荷载和复杂的服役环境，会导致结构产生内部损伤与抗力衰减。因此，开展结构内部应力实时监测，对评估结构状况、及时预警破坏和保证可靠运营非常关键。基于PMN-PT压电单晶，设计并制备了一款嵌入式三向正应力传感器，可同时监测结构内部3个垂直方向的正应力。该传感器由立方体高强混凝土底座、盖板、铜片、PMN-PT片、环氧树脂封装层以及屏蔽导线组成。为了检验传感器的性能与可靠性，在制备与使用过程中进行了防水性与电学性能测试，并通过MTS万能试验机施加正弦往复、方波、随机及扫频荷载，开展了传感器输出响应性能试验。结果表明，该传感器形状规则、制作简单、灵敏度一致为1.53 V/MPa,具有良好的绝缘、防水效果和突出的电学性能，且输出信号稳定性和频响特性优越，在结构健康监测和未来工程实践中拥有较大应用潜力。

关键词

PMN-PT / 三向正应力 / 结构健康监测 / 性能试验 / 动态荷载