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混凝土结构埋入式传感器的耐久性研究

四川建筑科学研究 2009年第3期35卷 50-54,64页

作者：程书剑刘西拉方从启上海交通大学土木工程系上海200240

埋入式传感器在混凝土结构的健康监测中应用日益广泛,但其有效寿命远低于结构的使用寿命,为了解决这一问题,尽管学者们对传感器的封装和保护方法做了很多研究和探讨,但是若不解决埋入式传感器的更换问题,对结构的全生命周期监测实际上... 详细信息

埋入式传感器在混凝土结构的健康监测中应用日益广泛,但其有效寿命远低于结构的使用寿命,为了解决这一问题,尽管学者们对传感器的封装和保护方法做了很多研究和探讨,但是若不解决埋入式传感器的更换问题,对结构的全生命周期监测实际上是不可能的。本文介绍了作者最近完成的有关混凝土结构埋入式传感装置的新型专利技术,通过对老化的传感装置进行替换来使应变监测得以长期连续进行,从而简便可靠地解决了埋入式传感器的耐久性问题。为验证专利技术的可行性,设计了相关试验以证明其可行性和实用意义。本文所介绍的专利技术不仅可以实现传感器的替换,而且可以保证替换过程中的连续监测及替换后的测量精度。

关键词：混凝土结构埋入式传感器耐久性替换

新型埋入式长距离应变光纤传感器研制及性能研究

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传感技术学报 2011年第2期24卷 190-195页

作者：毛江鸿何勇金伟良浙江大学结构工程研究所杭州310058

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术可检测长距离光纤沿线的分布式应变和温度,非常适用于结构健康监测。但如何保证传感光纤在铺设及后期监测过程中的安全性是其应用于土木工程领域的关键问题。介绍了一种新型埋入式长距离光纤传感器... 详细信息

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术可检测长距离光纤沿线的分布式应变和温度,非常适用于结构健康监测。但如何保证传感光纤在铺设及后期监测过程中的安全性是其应用于土木工程领域的关键问题。介绍了一种新型埋入式长距离光纤传感器的研制方法,首先在结构施工过程中根据监测网设计预埋微管,再通过气吹技术将传感光纤铺设至微管内部,最后利用真空辅助灌浆技术将水泥净浆灌入微管以固定传感光纤。通过理论分析和实验研究分别对影响该光纤传感器性能的填充层厚度、微管物理特性等因素进行了分析研究。分析结果表明埋入式长距离光纤传感器应变测量精度随外径减小、微管弹性模量增大而提高。标定试验结果表明各传感器工作性能和理论分析结果一致,均能准确感应结构内部应变信息。

关键词：土木工程分布式光纤传感器埋入式传感器长距离测量精度

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埋入式传感器与机场刚性道面的协同施工方法

上海公路 2013年第4期 1-6,10页

作者：赵鸿铎吴璨同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海200092

为实现埋入式传感器与机场刚性道面的协同施工,分析了两者的协同工作特点,从工程的角度提出了两者在施工质量和进度上存在冲突。将道面安全,安装精度和存活率作为施工质量评价要素,通过分析道面浇筑过程总结了传感器损伤源,提出了兼顾... 详细信息

为实现埋入式传感器与机场刚性道面的协同施工,分析了两者的协同工作特点,从工程的角度提出了两者在施工质量和进度上存在冲突。将道面安全,安装精度和存活率作为施工质量评价要素,通过分析道面浇筑过程总结了传感器损伤源,提出了兼顾结构安全和测量要求的传感器支护方法。从时间和空间两个角度细化了施工进度上的冲突,并通过支护装置设计、线路规划、安装流程协调等方面实现了传感器同步安装。介绍了评价两者协同工作效果的方法,并用浦东机场在线监测项目作为示范,证明了所述工法切实可行。

关键词：机场刚性道面埋入式传感器协同施工

基于白光干涉原理的光纤传感技术—Ⅳ.埋入式光纤传感器基础实验

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黑龙江大学工程学报 2012年第4期3卷 56-69页

作者：苑立波哈尔滨工程大学理学院光子科学与技术研究中心哈尔滨150001 黑龙江省光纤传感科学与技术重点实验室哈尔滨150001

发展了可埋入混凝土基复合材料内部的白光光纤引伸计,用于测量混凝土内部的应变或裂纹尖端张开位移,并对这些混凝土试件进行了实验研究。实验结果表明,光纤传感器不仅可以测量1D应变,也可以在2D方向上测量应变。对埋入土体内部的三包层... 详细信息

发展了可埋入混凝土基复合材料内部的白光光纤引伸计,用于测量混凝土内部的应变或裂纹尖端张开位移,并对这些混凝土试件进行了实验研究。实验结果表明,光纤传感器不仅可以测量1D应变,也可以在2D方向上测量应变。对埋入土体内部的三包层光纤土力学传感器进行了标定实验,实验结果表明,传感器能够较好的反映土体形变,设计并制作了土体坝段和高边坡的模型,将经过标定的光纤土力学传感器埋设于模型内部,利用光纤白光干涉测量技术,对外部载荷作用下不同结构的土体模型进行了实验研究,对其变形量进行了测量。

关键词：光纤光纤传感器形变测量埋入式传感器

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影响智能骨料感知的关键因素及数据分析方法

吉林大学学报（工学版） 2023年第6期53卷 1799-1808,F0002页

作者：王宁马涛陈丰付永强东南大学交通学院南京211189 滨湖区蠡湖街道办事处江苏无锡214000

为研究不同荷载作用形式、封装材料和形状特性对智能骨料传感器监测结果的影响,实现基于传感器感知参数对混合料介质物理力学特征的有效评价,对埋入式智能骨料传感器SmartRock的室内二次标定进行了试验,构建了传感器-混合料介质耦合三... 详细信息

为研究不同荷载作用形式、封装材料和形状特性对智能骨料传感器监测结果的影响,实现基于传感器感知参数对混合料介质物理力学特征的有效评价,对埋入式智能骨料传感器SmartRock的室内二次标定进行了试验,构建了传感器-混合料介质耦合三维有限元数值模型,并开展了基于SmartRock传感器的水泥稳定碎石旋转压实和无侧限抗压强度试验。结果表明:集中荷载作用下的传感器应力响应远大于均布荷载;传感器高度与底面边长的比值H/D埋入式传感器封装材料与周围介质模量的比值Ep/Em>5时,匹配误差可保持在较低且稳定的水平;可通过分析SmartRock传感器应力响应的离散系数Sv表征混合料压实度及强度的演化规律。

关键词：道路工程水泥稳定碎石智能感知匹配误差埋入式传感器

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混凝土内部状态演化特征的声学测试方法研究

混凝土内部状态演化特征的声学测试方法研究

作者：王鑫科三峡大学

学位级别：硕士

混凝土结构的耐久性越发受到国内外学者的重视,检测技术也在不断的发展。声学测试方法是混凝土结构无损检测的重要手段之一,目前针对于混凝土结构应用较多的声学无损检测技术有声发射检测和超声检测技术,均广泛应用于混凝土损伤劣化的研... 详细信息

混凝土结构的耐久性越发受到国内外学者的重视,检测技术也在不断的发展。声学测试方法是混凝土结构无损检测的重要手段之一,目前针对于混凝土结构应用较多的声学无损检测技术有声发射检测和超声检测技术,均广泛应用于混凝土损伤劣化的研究,并已取得了丰富的经验。但这两种检测技术均受限于在结构表面的应用,测量精度受到测试距离以及复杂界面环境的影响,尤其对大型混凝土结构更是无法直接进行测量。已有学者提出埋入式的测试方法,但是这些方法仅限于超声或声发射检测,获取的信号有限。而如果能够一起使用,并且分别针对损伤历程及结构损伤程度的检测,则可在得到损伤发展历程的同时对结构损伤程度进行鉴定。本文主要研究内容及结论如下:（1）本文为满足声学检测的精度和大型构件内部损伤检测的需求,提出了内部声发射-超声检测方法,并制作了埋入式传感器,搭配外接检测系统可以进行结构内部的声发射及超声无损检测。经过对传感器结构设计及匹配层、背衬层材料的研制,制作出了与混凝土声学特性相匹配,能够稳定在混凝土结构内部进行检测的发射型和接收型埋入式传感器。（2）由传感器的校准测试结果得出,接收型传感器的频响范围是0～1.2MHz,完全满足混凝土声学检测的需求;并且在40～650k Hz频率范围内响应的灵敏度可以达到70d B左右;而且进行的降噪处理效果也比较明显,本文研制的埋入式传感器可以广泛应用于各类损伤的声发射及超声检测。（3）本文采用所研制的埋入式传感器,并搭配声发射及超声检测两种检测技术,展开对水泥水化历程的测试。水泥水化的测试结果表明,超声波幅值随水化时间的变化规律与水化放热的规律相似,不论是时间划分还是变化趋势都高度近似,故超声波幅值可以反映水泥水化活动的强度;声发射检测结果中的累计撞击曲线与目前已有研究的电阻率检测结果高度相近,并且能量、累计计数等参数均能划分为水泥水化对应的几个阶段,对这几个阶段进行参数关联分析后,参数关联特征可以作为声源信号的鉴别。（4）混凝土中钢筋锈蚀的检测用到了商用外贴式的传感器,结果对比后发现,多个埋入式传感器间的检测结果高度一致,并且采集到的信号更真实更完整。对结果进行分析后发现,累计计数参数对裂缝开展较为灵敏,与应变检测及实际锈蚀率结果一致,可用于裂缝开展判断。声发射检测中能量、累计撞击、幅度以及超声检测中声波幅值、峰值频率等参数随时间变化均可划分为四个阶段,对应锈蚀的四个阶段,且两检测技术所划分时间差也较小。对不同锈蚀阶段声发射参数进行关联分析,得出不同锈蚀阶段参数分布范围及关联特征,可以用以鉴别声源信号。

关键词：埋入式传感器水泥水化钢筋锈蚀声发射检测超声检测

埋入传感器对发动机界面粘接性能影响试验研究

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导弹与航天运载技术 2016年第1期 85-88页

作者：张春龙吕安国钮江中国人民解放军91515部队52分队中国人民解放军91515部队45分队

针对固体火箭发动机健康监检测中埋入传感器后对发动机界面粘接性能的影响,自制埋入传感器的粘接试件,通过对粘接试件的CT无损探伤与力学性能试验,得到传感器的埋入方法可靠、埋入传感器对发动机界面粘接性能无明显影响;通过对自然贮存... 详细信息

针对固体火箭发动机健康监检测中埋入传感器后对发动机界面粘接性能的影响,自制埋入传感器的粘接试件,通过对粘接试件的CT无损探伤与力学性能试验,得到传感器的埋入方法可靠、埋入传感器对发动机界面粘接性能无明显影响;通过对自然贮存粘接试件的力学性能监测试验,得到粘接界面力学变化规律,进而确定埋入式传感器在发动机界面中至少可以稳定工作3个月以上。

关键词：埋入式传感器粘接界面固体火箭发动机

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掺入石墨烯气凝胶混凝土的性能研究

掺入石墨烯气凝胶混凝土的性能研究

作者：陈曙鹏哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

石墨烯气凝胶是以石墨烯作为结构的基本单元,各片层之间通过弯曲反卷,堆积折叠的方式形成的一种三维立体式的结构。它具有自重轻、密度小,高孔隙率以及较高的杨氏模量、高电子迁移率等特点,在物理化学等各个领域都有广阔的应用。本文通... 详细信息

石墨烯气凝胶是以石墨烯作为结构的基本单元,各片层之间通过弯曲反卷,堆积折叠的方式形成的一种三维立体式的结构。它具有自重轻、密度小,高孔隙率以及较高的杨氏模量、高电子迁移率等特点,在物理化学等各个领域都有广阔的应用。本文通过试验设计不同的气凝胶还原反应时间及热处理温度,对制作完成的气凝胶进行压敏性试验,测得不同制作工艺对石墨烯气凝胶试件压敏性能的影响,得出具有最佳性能的石墨烯气凝胶传感器制作工艺,确定了还原温度为800℃,还原反应时间为24h。得出石墨烯气凝胶传感器的压敏性能规律曲线。通过多次压缩石墨烯气凝胶传感器,并测试其电阻的方法来测试循环次数对石墨烯气凝胶传感器压敏性能的影响规律,其不仅拥有良好的受压回弹性,压敏性也不会因多次变形而发生改变。本文还研究了石墨烯气凝胶传感器在混凝土内部的工作性能。将其埋置于掺加钢纤维混凝土以及掺加玄武岩纤维网格布混凝土之中,设置不同的气凝胶长径比和埋置深度,探究其在混凝土内部的工作性能,不同埋置深度的石墨烯气凝胶传感器在混凝土中的电阻变化曲线大体相同,均呈现下降速率逐渐增加的趋势。不同长径比的石墨烯气凝胶传感器在混凝土内部受力变化曲线规律大致相同,其压敏性在混凝土内部依然有效。最终选择了长径比为0.7,埋置深度为10mm。同时,本次试验也研究了埋入型石墨烯气凝胶传感器对混凝土力学性能的影响。石墨烯气凝胶传感器的埋入量对混凝土的抗压强度具有一定的影响,随着掺量的增长,混凝土的抗压强度越来越低。对于其抗折强度和抗冲击性能的影响比抗压强度较大。

关键词：石墨烯气凝胶最佳制备工艺埋入式传感器压敏性力学性能

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复杂受力状态光纤光栅应变传递及工程化设计

复杂受力状态光纤光栅应变传递及工程化设计

作者：王倩大连理工大学

学位级别：硕士

光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器已经在结构健康监测中得到广泛应用,其测试数据的准确性对能否正确评定结构的健康状态有着重要影响。但是,经过封装后的FBG传感器的测试应变与被测基体的真实应变存在一定差异。封装层与被测基体材料性能... 详细信息

光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器已经在结构健康监测中得到广泛应用,其测试数据的准确性对能否正确评定结构的健康状态有着重要影响。但是,经过封装后的FBG传感器的测试应变与被测基体的真实应变存在一定差异。封装层与被测基体材料性能之间的差异、基体的损伤累积、传感器的结构形式等因素都有可能对光纤光栅与被测基体之间的应变传递造成影响。有必要针对以上情况分析FBG传感器的应变传递机理,以对传感器进行合理设计,降低测试误差,获得较为准确的结构应变场。本文以玻璃纤维增强塑料(GFRP)材料封装的FBG应变传感器(GFRP-FBG应变传感器)为分析对象,从考虑混凝土基体弹塑性和长期蠕变特征的埋入式传感器的应变传递分析、可更换表面式传感器的应变传递分析以及基于应变传递理论的工程化FBG应变传感器设计等方面开展研究,主要研究内容如下：(1)对于埋入混凝土中的GFRP-FBG应变传感器,基于弹性应变传递理论,分别考虑混凝土基体的弹塑性行为和长期蠕变行为,选取适宜的本构关系,对应变传递理论进行推导,并通过有限元模拟对理论的合理性进行验证。基于应变传递理论公式,分析各参数对平均应变传递率的影响,选择不利条件作为后续传感器设计的基本计算条件。(2)基于结构力学中求解超静定结构的方法推导了一种新型的可更换表面式GFRP-FBG传感器的应变传递理论,并建立有限元模型对理论计算进行了验证。基于应变传递理论公式,分析支座参数与感知构件参数对传感器平均应变传递率的影响,为后续传感器设计提供一定的参考。(3)综合建筑工程材料和服役环境两个方面,分析土木工程对FBG应变传感器的需求。基于应变传递理论和土木工程的具体需求,对埋入式GFRP-FBG应变传感器和可更换表面式GFRP-FBG应变传感器进行设计。

关键词：光纤布拉格光栅应变传递埋入式传感器可更换表面式传感器传感器设计