基于声表面波的钢筋锈蚀监测传感器制造技术

本发明专利技术公开一种基于声表面波的钢筋锈蚀监测传感器，包括声表面波器件(1)、感测电极(2)和参考电极(3)；所述声表面波器件(1)一端与感测电极(2)电连接，另一端与参考电极(3)电连接；所述感测电极(2)布置在被测钢筋(4)周围，所述参考电极(3)布置在与被测钢筋(4)相同的环境下；所述感测电极(2)，用于感测被测钢筋(4)锈蚀引起的阻抗变化；所述参考电极(3)，用于感测与被测钢筋(4)相同的环境引起的阻抗变化。本发明专利技术的基于声表面波的钢筋锈蚀监测传感器，准确度高、可靠性好，且结构简单，可实现无源工作和无线通信，非常适用于埋入钢混结构中对钢筋锈蚀进行长期实时在线监测。

Steel corrosion monitoring sensor based on surface acoustic wave

The present invention discloses a steel corrosion monitoring sensor based on surface wave, including acoustic surface wave device (1), sensing electrode (2) and reference electrode (3); the acoustic surface wave device (1) is electrically connected with a sensing electrode (2) and the other end is electrically connected with a reference electrode (3); the sensing electrode (2) is arranged around the measured bar (4), and the sensor (2) is arranged around the measured steel bar (4). The reference electrode (3) is arranged in the same environment as the measured steel (4); the sensing electrode (2) is used to detect the impedance changes caused by corrosion of the measured steel (4), and the reference electrode (3) is used to detect the impedance changes caused by the same environment as the measured bar (4). The steel corrosion monitoring sensor based on surface acoustic wave has high accuracy, good reliability and simple structure. It can realize passive work and wireless communication. It is very suitable for long-term real-time on-line monitoring of steel corrosion in steel mixed structure.

【技术实现步骤摘要】
基于声表面波的钢筋锈蚀监测传感器
本专利技术属于土木结构钢筋锈蚀监测装置
，特别是一种准确度高、可靠性好，且结构简单的基于声表面波的钢筋锈蚀监测传感器。
技术介绍
钢筋锈蚀是影响土木结构耐久性的主要因素之一。结构中钢筋一旦发生锈蚀，会使钢筋受力截面减小，造成钢筋的承载力下降，极限延伸率减少。钢筋锈蚀还会产生锈胀应力，引发顺筋开裂和裂缝扩展。钢筋锈蚀也会使钢筋与混凝土之间的粘结力下降。因此，为确保土木结构安全，需要对钢筋锈蚀进行监测。目前对钢筋锈蚀进行监测的方法主要有物理方法和电化学方法。电化学方法通过半电池电位、交流阻抗谱和线性极化测量等技术来监测电化学反应的腐蚀电位、电荷传输电阻、腐蚀电流密度、电化学反应时间常数等参数，以此评价钢筋的锈蚀状态，是工程实际中应用较普遍的现场监测方法。电化学方法的优势在于可以评价钢筋锈蚀产生的可能性和初期锈蚀，但受参比电极稳定性的影响，应用电化学方法对钢筋锈蚀进行长期监测还不够成熟。物理传感方法利用传感器对因锈蚀引起的物理参数的变化进行感测，来评价钢筋的锈蚀状况。如中国专利技术专利“一种钢筋锈蚀监测方法”(申请号：CN201710264778.7，公开日：2017.08.18)所述，其包括一埋入到混凝土内的钢丝，通过监测钢丝因锈蚀产生的电阻变化来表征钢筋的锈蚀状况。再如中国专利技术专利“一种钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀率监测装置及监测方法”(申请号：CN201710270102.9，公开日：2017.08.04)所述，其包括多个大小不同且套在钢筋上的不锈钢环，通过电信号监测不锈钢环是否因锈胀而断裂来评判钢筋的锈蚀状况。再如中国专利技术专利“温度自补偿光纤光栅钢筋锈蚀传感器及其温度补偿方法”(申请号：CN201610986713.9，公开日：2017.03.15)所述，其包括一个悬臂梁和两个光纤光栅，钢筋锈蚀产生的锈胀引起悬臂梁变形，通过一个光纤光栅感测悬臂梁的应变实现对钢筋锈蚀的监测，另一个光栅光纤感测温度实现温度补偿。上述这些方法均为间接方法，通过测量钢筋的力学特性、电学特性以及锈胀应变等参数来间接表征钢筋的锈蚀程度，或者通过测量与钢筋处于相同环境下的易腐蚀元件的锈蚀来评价钢筋的锈蚀状况。这些物理方法均不是直接对钢筋锈蚀进行感测，这就使得监测的准确程度较低，可靠性较差，且大部分传感器部件较多，结构较为复杂，难以实现长期实时在线监测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于声表面波的钢筋锈蚀监测传感器，准确度高、可靠性好，且结构简单，可实现无源工作和无线通信，非常适用于埋入钢混结构中对钢筋锈蚀进行长期实时在线监测。实现本专利技术目的的一种技术方案为：一种基于声表面波的钢筋锈蚀监测传感器，包括声表面波器件1、感测电极2和参考电极3；所述声表面波器件1一端与感测电极2电连接，另一端与参考电极3电连接；所述感测电极2布置在被测钢筋4周围，所述参考电极3布置在与被测钢筋4相同的环境下；所述感测电极2，用于感测被测钢筋4锈蚀引起的阻抗变化；所述参考电极3，用于感测与被测钢筋4相同的环境引起的阻抗变化。优选地，所述声表面波器件1包括压电基片11、置于所述压电基片11表面中部的换能器12、分别置于所述换能器12两侧的感测反射栅13和参考反射栅14，所述换能器12、感测反射栅13和参考反射栅14均为镀制于压电基片11上的梳齿电极组；所述换能器12用于激励和检测声表面波，所述感测反射栅13和参考反射栅14用于反射声表面波；所述感测反射栅13通过线缆与感测电极2电连接，所述参考反射栅14通过线缆与参考电极3电连接，所述换能器12用于通过线缆或者天线与外部驱动和检测装置通信相连。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1、准确度高：声表面波器件反射栅的反射特性对其阻抗变化非常敏感，本专利技术所述传感器利用该特性来直接感测钢筋锈蚀引起的电极阻抗的变化，与其他间接方法相比，具有很高的测量准确性。2、可靠性好：本专利技术所述传感器不含任何电子元件，不会因过载电压电流而损坏，也不会因温度过高过低而停止工作，极大地增强了传感器的环境适应性，提高了传感器的可靠性和工作寿命。3、结构简单：本专利技术所述传感器仅为带有外部电极的声表面波器件，便于加工制造，且不需要电源供电，若通过阻抗匹配连接相应的天线，可使传感器实现无源工作和无线通信，从而使传感器摆脱了线缆和电源的束缚。上述优势使得本专利技术所述传感器非常适用于埋入钢混结构中对钢筋锈蚀进行长期实时在线监测。以下结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步详细说明。附图说明图1为本专利技术基于声表面波的钢筋锈蚀监测传感器的结构示意图。图中，声表面波器件1，,感测电极2，参考电极3，钢筋4，压电基片11，换能器12，感测反射栅13，参考反射栅14，感测极板21，感测极板22，参考极板31，参考极板32。具体实施方式如图1所示，本专利技术基于声表面波的钢筋锈蚀监测传感器，包括声表面波器件1、感测电极2和参考电极3；所述声表面波器件1一端与感测电极2电连接，另一端与参考电极3电连接；所述感测电极2布置在被测钢筋4周围，所述参考电极3布置在与被测钢筋4相同的环境下；所述感测电极2，用于感测被测钢筋4锈蚀引起的阻抗变化；所述参考电极3，用于感测与被测钢筋4相同的环境引起的阻抗变化。优选地，所述声表面波器件1包括压电基片11、置于所述压电基片11表面中部的换能器12、分别置于所述换能器12两侧的感测反射栅13和参考反射栅14，所述换能器12、感测反射栅13和参考反射栅14均为镀制于压电基片11上的梳齿电极组；所述换能器12用于激励和检测声表面波，所述感测反射栅13和参考反射栅14用于反射声表面波；所述感测反射栅13通过线缆与感测电极2电连接，所述参考反射栅14通过线缆与参考电极3电连接，所述换能器12用于通过线缆或者天线与外部驱动和检测装置通信相连。优选地，所述感测电极2包括一对平板状感测极板21、22，其中一个感测极板21与感测反射栅13的一端电连接，另一个感测极板22与感测反射栅13的另一端电连接；所述参考电极3包括一对平板状参考极板31、32，其中一个参考极板31与参考反射栅14的一端电连接，另一个参考极板32与参考反射栅14的另一端电连接。工作时，换能器12将通过电缆或天线接收到的外部电信号转换成声表面波信号，并沿压电基片表面向两侧传播，声表面波遇到感测反射栅13和参考反射栅14进行反射，反射回来的声表面波通过换能器12又转换成电信号，即回波信号。为了能够分辨两个反射栅产生的回波信号，感测反射栅13和参考反射栅14与换能器12之间应有一定的距离差。当钢筋逐渐锈蚀，会造成感测电极2极板21、22间阻抗的变化，使得感测反射栅13的声表面波反射系数发生变化，从而导致传感器回波信号的变化。因此，通过解析回波信号，即可实现对钢筋锈蚀状态的监测。同理，通过解析回波信号还可以获取参考电极3的阻抗变化，实现对钢筋所处环境的监测，进而利用误差补偿的方法对环境干扰进行抑制，从而提升传感器对钢筋锈蚀监测的精度。所述传感器结构非常简单，只是一个连接有电极的声表面波器件，便于批量加工制造。所述传感器不含任何电子元件，极大地提高了传感器的可靠性。所述传感器通过参考电极的设置，可以有效地抑制环境干扰的影响，从而提升传感器的环境适应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声表面波的钢筋锈蚀监测传感器，其特征在于：包括声表面波器件(1)、感测电极(2)和参考电极(3)；所述声表面波器件(1)一端与感测电极(2)电连接，另一端与参考电极(3)电连接；所述感测电极(2)布置在被测钢筋(4)周围，所述参考电极(3)布置在与被测钢筋(4)相同的环境下；所述感测电极(2)，用于感测被测钢筋(4)锈蚀引起的阻抗变化；所述参考电极(3)，用于感测与被测钢筋(4)相同的环境引起的阻抗变化。

【技术特征摘要】
1.一种基于声表面波的钢筋锈蚀监测传感器，其特征在于：包括声表面波器件(1)、感测电极(2)和参考电极(3)；所述声表面波器件(1)一端与感测电极(2)电连接，另一端与参考电极(3)电连接；所述感测电极(2)布置在被测钢筋(4)周围，所述参考电极(3)布置在与被测钢筋(4)相同的环境下；所述感测电极(2)，用于感测被测钢筋(4)锈蚀引起的阻抗变化；所述参考电极(3)，用于感测与被测钢筋(4)相同的环境引起的阻抗变化。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述声表面波器件(1)包括压电基片(11)、置于所述压电基片(11)表面中部的换能器(12)、分别置于所述换能器(12)两侧的感测反射栅(13)和参考反射栅(14)，所述换能器(12)、感测反射栅(13)和参考反射栅(14)均为镀制于...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢立强，邢建春，朱玺峰，王添仙，杨启亮，王荣浩，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32