PVDF的船舶与海洋结构物应变测量技术研究.pdfVIP

孙字，等：基于PVDF的船舶与海洋结构物应变测量技术研究 基于PVDF的船舶与海洋结构物应变测量技术研究 孙宇1刘刚2汪姗1 16024) (1海洋石油工程股份有限公司天津300451；2．大连理工大学船舶工程学院大连1 摘要：电阻应变片在用于船舶与海洋结构物应变测量时，存在必需清除结构表面涂层、连接和维护大量导线， 工作量繁重等缺点，而且其使用寿命也非常短。本文利用压电薄膜开发了一种适用于船舶与海洋结构物的新型非 接触式应变测量技术，其主要特点体现在压电薄膜传感器被保护在涂层下面可以长期反复利用，无需在传感器上 连接导线，而且组合式压电薄膜可以实现通过单次测量获得随机载荷作用下结构物表面的任意单向应变等。文中 首先根据压电方程推导了新型组合式压电薄膜输出电压和被测单向应变之间的关系。然后根据静电电压表探头的 测量原理，分析了探头和被测结构表面之间的零电场技术，从理论上预测可以对埋藏在油漆涂层下的压电薄膜进 行感应电荷检测。最后，通过实验对涂层下压电薄膜的感应电荷检测以及组合式压电薄膜传感器测量单向应变的 可行性和精度进行了验证。实验结果表明，该技术在船舶与海洋结构物应变测量应用上具有重要的实用价值。 关键词：组合式压电薄膜；应变传感；油漆涂层；静电电压表；非接触式 1．引言 在结构物表面进行监测，对结构的力学性能 影响很小；材料本身具有良好的机械强度和 对于结构应变测量，电阻应变片已被广 韧性，对湿度、温度和化学物质表现出很高 泛地应用于工程实际当中。但是，在用于船 的压电稳定性；另外在信号处理方面，电压 舶与海洋工程结构时，电阻应变片存在着以 灵敏度高，便于信号采集与处理，对外界设 下一些缺点： (1)在粘贴电阻应变片以前， 备要求也比较少等。Zhang等很早采用PVDF压 必须清除结构被测位置表面的油漆涂层，这 电薄膜测量结构的动态应变和监测裂纹的扩 不仅费时费力，而且影响结构表面的防腐与 展u1。欧进萍等研究了PVDF压电薄膜的应变传 外观； (2)电阻应变片需要连接导线并加以 感机理和PVDF传感元件在准静态和动态响应 细致地固定和维护，当进行多点测量以及距 下的传感特性旧J，并且利用PVDF压电薄膜对金 离测量位置较远时，工作量往往很大； (3) 属构件的裂纹萌生与扩展、断裂全过程进行 电阻应变片易受腐蚀，使用寿命短，信号处 了监测实验研究∞J。刘建胜等利用PVDF传感器 理系统复杂，不适合粘贴在结构物表面进行 实现斜拉桥桥索张力的在线监测H1。王代华等 长期的监测。因此，发展一种更加适合于船 提出用PVDF压电薄膜作为传感元件，通过监 舶与海洋结构物的应变传感技术将具有重要 测应变得到柔性结构的振动参量【50。李焰等研 的工程意义。 究了PVDF压电薄膜在爆炸与冲击加载条件下 近年来，随着智能材料与结构的提出， 的应力测量∞J。然而，上述大部分工作