一种环氧树脂力学性能监测传感器、传感装置及方法

1.本发明涉及高分子材料检测技术领域，特别是涉及一种环氧树脂力学性能监测传感器、传感装置及方法。


背景技术：

2.环氧树脂具有优异的物理、力学性能，易于加工且固化时间短，因此被作为结构粘合剂广泛应用于建筑工程结构修复、加固等领域。实时准确的监测和评估环氧树脂型结构粘合剂，即作为工程结构粘合剂的环氧树脂在早期固化阶段的力学性能，尤其是抗拉强度和弹性模量，对于确定施加后续预定载荷的适当时间具有重要意义。
3.纤维增强复合材料(frp)具有轻质、高强、耐腐蚀、易施工等优点，已经被广泛应用于土木工程领域，逐渐取代或部分替代传统建筑材料。需要指出的是，在工程结构长寿命服役期内，可能存在高温、高湿、高碱、多离子侵蚀等恶劣环境作用，这会在一定程度上造成frp力学性能的退化。环氧树脂基体作为frp的主要组分之一，发挥着传递纤维间应力和包裹保护纤维等重要作用。然而，纤维增强复合材料中环氧树脂基体在混凝土湿热高碱性环境下会发生不可逆的水解反应，同时还会发生由塑化产生的溶胀等可逆物理作用，从而加剧环氧树脂基体中微孔、微裂纹的扩展，加速腐蚀劣化进程。因此，有必要对环氧树脂基体因在长期环境侵蚀作用下的腐蚀劣化而造成的力学性能退化进行监测，从而为frp的耐久性评估提供理论依据。
4.虽然对于环氧树脂粘合结构的破坏性测试可以确保监测结果的可靠性，但这会造成不可逆的结构损伤。近年来，差分量热法、荧光法、拉曼光谱法、介电法、光纤法、超声导波法等多种无损检/监测技术被应用于针对环氧树脂物理、力学性能的研究之中，但这些方法普遍需要专业、昂贵的测试设备，对测试结果的分析也较为复杂，一般需要耗费较长的测定时间，因此大多仍局限于试验研究而非工程应用。因此，开发一种适用场景多、准确高效、经济合理的环氧树脂力学性能实时监测方法颇为重要。
5.虽然现有的文献中有利用压电阻抗技术监测作为工程结构粘合剂的环氧树脂早期固化过程中的力学性能(包括抗拉强度和弹性模量)发展，但未实现量化表征；而对于纤维增强复合材料中环氧树脂基体材料劣化过程的监测，未见相关文献涉及有关压电阻抗方法应用于纤维增强复合材料中环氧树脂基体长期腐蚀劣化过程的研究。同时，相关学者对于压电阻抗技术应用于监测作为工程结构粘合剂的环氧树脂，侧重于对于材性的研究，即侧重环氧树脂材料固化过程中的压电阻抗响应研究，仅将压电陶瓷片(pzt片)直接置于未固化环氧树脂表面，没有考虑过边界条件以及标准化设计。这种将pzt片直接粘贴在环氧树脂表面的做法实际上意义不大，因为这不仅使得边界条件没有统一依据，还使得所测得压电阻抗响应没有实际物理意义，同时会影响环氧树脂粘合结构正常使用。
6.综上，上述基于压电阻抗技术的监测方法无法准确监测环氧树脂型结构粘合剂在早期固化阶段的力学性能演变以及纤维增强复合材料中环氧树脂基体在腐蚀劣化过程中力学性能演变。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种环氧树脂力学性能监测传感器、传感装置及方法，以准确监测环氧树脂型结构粘合剂在早期固化阶段的力学性能演变以及纤维增强复合材料中环氧树脂基体在腐蚀劣化过程中力学性能演变。
8.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
9.一种环氧树脂力学性能监测传感器，所述传感器包括环氧树脂、压电陶瓷片和导线；
10.所述环氧树脂为实心圆柱体；
11.所述压电陶瓷片设置于所述环氧树脂中，且所述压电陶瓷片与所述环氧树脂之间的第一距离、第二距离和第三距离均相同；所述第一距离为所述压电陶瓷片的顶面与所述环氧树脂的顶面之间的距离；所述第二距离为所述压电陶瓷片的底面与所述环氧树脂的底面之间的距离；所述第三距离为所述压电陶瓷片的侧面与所述环氧树脂的侧面之间的距离；
12.所述导线的一端连接所述压电陶瓷片；所述导线的另一端穿过所述环氧树脂引出。
13.可选地，所述传感器还包括常温固化的特氟龙涂料层；
14.所述常温固化的特氟龙涂料层包裹于所述压电陶瓷片的表面。
15.可选地，所述导线为视频线；
16.所述视频线包括芯线和外层屏蔽网线；所述芯线的一端焊接于所述压电陶瓷片的正极区域；所述芯线的另一端接入bnc接头；所述外层屏蔽网线的一端焊接于所述压电陶瓷片的负极区域；所述外层屏蔽网线的另一端接入所述bnc接头。
17.本发明还提供了如下方案：
18.一种环氧树脂力学性能监测传感装置，所述传感装置包括所述的环氧树脂力学性能监测传感器和阻抗分析仪；
19.所述阻抗分析仪与导线的另一端连接；所述阻抗分析仪用于提供交流电信号给压电陶瓷片；所述压电陶瓷片用于在所述交流电信号的电激励作用下振动，同时带动环氧树脂振动，形成传感器耦合系统的机械振动；所述机械振动使所述压电陶瓷片产生新的电信号；所述阻抗分析仪还用于接收所述新的电信号，并根据所述新的电信号得到传感器耦合系统的压电阻抗；所述传感器耦合系统包括所述压电陶瓷片和所述环氧树脂；所述传感器耦合系统的压电阻抗包括所述压电陶瓷片的电阻抗和所述环氧树脂的机械阻抗。
20.可选地，所述传感装置还包括信息采集终端；
21.所述信息采集终端与所述阻抗分析仪连接；所述信息采集终端用于获取所述阻抗分析仪发送的所述传感器耦合系统的压电阻抗，并对所述传感器耦合系统的压电阻抗进行保存。
22.可选地，所述信息采集终端为笔记本电脑。
23.本发明还提供了如下方案：
24.一种环氧树脂力学性能监测方法，所述方法应用所述的环氧树脂力学性能监测传感装置，所述方法包括：
25.步骤s1：将环氧树脂力学性能监测传感器置于环氧树脂型结构粘合剂或纤维增强
复合材料附近，使所述环氧树脂力学性能监测传感器的服役环境和所述环氧树脂型结构粘合剂的服役环境或所述纤维增强复合材料的服役环境相同；置于所述环氧树脂型结构粘合剂附近的所述环氧树脂力学性能监测传感器中环氧树脂为半固态；置于所述纤维增强复合材料附近的所述环氧树脂力学性能监测传感器中环氧树脂为固态；
26.步骤s2：利用阻抗分析仪提供交流电信号给所述环氧树脂力学性能监测传感器，并接收所述环氧树脂力学性能监测传感器发送的新的电信号，根据所述新的电信号得到传感器耦合系统的压电阻抗；
27.步骤s3：根据所述传感器耦合系统的压电阻抗，得到所述传感器耦合系统的压电阻抗对应的力学性能；所述力学性能为环氧树脂型结构粘合剂的力学性能或纤维增强复合材料中环氧树脂基体的力学性能；
28.步骤s4：重复步骤s2-步骤s3，直至得到环氧树脂型结构粘合剂在早期固化阶段各时刻的力学性能或纤维增强复合材料中环氧树脂基体在腐蚀劣化过程中各时刻的力学性能；
29.步骤s5：根据环氧树脂型结构粘合剂在早期固化阶段各时刻的力学性能，得到环氧树脂型结构粘合剂在早期固化阶段的力学性能演变，或根据纤维增强复合材料中环氧树脂基体在腐蚀劣化过程中各时刻的力学性能，得到纤维增强复合材料中环氧树脂基体在腐蚀劣化过程中力学性能演变。
30.可选地，所述步骤s3具体包括：
31.获取所述传感器耦合系统的压电阻抗与力学性能的对应关系；所述对应关系是利用所述传感器耦合系统进行多次试验得到的；
32.根据所述传感器耦合系统的压电阻抗和所述对应关系，得到所述传感器耦合系统的压电阻抗对应的力学性能。
33.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
34.本发明公开的环氧树脂力学性能监测传感器、传感装置及方法，基于压电阻抗技术，设计内置压电陶瓷片树脂基传感器，即环氧树脂力学性能监测传感器，通过将压电陶瓷片设置于实心圆柱体的环氧树脂中，且压电陶瓷片的顶面与环氧树脂的顶面之间的距离、压电陶瓷片的底面与环氧树脂的底面之间的距离、压电陶瓷片的侧面与环氧树脂的侧面之间的距离均相同，保证了在对纤维增强复合材料中环氧树脂基体在侵蚀环境下的长期力学性能进行监测时，传感器各方向上的腐蚀速率和腐蚀程度均保持一致，以及在对环氧树脂型结构粘合剂的早期固化阶段力学性能进行监测时，传感器各方向上的固化速率和固化程度均保持一致，由于传感器和环氧树脂型结构粘合剂或纤维增强复合材料的服役环境相同，因此传感器中环氧树脂压电阻抗的变化即为环氧树脂型结构粘合剂或纤维增强复合材料中环氧树脂压电阻抗的变化，避免了将压电陶瓷片直接置于环氧树脂型结构粘合剂和纤维增强复合材料中环氧树脂基体表面所造成的监测不准确以及破坏工程结构问题，将传感器的导线连接阻抗分析仪后可利用阻抗分析仪准确监测传感器中环氧树脂压电阻抗的变化，从而基于压电阻抗得到对应的力学性能，实现准确监测环氧树脂型结构粘合剂在早期固化阶段的力学性能演变以及纤维增强复合材料中环氧树脂基体在腐蚀劣化过程中力学性能演变。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本发明环氧树脂力学性能监测传感器实施例的剖面结构图；
37.图2为本发明环氧树脂力学性能监测传感器监测frp筋树脂基体腐蚀劣化示意图；
38.图3为本发明环氧树脂力学性能监测传感装置实施例的结构图；
39.图4为本发明环氧树脂力学性能监测方法实施例的流程图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.本发明的目的是提供一种环氧树脂力学性能监测传感器、传感装置及方法，以准确监测环氧树脂型结构粘合剂在早期固化阶段的力学性能演变以及纤维增强复合材料中环氧树脂基体在腐蚀劣化过程中力学性能演变。
42.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
43.图1为本发明环氧树脂力学性能监测传感器实施例的剖面结构图。参见图1，该环氧树脂力学性能监测传感器包括环氧树脂101、压电陶瓷片102和导线103。
44.环氧树脂101为实心圆柱体。
45.压电陶瓷片102设置于环氧树脂101中，且压电陶瓷片102与环氧树脂101之间的第一距离、第二距离和第三距离均相同；第一距离为压电陶瓷片102的顶面与环氧树脂101的顶面之间的距离；第二距离为压电陶瓷片102的底面与环氧树脂101的底面之间的距离；第三距离为压电陶瓷片102的侧面与环氧树脂101的侧面之间的距离。
46.导线103的一端连接压电陶瓷片102；导线103的另一端穿过环氧树脂101引出。导线103为视频线；视频线包括芯线和外层屏蔽网线；芯线的一端焊接于压电陶瓷片102的正极区域；芯线的另一端接入bnc接头；外层屏蔽网线的一端焊接于压电陶瓷片102的负极区域；外层屏蔽网线的另一端接入bnc接头。
47.具体的，该环氧树脂力学性能监测传感器还包括常温固化的特氟龙涂料层；常温固化的特氟龙涂料层包裹于压电陶瓷片102的表面。
48.通过将pzt片固定于圆柱形硅胶模具中，周围浇筑环氧树脂包覆其所有表面，形成内置pzt片树脂基智能传感器，即环氧树脂力学性能监测传感器。通过将环氧树脂力学性能监测传感器内pzt片上的引出导线与阻抗分析仪连接以输入交流电信号(交流电信号的幅值与具体使用的阻抗测量仪器有关，每次需要测量传感器压电阻抗时都需要给予pzt片电激励)，依据逆压电效应，pzt片在电激励作用下会发生机械变形并作用在周围裹覆的环氧树脂上，从而带动传感器耦合系统发生机械振动(pzt片先振动，由于其与环氧树脂直接粘
结成整体，因此会带动环氧树脂振动，也即最终反映为传感器耦合系统的振动)；进一步，根据正压电效应，此机械振动将在pzt片上重新激发新的电位移，阻抗分析仪接受新的电信号后将计算传感器整体的压电阻抗响应(传感器整体的压电阻抗计算比较复杂，具体的表达式在相关文献中已经有学者推导过，它包含pzt片的电阻抗和环氧树脂的机械阻抗两部分，是耦合的并非独立的)。传感器耦合系统的压电阻抗主要由pzt片的电阻抗和环氧树脂的结构机械阻抗构成，由于pzt片的电参数长期稳定，传感器耦合系统的压电阻抗主要受环氧树脂材料控制。结构机械阻抗主要由质量、刚度和阻尼三部分贡献，环氧树脂在固化及腐蚀劣化过程中，其刚度变化最为明显。材料的刚度是性质，是通过弹性模量(也称杨氏模量)来反映。因此，环氧树脂的弹性模量改变将表现为传感器压电阻抗响应的规律性变化。进一步，通过对比传感器初始状态下的压电阻抗信号，可以实现对于环氧树脂固化进程和腐蚀劣化过程中的力学性能发展与退化的定量监测。
49.其中，传感器耦合系统指的是如图1所示的内置pzt片外覆环氧树脂的耦合机电系统；在进行压电阻抗的理论推导时，习惯上将pzt片与粘结结构组成的整体称之为耦合系统或耦合机电系统(机电指的是机械能和电能的互相转换，也即压电材料正逆压电效应的本质，一般英文文献中使用机电阻抗，但中文文献中使用压电阻抗频率更高)，事实上最终测量的压电阻抗也确实是传感器耦合系统的整体响应，包含pzt电阻抗和环氧树脂机械阻抗两部分。
50.环氧树脂的弹性模量改变表现为传感器压电阻抗响应的规律性变化，具体为：环氧树脂弹性模量增大，也即刚度增大，将表现为压电阻抗响应中的电导曲线的特征峰右移，也即特征峰值频率增大。根据先前的研究，弹性模量与峰值频率之间具有显著相关关系。压电阻抗是一类数据的统称，其包括电导、电纳、电阻和电抗四种信号，一般将电导信号作为研究对象，因为其在频域内大部分为0，仅在对应结构发生共振的频率处出现明显峰值。
51.传感器初始状态下的压电阻抗信号即：对于研究环氧树脂固化的传感器来说，初始信号指的是刚刚浇筑环氧树脂时所测压电阻抗信号；对于研究环氧树脂腐蚀劣化的传感器而言，初始信号指的是未发生腐蚀时的环氧树脂健康状态下结构整体压电阻抗。每次测量的压电阻抗都是传感器耦合系统整体的压电阻抗响应，它是一个整体的表达式，涉及pzt的电阻抗和环氧树脂的机械阻抗两部分，并非任何一个独立的组成。
52.传感器压电阻抗响应的改变是源于环氧树脂机械阻抗的变化。传感器耦合系统的压电阻抗表达式中，仅有结构机械阻抗一项会改变，因此可以建立两者的回归关系。事实上，研究发现结构损伤将导致刚度(模量)减小，而刚度与机械阻抗直接相关，并且损伤程度与压电阻抗响应之间是具有明显回归关系的。因此，由于结构发生损伤导致的机械阻抗变化是系统压电阻抗响应改变的本质原因。
53.该环氧树脂力学性能监测传感器具体制备流程如下：
54.pzt片正、负极区域分别焊接视频线中的芯线和外层屏蔽网线，视频线引出端接入bnc接口(bnc接头)，视频线是将正负极集成在一起的导线，将它的一端连接到传感器的pzt片正负极上，另一端需要接入一个接头，后续与阻抗分析仪连接以实现对于阻抗信号的测量，如此可实现对于传感信号的长期稳定测量。
55.采用常温固化的特氟龙涂料包裹pzt片，形成耐久性封装保护，特氟龙材料刚度较小，因此不会对传感器系统的压电阻抗产生显著影响。
56.优选pzt片的直径、厚度和模具的直径、高度，确保环氧树脂固化成型后传感器内部的pzt片距离传感器上下表面和侧面的距离均相同，这种设计可以保证在对frp中环氧树脂基体在侵蚀环境下的长期力学性能进行监测时，传感器各方向上的腐蚀速率和腐蚀程度均保持一致。
57.在硅胶模具中浇筑一半高度的环氧树脂，再放置pzt片并浇筑全部剩余环氧树脂，使得pzt片处于圆柱形模具正中位置，环氧树脂包覆其所有表面。
58.待环氧树脂短时间内由粘稠液态转变为半固态后，即可脱模并开始实时监测其早期固化阶段的传感器压电阻抗响应。通过将传感器置于实际结构粘合剂所处位置，保证两者具有相同的服役环境。对于作为结构粘合剂的环氧树脂而言，其固化过程主要与环氧树脂和固化剂组分有关，受环境影响并不大，仅保证传感器与实际工程结构粘合剂具有相同的温湿度，即可保证传感器中的环氧树脂状态和实际工程中环氧树脂状态相同，从而保证监测的准确性。
59.进一步结合对相同龄期下环氧树脂试件的拉伸试验结果，可以建立压电阻抗与抗拉强度、弹性模量之间的回归方程，从而可实现基于压电阻抗技术的环氧树脂固化阶段力学性能定量预测。其中，拉伸试验结果包括抗拉强度和拉伸模量。拉伸模量为刚度的一种，模量用来描述刚度的大小，模量越大刚度越大，拉伸模量使用最为广泛，通常也可将其视为弹性模量。建立压电阻抗与抗拉强度、弹性模量之间的回归方程这一步是极其重要的。先在实验室内通过标定试验，建立环氧树脂力学性能指标与压电阻抗之间的回归关系方程，然后可以基于使用中实测的压电阻抗响应对后续任意时刻的树脂力学性能指标进行预测。
60.对于混凝土环境下的frp，以frp筋为例，如图2所示，内置pzt片树脂基传感器，即环氧树脂力学性能监测传感器1被布设在所需监测位置，从而保证与所监测混凝土3环境下的frp筋2具有相同服役环境。对于frp劣化监测的场景，环氧树脂力学性能监测传感器1需要布置在frp周围；对于结构粘合剂固化监测的场景，则主要保证环氧树脂力学性能监测传感器1所处环境温湿度与结构粘合剂所处环境温湿度一致即可。由于环氧树脂力学性能监测传感器1是挂片式传感器，已经具有统一的边界条件和尺寸，因此不能粘贴在结构表面。将pzt片直接粘贴在树脂表面的做法已经有学者研究过，实际上这样做的意义不大，因为这不仅使得边界条件没有统一依据，还使得所测得压电阻抗响应没有实际物理意义，同时会影响结构正常使用。环氧树脂力学性能监测传感器1中pzt片引出导线与阻抗分析仪4连接，接入信息采集终端5，实现对于压电阻抗信号的长期监测。frp筋2在服役期间可能遭受高温、高湿、高碱等多种环境侵蚀作用，环氧树脂作为其重要组成部分，普遍会发生腐蚀损伤和力学性能的退化。处于同一工作环境下的树脂基传感器，即环氧树脂力学性能监测传感器1也将发生相同原因的损伤劣化，导致刚度折减，表现为传感器耦合系统的压电阻抗响应发生改变。进一步，通过建立传感器压电阻抗响应与frp筋力学性能指标的回归方程，可以实现基于压电阻抗技术的frp筋树脂基体损伤程度量化表征。
61.其中，pzt片是实现传感器耦合机电系统压电阻抗测量的必要条件。整个传感机理就是以pzt片具有的正逆压电效应为前提的，pzt片相当于核心传感元件。阻抗分析仪直接获得传感器系统的压电阻抗，包括耦合系统的电导、电纳、电阻、电抗，无需后期数据处理。信息采集终端就是指对于阻抗分析仪测得的压电阻抗结果进行保存，可以使用外接的笔记本，也可以使用数据传输模块进行数据的存储和传输。
62.本发明基于压电阻抗技术提供了一种可监测环氧树脂早期固化进程和腐蚀劣化过程中力学性能演变的传感器，即一种内置pzt片树脂基传感器，可以实现对于环氧树脂型结构粘合剂和frp中环氧树脂基体的力学性能长期监测，具体为环氧树脂型结构粘合剂在早期固化阶段的力学性能演变监测以及纤维增强复合材料中环氧树脂基体在腐蚀劣化过程中力学性能演变监测。其中，早期固化监测主要涉及环氧树脂在混合浇筑后至具有一定强度的状态，一般时间在7天-30天以内，环氧树脂的强度就将保持稳定；同时，监测早期固化主要针对的是作为结构粘合剂的环氧树脂，一般是单独使用的单一材料。腐蚀劣化过程则是指frp材料在混凝土高碱性环境中长期服役时，其主要组分之一的树脂基材料可能发生不可逆的水解以及可逆的塑化等物理化学反应，从而造成frp复合材料的力学性能退化，影响工程结构的安全，因此有必要进行树脂基(环氧树脂基体)的长期力学性能监测。frp材料是由树脂(环氧树脂)和纤维构成，树脂起到粘合纤维构成整体受力、传递应力、保护纤维等作用。
63.图3为本发明环氧树脂力学性能监测传感装置实施例的结构图。参见图3，该环氧树脂力学性能监测传感装置包括上述的环氧树脂力学性能监测传感器1和阻抗分析仪4。
64.阻抗分析仪4与导线103的另一端连接；阻抗分析仪4用于提供交流电信号给压电陶瓷片102；压电陶瓷片102用于在交流电信号的电激励作用下振动，同时带动环氧树脂101振动，形成传感器耦合系统的机械振动；机械振动使压电陶瓷片102产生新的电信号；阻抗分析仪4还用于接收新的电信号，并根据新的电信号得到传感器耦合系统的压电阻抗；传感器耦合系统包括压电陶瓷片102和环氧树脂101；传感器耦合系统的压电阻抗包括压电陶瓷片102的电阻抗和环氧树脂101的机械阻抗。
65.具体的，该环氧树脂力学性能监测传感装置还包括信息采集终端5；信息采集终端5与阻抗分析仪4连接；信息采集终端5用于获取阻抗分析仪4发送的传感器耦合系统的压电阻抗，并对传感器耦合系统的压电阻抗进行保存。信息采集终端5为笔记本电脑。
66.图4为本发明环氧树脂力学性能监测方法实施例的流程图。参见图4，该环氧树脂力学性能监测方法应用上述的环氧树脂力学性能监测传感装置，该环氧树脂力学性能监测方法包括：
67.步骤s1：将环氧树脂力学性能监测传感器置于环氧树脂型结构粘合剂或纤维增强复合材料附近，使环氧树脂力学性能监测传感器的服役环境和环氧树脂型结构粘合剂的服役环境或纤维增强复合材料的服役环境相同；置于环氧树脂型结构粘合剂附近的环氧树脂力学性能监测传感器中环氧树脂为半固态；置于纤维增强复合材料附近的环氧树脂力学性能监测传感器中环氧树脂为固态。
68.步骤s2：利用阻抗分析仪提供交流电信号给环氧树脂力学性能监测传感器，并接收环氧树脂力学性能监测传感器发送的新的电信号，根据新的电信号得到传感器耦合系统的压电阻抗。
69.步骤s3：根据传感器耦合系统的压电阻抗，得到传感器耦合系统的压电阻抗对应的力学性能；力学性能为环氧树脂型结构粘合剂的力学性能或纤维增强复合材料中环氧树脂基体的力学性能。
70.步骤s4：重复步骤s2-步骤s3，直至得到环氧树脂型结构粘合剂在早期固化阶段各时刻的力学性能或纤维增强复合材料中环氧树脂基体在腐蚀劣化过程中各时刻的力学性
能。
71.步骤s5：根据环氧树脂型结构粘合剂在早期固化阶段各时刻的力学性能，得到环氧树脂型结构粘合剂在早期固化阶段的力学性能演变，或根据纤维增强复合材料中环氧树脂基体在腐蚀劣化过程中各时刻的力学性能，得到纤维增强复合材料中环氧树脂基体在腐蚀劣化过程中力学性能演变。
72.具体的，步骤s3具体包括：
73.获取传感器耦合系统的压电阻抗与力学性能的对应关系；对应关系是利用传感器耦合系统进行多次试验得到的。
74.根据传感器耦合系统的压电阻抗和对应关系，得到传感器耦合系统的压电阻抗对应的力学性能。
75.步骤s1中，将环氧树脂力学性能监测传感器置于环氧树脂型结构粘合剂或纤维增强复合材料附近，此处的附近指的是使环氧树脂力学性能监测传感器的服役环境和环氧树脂型结构粘合剂的服役环境或纤维增强复合材料的服役环境相同的位置。
76.本发明旨在对建筑工程领域普遍使用的环氧树脂材料固化进程与腐蚀劣化过程进行监测，基于压电阻抗技术，开发内置压电陶瓷片(pzt)树脂基传感器，制备可埋置于混凝土中的监测传感器，可实现对于环氧树脂型结构粘合剂早期强度、刚度发展的实时监测，以及对于纤维增强复合材料(frp)中环氧树脂基体在长期环境侵蚀作用下的腐蚀劣化过程监测，适用场景多、准确高效且经济合理。其中，适用场景多即：环氧树脂力学性能监测传感器既可以实现对于作为工程结构粘合剂的环氧树脂早期(一般是30天内)固化过程中强度发展的监测，又可以实现对于作为frp主要组分的环氧树脂在混凝土高碱性环境下长期力学性能劣化的监测。监测结构粘合剂时传感器置于混凝土外，监测frp树脂基组分时传感器置于混凝土内部，因此传感器既可以外贴也可以内置。准确高效即：环氧树脂力学性能监测传感器属于智能挂片式传感器，将其置于实际工程结构附近，以保证相同的服役环境。准确体现在传感器压电阻抗响应与力学性能指标的对应关系是通过试验反复确定得到的，可以保证基于阻抗信号的力学性能预测准确；同时，可以通过进一步的标准化生产，由此得到的传感器基准信号保持一致。经济合理即：目前高精度的商用阻抗分析仪售价在1w元左右，而信号采集仅通过普通笔记本电脑即可；此外，利用单片机配合ad5933阻抗分析模块即可实现微型化的阻抗测量，ad5933造价仅在几百元左右，且精度仅稍逊于阻抗分析仪。而压电片的成本在几元至几十元以内，因此综合来看，利用压电阻抗技术进行环氧树脂监测十分经济。
77.与现有监测方法相比，本发明基于的压电阻抗技术对结构局部轻微损伤十分敏感，可依据所监测对象机械阻抗的变化定量评估其损伤程度。该技术的实现基于压电材料兼具的正、逆压电效应，充分发挥压电陶瓷成本低、灵敏度高、频带宽、响应迅速等优势，实现对于耦合系统压电阻抗响应的长期稳定测量。由于pzt片本身体积较小，所研制传感器可根据使用场景灵活调整结构参数，例如对于需要监测混凝土环境中frp筋腐蚀劣化的情况，可设计小体积传感器埋设于混凝土中，作为挂片式传感器，实现对于腐蚀劣化的原位监测。其中，所监测对象即传感器中的环氧树脂部分。本发明传感器是挂片式传感器，虽然它无法将实际工程结构上的环氧树脂作为监测对象，但其优势在于所有传感器都标准化设计，具有相同的结构尺寸和边界条件，因此初始压电阻抗信号(基准信号)均相同，故而对于任何
工程结构上的树脂粘合剂或是frp，仅需要将使用同种环氧树脂制作的传感器置于相同服役环境，即可实现实时监测。同时，实际工程中直接将pzt片内置或粘贴于环氧树脂上或是frp中均是不切实际的，这是因为：这会对监测对象造成损伤和缺陷，由于不同对象具有的边界条件不同，会造成pzt片初始压电阻抗信号不同的情况，很多情况下结构需要监测的部位比较隐蔽或是人工操作困难，因此粘贴pzt片并引线是十分困难的。综上所述，使用标准化的传感器进行监测是工程上的最优选择。
78.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
79.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。