新型压敏水泥基复合材料、传感器与智能混凝土结构

本课题的研究目的是研制灵敏度高、稳定性好、力学性能和耐久性优异的新型压敏水泥基材料及其传感器制品，并构建相应的智能混凝土结构系统。首先选取有效的功能组分和基体材料，选择有效的制备方法，研制面向嵌入式压敏水泥基传感器制备的新型压敏水泥基材料，并探求材料组成、材料表面和界面、制备工艺以及时空因素对复合材料压敏性的影响机理；其次，探讨具有灵敏度高、感知稳定性好、耐久性优异并可用于结构一维、二维或三维应力/应变监测的压敏水泥基传感器的设计、制作方法，研究不同环境下传感器的静、动态和长期性能，并研制压敏水泥基传感器的信号有线或无线采集、温湿度自补偿系统；第三，研究埋置嵌入式压敏水泥基传感器的智能混凝土梁、板、柱等构件在不同环境下对静、动态和长期循环应力/应变的监测效果及修正技术；最后，研究基于嵌入式压敏水泥基传感器的智能混凝土结构系统的设计方法、集成技术以及基于压敏水泥基传感器信号的安全评定方法。 2100433B

新型传感器主要有五种类型： 　一、荷重传感器：由薄型应变片式荷重传感器、新型单轴测力传感器、新型多分力传感器组成。 　二、压力传感器：由新型半导体式压力传感器、新型半导体低压传感器、新型复合功能差压传感器组成。 　三、加速度传感器：由振子式伺服加速度传感器、倾斜加速度传感器、硅微加速度计组成。 　四、陀螺仪：由新型振动陀螺仪、新型光纤陀螺仪组成。 　五、角度传感器

色敏传感器是光敏传感器的一种。光敏器件一般检测的都是在一定波长范围内光的强度，而半导体色敏传感器则可用来直接测量从可见光到近红外波段内单色辐射的波长。

对于用半导体硅制造的光电二极管, 在受光照射时, 若入射光子的能量hυ大于硅的禁带宽度Eg, 则光子就激发价带中的电子跃迁到导带而产生一对电子-空穴。

光在半导体中传播时的衰减是由于价带电子吸收光子而从价带跃迁到导带的结果, 这种吸收光子的过程称为本征吸收。

不同材料对不同波长的光吸收程度不一样。对硅而言，波长短的光子衰减快, 穿透深度较浅, 而波长长的光子则能进入硅的较深区域。

浅的P-N结有较好的蓝紫光灵敏度, 深的P-N结则有利于红外灵敏度的提高, 半导体色敏器件正是利用了这一特性 。

半导体传感器工作原理

依据：半导体中不同的区域对不同的波长分别具有不同的灵敏度。

在具体应用时，应先对该色敏器件进行标定。

测定不同波长的光照射下, 该器件中两只光电二极管短路电流的比值ISD2/ISD1，（ISD1是浅结二极管的短路电流，它在短波区较大， ISD2是深结二极管的短路电流，它在长波区较大）。

确定二者的比值与入射单色光波长的关系。

根据标定的曲线，实测出某一单色光时的短路电流比值, 即可确定该单色光的波长。

半导体传感器基本特征

1.光谱特性；

2.短路电流比－波长特性；

3.温度特性。