的骨料必须要封装在混凝土中，因此，首先需要对压电陶瓷片进行保护处理。具体的制备过程如下：
初步准备
- 选取圆形压电陶瓷片（PZT-5H），其灵敏度为0.65$\times$10$^{-5}$ V/Pa。
- 压电陶瓷片的电学性能会显著影响结构健康监测的效果，因此必须确保其元件完好无损。
防水与绝缘处理
- 在压电陶瓷片表面涂覆一层薄薄的环氧树脂，以增强其耐久性和防水能力。
- 为了避免外部电磁干扰，确保传感信号的精确性，将陶瓷片包裹于导电性差的绝缘材料中。
传感器封装
- 将经过防水与绝缘处理的压电陶瓷片放入模具中，用混凝土材料将其封装，确保传感器完全被包覆。这一过程不仅能保护陶瓷片，还能提高测试精确度。
- 在封装过程中特别注意避免气泡的产生，因为气泡可能导致应力集中，影响传感器的信号输出稳定性。
智能骨料的成型与固化
- 模具保证成型后尺寸为20mm×20mm×20mm。
- 通过自然固化或使用加热设备加速固化过程，确保成型的智能骨料具备足够的强度和耐久性。
性能测试
- 对制成的压电智能骨料进行一系列性能测试，包括电学性能测试和传感器输出信号的稳定性测试。
- 通过不同的荷载（如正弦、方波、随机荷载及冲击荷载）进行传感性能的灵敏度校准，验证其在各类工作条件下的性能和稳健性。
有限元模拟
- 使用COMSOL软件对传感器进行有限元模拟，分析应力波传导与信号接收情况，并与实验结果进行对比，以验证传感器结构设计的合理性。
实验与结果分析
传感信号的对比
- 通过COMSOL finite element simulation，比较不同条件下传感器的信号，实验结果显示传感器在信号输出的稳定性和灵敏度方面表现出色，即使在复杂应力条件下也保持良好的性能。
裂缝监测
- 将智能骨料埋入含预制裂缝的混凝土样品中，重点监测外加压力和裂缝扩展过程中的传感信号响应。
- 通过分析信号的变化，实现混凝土梁裂缝的深度估算与定位，有效实现结构健康监测的目标。
结果结论
- 试验数据与模拟数据的对比显示，尽管存在微小差异，但总体结果在可接受范围内，这证明了自制传感器在复杂应力与电势分布情况下的有效性与适用性。
研究意义与展望
本研究通过创新性地将压电材料与混凝土结构健康监测相结合，制备出一套高效、低成本的损伤监测传感系统。在未来，随着传感器技术的不断进步和更广泛的应用，压电智能骨料的可能应用在桥梁、隧道等大型土木工程中，其市场应用前景广阔，并有望在实际应用中显著提高结构监测的精度与可靠性。