近年来,随着社会经济的高、快速发展和施工技术的进步,兴建了诸如水利大坝、高层建筑、道路桥梁等一系列单体工程或具有综合使用功能的大型土木工程结构,大大推动了人类社会进步和发展。然而这些大型土木工程结构在其服役期间,由于忽略了对这些结构的周期性的损伤检测或实时、在线的健康监测,导致部分土木工程结构因其自身的损伤累积和抗力的衰减而发生破坏,从而引发突发性灾难事故。因此,采用基于智能传感器系统和数据采集分析系统对土木工程结构进行实时的长期在线健康监测/检测,在灾害降临前预警显得越发重要。压电陶瓷作为一种具有正逆压电效应的功能陶瓷,其具有快速响应的传感特性和激励功率小的驱动特性,同时线性度好、能耗与成本低、组合灵活以及易于加工设计的诸多优点在土木工程领域得到了广泛的研究和应用。依据压电敏感元件的传感特性制备的压电式加速度传感器是土木工程结构损伤监/检测领域中的重要方向。基于以上背景,本文针对现有压电加速度传感器金属封装与混凝土耦合性差、防水性及耐久性差等问题,以PZT-5H压电陶瓷、水泥/聚合物、镀锌钢片质量块等为原材料制备了一种整体结构稳定适用于埋入混凝土结构内部同时不改变混凝土局部承力特性的埋入式压电加速度传感器,具体研究工作如下所示:(1)基于已有理论对埋入式压电加速度传感器的结构进行设计,同时针对混凝土结构低频振动特点,以PZT-5H型压电陶瓷为传感元件,镀锌钢片作为附加质量块,水泥/聚合物的混合物作为基座和封装材料制备了一种埋入式压电加速度传感器。探讨了加速度传感器组装部件中压电陶瓷和金属质量块厚度对传感器灵敏度和频率响应性能影响规律。结果表明,随着压电陶瓷PZT-5H的厚度增大或随着镀锌钢片质量块厚度增大,传感器的灵敏度S均逐渐增大,频响范围则均呈现降低的趋势。表明了加速度传感器灵敏度S和频响范围是两个互相独立的性能参数,通过将压电陶瓷、质量块厚度协调处理可以确定适用于混凝土结构低频振动测试所需传感器的性能参数。(2)采用试验验证方式对传感器的频率独立性、重复性以及迟滞特性进行了测定,同时基于自制埋入式加速度传感器对标准振动台系统模态参数进行了测试。试验结果表明:随机抽取的多个自制埋入式压电加速度传感器在不同频率加载下,其输出幅值稳定不变,不随加载频率的改变而出现波动,说明在测试范围内其具有很好的频率独立性;在正反安装下传感器的输出响应一致,拟合后线性度高,其良好的线性关系表明加速度传感器在不同工况下迟滞特性好。在相同条件下,连续测得的传感器四组灵敏度随加速度的变化基本不变,说明在测试范围内其具有很好的频率重复性。(3)设计施工了一个三层的GFRP筋框架模型结构,对细石混凝土试件进行了弹性模量试验和抗压强度试验,并对FRP筋进行了拉伸试验,对模型结构进行了振动台试验,并对标准件与自制件的输出数据进行了绘图分析,得出自制件的输出稳定性和精确度还有待提高,但整体输出趋势和放大系数趋势基本趋于一致,证明自制加速度传感器有在实际应用中的价值,同时可以根据放大系数、自振频率和自振周期大致分析结构的损伤程度,对FRP筋混凝土框架结构的健康监测有一定的参考价值。