[發明專利]壓電陣列融合機敏網結構裂縫監測系統及監測和安裝方法

無效

• 申請號: 200910103936.6
• 申請日: 2009-05-25
• 公開（公告）號: CN101561430A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 張奔牛;周志祥
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G01N33/38
• 分類號: G01N33/38;G01N27/00;G01L1/16;G01B7/004;G01B7/04
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司
• 代理人: 謝殿武

技術領域

本發明涉及一種壓電陣列融合機敏網結構裂縫監測系統及監測和安裝方 法。

背景技術

大部分大型混凝土結構其病害發展、性能退化及結構失效均源于裂縫的 發生和發展，因此，裂縫問題是混凝土結構健康和安全研究最重要的內容。 及時發現、掌握混凝土裂縫情況，就能及時把握結構狀態，采取有效措施(如 灌漿、加固等)，降低養護要求，延長結構使用壽命，避免因損壞、垮塌給 生命和財產帶來損失。

目前，針對混凝土結構裂縫的有效監測方法十分有限。國內外的專家學 者提出的方法主要有：a.利用蛇形分布式光時域反射計監測結構裂縫；b.利用 外層繞裝螺旋形導電層的同軸電纜制作的電時域反射計預埋在混凝土接近表 面處來實現對橫向裂縫的大致位置、大小的監測；c.利用光頻域反射計監測 結構裂縫；d.利用多線分布式光時域反射計監測結構裂縫的方法；e.利用基于 光纖的裂縫傳感網絡，通過感知裂縫與光纖傳感網絡相交來確定裂縫的寬度、 位置和方向；但這些研究方法在大型混凝土結構上使用都需要集成大量密集 壓電元件、連接線及其監測電路于待監測結構表面，要實現大型混凝土結構 的裂縫監測尚存在很大的工藝難度，應用起來困難重重。

本申請人曾經提出過一種應用于實際橋梁裂縫監測的機敏網裂縫監測方 法，模擬生物體肌膚對創傷的感應機理，用漆包銅線布設成網格狀粘貼于橋 梁結構表面，通過中間處理器監測漆包線通斷的方式，可對結構表面裂縫的 發生與發展進行有效監測。但該種仿生監測方法尚不能精確判斷結構內部變 形場量、裂縫內部深度和范圍等非表觀信息，因此難以判斷裂縫出現前潛在 承載能力、危險狀態預判斷及裂縫出現后其深度和結構應力釋放等狀態。

在中國專利“結構裂縫仿生監測系統及其監測方法”(公開號為 CN101299032A)中，提出了一種結構裂縫仿生系統，包括“粘貼在待監測 結構上的多根機敏線I和多根機敏線II組成的監測單元，機敏線I、II交叉 設置構成平面坐標系的機敏神經網絡，通過總線、開關與信號處理裝置連接”， 與本發明的不同之處在于：本發明的每條機敏線上至少連接有一個壓電傳感 器元件，多個壓電傳感器元件組成緊密布置于待監測結構上的壓電傳感陣列， 該種設計的好處在于：檢測信號的信號源可以取自壓電傳感器元件發出的壓電 信號或外部信號發生設備輸入的外部信號，當信號取自壓電傳感器時，只需要 將機敏線內部所包括的除壓電導線以外的全部或部分導線與壓電傳感器相連接 即可，這種連接的好處在于不需要添加額外的信號發生設備，減少了設備投資， 增加了設備的靈活性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種壓電陣列融合機敏網結構裂縫監測系統及監 測方法，不但能夠實現對結構裂縫表面狀況的監測，同時還能通過壓電元件的 壓電信號判斷出結構內部應力場量，由此得到裂縫出現前潛在承載能力、危險 狀態預判斷及裂縫出現后其深度和結構應力釋放等狀態的分析結果，實現對結 構裂縫由內到外全方位的立體監測。

本發明的目的之一是提供一種壓電陣列融合機敏網結構裂縫監測系統，包 括由多條相互絕緣的機敏線交叉組成的仿生監測單元，所述仿生監測單元緊密 粘貼于待監測結構上構成平面坐標系的機敏神經網絡，還包括信號處理裝置， 所述機敏線接入信號處理裝置的多路選擇單元形成回路；所述每條機敏線上至 少連接有一個壓電傳感器元件，多個壓電傳感器元件組成緊密布置于待監測結 構表面的壓電傳感陣列；

進一步，所述機敏線由兩根以上直徑不同且表面絕緣的導線組成，所有導 線的一端聚集形成信號輸入總線，另一端聚集形成信號輸出總線，所述信號輸 入總線與信號輸出總線分別連接于信號處理裝置的與之對應的多路選擇單元；

進一步，所述機敏線上設置有專用于傳輸壓電傳感器元件的壓電信號的壓 電導線，所述壓電導線與壓電傳感器元件相連后再與信號處理裝置的相應端口 相連形成信號回路；

進一步，還包括上位處理機，所述信號處理裝置的信號輸出端與上位處理 機的通信端口相聯；

進一步，還包括總線保護裝置，所述信號輸入總線和信號輸出總線設置在 總線保護裝置內部實現密封。

本發明的目的之二是提供一種壓電陣列融合機敏網結構裂縫監測系統的監 測方法，包括以下步驟：

1)在計算機中根據仿生監測單元和壓電陣列建立相應的網絡坐標系；