[發(fā)明專利]一種鋼結構的在線檢測控制系統

無效

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• 申請日: 2010-12-14
• 公開（公告）號: CN102566518A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設計）人: 田鵬剛;高宗祺;田立奇;蒙偉;李妍
• 申請（專利權）人: 陜西省建筑科學研究院
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;G01B7/16;G01L1/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及鋼結構建筑檢測技術領域，具體來說，特別涉及一種基于壓電材料的主元桿件進行鋼結構動態(tài)性能在線檢測、控制的系統。

背景技術

鋼結構是目前應用最廣泛的工程結構形式之一，如超高層建筑、機場、展覽館、大型橋梁等。這些公用建筑尤其對安全性要求較高。由于鋼材具有輕質高強的特性，截面比較開展纖細，因此常常造成結構發(fā)生動力性能奇異失穩(wěn)破壞。并且這種破壞一旦發(fā)生，整體結構將隨之坍塌，導致災難性后果的發(fā)生。因此，研究鋼結構的動態(tài)性能，掌握這一類結構的振動幅值、應力和頻率等特性，適時診斷其安全性，并采取相應技術控制措施，對社會生產及生活具有重大意義。

根據結構力學知識可以知道，鋼結構帶病工作時，其振動幅值、應力和頻率等動力特性會發(fā)生異常變化。檢測這些參數的變化，可以判斷鋼結構的工作情況；必要時采取適當措施，避免或防止結構失穩(wěn)倒塌。

現有的鋼結構建筑檢測、控制技術存在如下不足：

(1)鋼結構建筑檢測和控制技術是分開實施的，兩者之間未能有效結合起來，不能實現實時檢測與控制。

(2)傳統主要方法是增大桿件的截面面積或控制桿件的長細比等，是一種被動的設防方法：不能很好的利用材料的力學特性，往往為了一種偶然荷載過大增大截面尺寸等。

壓電材料是一種非常重要的功能性材料，具有獨特的正、逆壓電效應。即在特定方向施加壓力或拉力都會使晶體表面產生電荷，并且電荷的密度與施加外力的大小成比例，這就是正壓電效應。反之如果給壓電元件通以電流，則由于電場的作用會使壓電元件產生變形。這種效應實質上是一種機械場-電場等多物理場耦合的效應，可據此進行鋼結構承力桿件的實時檢測和控制。

盡管現有的壓電應變片測量技術已經相當成熟，但未能很好的將檢測和控制結合起來，未能與鋼結構很好連接集成。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于，為了克服現有技術中存在的問題，及時掌握鋼結構的工作性能，根據壓電主元桿件對鋼結構主要承力構件的動力特性進行在線檢測和控制。

為了解決上述問題，本發(fā)明的技術方案是這樣的：

一種鋼結構的在線檢測控制系統，其特征在于，在鋼結構的關鍵部位集成壓電主元桿件。

所述的鋼結構的關鍵部位是應力最大或形變最大的桿件。

所述的壓電主元桿件焊接在所述的鋼結構關鍵部位。

所述的壓電主元桿件通過螺栓連接在所述的鋼結構關鍵部位。

鋼結構在地震等隨機荷載的作用下，必然會產生相應的動態(tài)響應，根據壓電主元桿件的傳感功能，即可監(jiān)測結構振動的動態(tài)應變或變形，并將其轉換成電壓信號。然后，利用D/A轉換卡將數字信號轉換為模擬信號，同時根據一定的判別準則對數字信號進行判別，并根據相應的控制律，利用電壓放大器將由A/D轉換卡轉換成的數字信號適當放大，同時反饋給驅動器，由壓電主元桿件的驅動功能使其產生控制力，以減小結構的動態(tài)響應。

本發(fā)明的主要優(yōu)點在于：利用本發(fā)明可實現鋼結構動態(tài)性能的測、控合一，可有效地對鋼結構的安全狀況實施在線檢測，同時實時監(jiān)測控制結構發(fā)生異常時的狀況以便及時采取措施。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的控制過程的信號變化圖。

圖2是電荷放大原理示意圖。

圖3是本發(fā)明的一實施例的流程示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合實施例對本發(fā)明作進一步闡述。

如圖1所示是控制過程的信號變化。但由于結構變形時，壓電主元桿件傳感功能收集到的電信號較小，故必須通過電荷放大器將電信號放大后才可進入控制系統。電荷放大器的工作原理見圖2。

本發(fā)明的鋼結構的在線檢測控制系統，是指在鋼結構桿件的適當部位設置若干壓電堆，如在鋼結構的變形最大處設置等，以形成壓電主元桿件。然后，將壓電主元桿件通過焊接或螺栓連接于結構受力或變形的關鍵部位。這樣，利用其傳感性能即可實現對結構服役狀態(tài)信號的采集，并根據一定的閾值判別來實現結構的動力特性監(jiān)測。當然，也可根據控制的需要，采用相應的控制率給壓電主元桿件施加激勵電壓，并利用其驅動性能促使壓電主元桿件產生驅動力或變形，從而給鋼結構施加一定的驅動，以此來實現鋼結構的智能控制。