[發明專利]一種鋼筋混凝土建筑物結構位移監測傳感器

無效

• 申請號: 201010607733.3
• 申請日: 2010-12-27
• 公開（公告）號: CN102169013A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 馮曉星;王新安;葛彬杰;王金泊
• 申請（專利權）人: 深圳思量微系統有限公司
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08;G01L1/16;G01B7/02
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【技術領域】

本發明涉及建筑物結構健康監測預警和傳感器及電路設計領域，具體涉及一種低成本、可擴展、高靈敏度、高可靠性的可以在鋼筋混凝土結構建筑物中大規模布局的結構位移監控傳感器。

【背景技術】

大型結構健康監測技術通過測量結構響應與環境參數，并通過結構分析和實驗比照，以期實現結構損傷的檢測、識別與評估。結構損傷可能是由于受到環境作用(如地震，強風，地基不均勻下沉等)、人為破壞或者長期累積疲勞所造成的。通過分析結構響應數據，可以掌握結構的受力變化或變形狀態，最重要的監測是否存在損傷。一旦檢測到損傷，就要給出相應的預警。

大型結構健康檢測系統的監控內容包括：

(1)結構的固定模態及其相對應的阻尼；

(2)結構在正常荷載及風載作用下的結構響應及力學狀態；

(3)結構在突發事件(比如強烈地震、臺風或地基不均勻下沉等)之后的損傷情況；

(4)結構構件的真實疲勞狀況；

(5)重要非結構構件(如橋墩處的支座)和附屬設施的工作狀態；

(6)結構所處的環境條件，比如風速、溫度、地面運動等。

其中最重要的是在結構遭遇突發事件(比如強烈地震、臺風或地基不均勻下沉等)后的健康監測和結構的疲勞損傷(如混凝土裂縫或鋼筋形變等)監測，并給出相應的預警。

結構健康監測和安全評估發展的最重要目標，是實時對結構的運營狀態進行監測與評估，根據監測數據分析結果，對設計荷載工況參數進行驗證，并對結構的傳力受力機理進行深入探討和研究，為結構理論研究提供長期連續的實測試驗數據。解決問題的關鍵在于實現低成本、廣覆蓋的建筑物的實時健康監測。

以振動分析為基礎的結構狀態監測與健康評價方法是這個領域的主要研究內容。這種方法用模態參數構造能夠反映結構動力特性的動力指紋或狀態特征，通過對比完好狀態和受損狀態的動力學特征來評價結構的健康狀態。解決問題的核心仍然是實現低成本、廣覆蓋的建筑物聲音、振動和結構應力變化以及混凝土裂縫等結構形變的實時監測。

【發明內容】

本發明的主要目的就是解決對鋼筋混凝土結構的建筑物健康大規模地、長期地、實時地監測的問題，提供一種能連續監測建筑物地基不均勻下沉等結構位移的傳感器，具有低成本、高可靠性、可以密集布局監測點，實時監測大面積區域內建筑物的聲音、振動、應力變化、結構位移，從而進行建筑物結構健康分析和預警。

為實現上述目的，本發明提供一種鋼筋混凝土結構的建筑物聲音振動和結構位移監測傳感器，其特征在于：包括至少一個聲音振動和結構位移傳感單元、一個信號處理單元、信號傳送單元和一個供電單元。同一個傳感單元中的所有傳感器與一個信號處理單元互聯，一個信號處理單元與一個信號傳送單元相連，每個單元都由供電單元提供能量。

特定建筑物健康監測單元結構，即聲音振動傳感單元，包含一個或多個共聚物壓電聲音振動傳感單元，該傳感單元能夠獲得0.01Hz到10k?Hz的聲音和振動，輔助判斷建筑物結構位移。結構位移傳感單元能夠獲得0.01kPa到1000kPa的結構應力變化，能夠鹽測混凝土裂縫和結構變形，輔助判斷建筑物結構位移。傳感單元的共聚物壓電傳感器，感知聲音、振動和結構應力變化，感知結構形變和混凝土裂縫，感知信號經過無源電纜(比如，超強韌性高密度聚乙烯(HDPE)、低電容-89pF/m、可達100m或更長)連接到信號處理單元，之后進行采樣量化，通過信號傳送單元向外發送。

本發明的有益效果是：提供了一種能夠對鋼筋混凝土結構的建筑物健康大規模地、長期地、實時地鹽測的傳感器，提供一種全結構、大范圍、?連續建筑物監測方法，具有低成本、可以密集布局監測點，實時監測大面積區域內建筑物的聲音、振動、應力變化和混凝土裂縫的異常情況，從而綜合得出建筑物結構位移的狀態，完成建筑物結構健康分析和預警。

【具體實施方式和附圖說明】

本申請的特征及優點將通過實施例，結合附圖進行說明。