[發明專利]基于壓電智能骨料的鋼管混凝土結構密實性監測方法

無效

• 申請號: 201110324055.4
• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN102507655A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 閻石;綦寶暉;付錦治
• 申請（專利權）人: 沈陽建筑大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 李宇彤

1.一種基于壓電智能骨料的鋼管混凝土結構密實性監測方法，其特征在于：其監測系統通過任意信號函數發生器、壓電陶瓷驅動電源、壓電智能骨料驅動器和傳感器、信號接收器建立，任意信號函數發生器與壓電陶瓷驅動電源連接，壓電陶瓷驅動電源連接壓電智能骨料驅動器和傳感器，壓電智能骨料驅動器和傳感器再與信號接收器連接，壓電智能骨料驅動器和傳感器在鋼管混凝土結構內部埋入。

2.根據權利要求1所述的監測方法，其特征在于：所述任意信號函數發生器與智能骨料之間設有將激勵信號放大的壓電陶瓷驅動電源。

3.根據權利要求1所述的監測方法，其特征在于：所述智能骨料包括PZT傳感器（2）、硅膠防水層（1）、屏蔽導線（3）、屏蔽接頭（4）、細石混凝土或砂漿外包層（5）；智能骨料的外部為細石混凝土或砂漿外包層（5），PZT傳感器（2）位于智能骨料的內部，其上涂有硅膠防水層（1），PZT傳感（2）與屏蔽導線（3）的一端相連接，屏蔽導線（3）的另一端與屏蔽接頭（4）相連接，屏蔽接頭（4）與信號發射及采集系統相連接。

4.根據權利要求1所述的監測方法，其特征，所述的壓電智能骨料為圓柱形，其體積為8～15cm³。

5.根據權利要求1所述的監測方法，其特征是，所述任意信號函數發生器產生的激勵信號是五波峰脈沖，頻率為5Hz。

6.根據權利要求1所述的監測方法，其特征是，其監測系統建立和監測方法如下：

所述基于壓電智能骨料的一發一收互動法監測系統的建立步驟為：

在鋼管混凝土結構內部均勻的埋置壓電智能骨料，并依據實際工程經驗選取容易出現不密實的位置，布置壓電智能骨料，分別選取相鄰一對壓電智能骨料分別作為壓電陶瓷傳感器A和驅動器B，首先由A激發一個脈沖信號后最終傳播到B位置；第二步，由B激發同樣一個脈沖信號，由A作為接收傳感器接收到信號，當傳感器A與B之間的介質沒有諸如空洞、裂紋等影響密實性的缺陷時，由A發射傳播到B的信號和由B發射傳播到A的信號基本保持一致，如果兩個傳感器之間存在的缺陷，即混凝土缺陷通常情況下為非對稱損傷時，由A發射傳播到B信號和由B發射傳播到A的信號將產生差異，該方法被稱為“一發一收互動法”；

所述鋼管混凝土密實性監測方法為：

當A作為激勵傳感器，B作為接收傳感器，B接收到的響應電壓可表示為

???????????????????（1）

式中，r、V_B、K_s、分別表示波從激勵傳感器到接收傳感器的傳播距離、傳感器B的響應電壓、機電效率常數及角頻率有關的B的表面應變，與角頻率有關的B的表面應變可表示為

?????????????????（2）

式中，、K_A、G分別表示輸入到B的電壓、與式(1)中機電效率常數K_s相對應的數及傳感器B的頻率響應函數，頻率響應函數G可通過適當的時域和頻域轉換技術得到

????????????（3）

式中，D、、a、J₁、H₀⁽¹⁾分別為結構的抗彎剛度、波數為k₁時波在垂直方向上的膨脹比率、骨料A中PZT的半徑、一階貝塞爾函數及第一類零階漢克爾函數；

?????在A處激發一原始信號，B處將接收到響應信號，再將B處的信號時間發轉后激發后，在A處將接收到重構的原始信號，在B處激發的信號表示為

?????????????（4）

這里*表示復共軛；

在A處接收到的信號為

??????????????（5）

其中

???????????（6）

根據式（2）和式（4），重構信號的傅里葉變換可表示為

???????（7）

經過傅里葉逆變換后，得到A處接收的時域信號表示為

???（8）

將得到的時域信號和原始信號進行比較，可得到信號的偏差，由于A和B兩處激發的原始信號相同，則可以通過比較A和B兩處第一次接收到的信號來判斷兩點間有無損傷，從而可以將歐式距離作為判斷兩個信號偏差程度的指標

????????????????（9）

式中，max為兩個信號中的最大值，

以公式（9）作為評價密實性的指標，D的值越小，則兩個信號的相似度越大，說明試件的密實性越好；

基于一對壓電傳感器和驅動器的D值可得到這部分混凝土的密實性，進一步得出其他傳感器和驅動器之間的D值，最終得到所述鋼管混凝土結構的密實性。