[發(fā)明專利]一種水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷主動監(jiān)測裝置及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310408943.3
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN103472142A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇懷智;張楠;楊孟;張林海
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: G01N29/44
• 分類號: G01N29/44;G01N29/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 繆友菊

1.一種水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷主動監(jiān)測裝置，其特征在于：包括振動臺（1）、波形發(fā)生器（2）、驅(qū)動器（3）、傳感器（4）、數(shù)字濾波器（6）、數(shù)字化采集器（5）、小波包分析系統(tǒng)（7）及被測水工混凝土結(jié)構(gòu)體（8）；所述被測水工混凝土結(jié)構(gòu)體（8）設(shè)置在振動臺（1）上，所述波形發(fā)生器（2）對所述驅(qū)動器（3）發(fā)出掃頻信號后，激勵所述驅(qū)動器（3）產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波在被測水工混凝土結(jié)構(gòu)體（8）中傳播被傳感器（4）接收，應(yīng)力波信號依次再經(jīng)過數(shù)字濾波器（6）、數(shù)字化采集器（5）和小波包分析系統(tǒng)（7）；

所述驅(qū)動器（3）和傳感器（4）均為壓電陶瓷機敏模塊，所述驅(qū)動器（3）和所述傳感器（4）分別埋入或粘貼在待測水工混凝土結(jié)構(gòu)體（8）的兩端；

所述壓電陶瓷機敏模塊包括壓電陶瓷片（10）、硫化硅橡膠層（12）、信號線（11）和外包混凝土（9），所述硫化硅橡膠層（12）包覆在所述壓電陶瓷片（10）的外圍，包覆有硫化硅橡膠層（12）的壓電陶瓷片（10）埋入在外包混凝土（9）中；所述信號線（11）的一端焊接在壓電陶瓷片（10）上，另一端穿過外包混凝土（9）與其他元器件連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷主動監(jiān)測裝置，其特征在于：所述壓電陶瓷機敏模塊為圓柱形。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷主動監(jiān)測裝置進行水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷主動監(jiān)測的方法，其特征在于包括如下步驟：

（1）波形發(fā)生器發(fā)射正弦掃頻激勵信號，激勵壓電陶瓷機敏模塊驅(qū)動器發(fā)射應(yīng)力波信號；

（2）應(yīng)力波信號在待測水工混凝土結(jié)構(gòu)體中傳播，被設(shè)置在待測水工混凝土結(jié)構(gòu)體中的壓電陶瓷機敏模塊傳感器接收；

（3）信號經(jīng)過數(shù)字濾波器的濾波，濾去信號中低頻噪聲信號，然后被數(shù)字化采集器采集；

（4）信號傳遞到小波包分析系統(tǒng)，利用小波包分解不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)下的小波信號，獲取不同節(jié)點的小波包節(jié)點能量，通過同一節(jié)點能量下的變化情況判斷結(jié)構(gòu)的健康狀況，最終達(dá)到混凝土結(jié)構(gòu)損傷的監(jiān)控。

4.根據(jù)權(quán)利要求權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：步驟（4）中，信號被N層小波包分解為2ⁿ個信號集其中X_j表示為X_j＝{x_j,1,x_j,2,...,x_j,m}，m為樣本數(shù)目；

分解信號的小波包節(jié)點能量E_i,j表示為式中：i為時間指標(biāo)；j為頻帶（1，2，…，2ⁿ）；

指標(biāo)i處的小波包節(jié)點能量向量E_j表示為

5.根據(jù)權(quán)利要求權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：步驟（4）中，將結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)下的能量作為基準(zhǔn)信號能量，依據(jù)結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)下信號能量與基準(zhǔn)信號能量的比較，來刻畫結(jié)構(gòu)的損傷程度；由小波包節(jié)點能量構(gòu)建損傷指標(biāo)為式中：E_h,j為結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)下的小波包節(jié)點能量；E_i,j為結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)下的小波包節(jié)點能量。