[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
• 主分類號: G01N29/44
• 分類號: G01N29/44;G01N29/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 繆友菊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷主動監(jiān)測裝置及方法。

背景技術(shù)

裂縫是水工混凝土結(jié)構(gòu)老化和病變的主要反應，對混凝土結(jié)構(gòu)的危害很大。其是水工混凝土結(jié)構(gòu)最常見的損傷病變，其產(chǎn)生和發(fā)展是結(jié)構(gòu)功能衰退的重要特征之一，對結(jié)構(gòu)的適應性、耐久性、承載能力等具有重要影響，甚至會引起結(jié)構(gòu)破壞失事。對于裂縫損傷的有效識別是水工混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和診斷的一項重要內(nèi)容，急切需要成熟的新材料及新技術(shù)的引入，達到對水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷的實時、高效及準確的監(jiān)測及控制。

壓電陶瓷傳感器具有頻響范圍寬、響應速度快、結(jié)構(gòu)簡單、功耗少、成本低等優(yōu)點，由其構(gòu)成的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)能夠靈敏的感應監(jiān)測到結(jié)構(gòu)損傷的存在和強度的變化情況。在水工混凝土結(jié)構(gòu)健康主動監(jiān)測過程中，被作為傳感器和驅(qū)動器，在一定程度上削弱了外界環(huán)境變化對壓電陶瓷片的影響，可以延長壓電陶瓷片的使用壽命，保證結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的有效性和長期性。

由于混凝土裂縫損傷的復雜性，確定損傷的敏感頻率非常困難。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷主動監(jiān)測裝置及方法。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，信號的幅值是對混凝土強度較為敏感的參數(shù)，故信號幅值可以作為損傷識別的重要特征參量；混凝土裂縫損傷給信號主頻帶來的影響較小，但變化時信號幅值的衰減程度具有明顯的影響，說明信號主頻是影響信號對損傷敏感性的重要因素；建議采用掃頻信號作為損傷監(jiān)測信號，掃頻信號頻率具有一定的變化范圍，有助于提高信號對損傷的敏感性。

基于上述研究的啟發(fā)，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)損傷的動荷載試驗，通過在混凝土模型中成對埋設(shè)的混凝土壓電陶瓷機敏模塊（CPSM，Concrete?PZT?Smart?Module），發(fā)明了基于波動分析法的混凝土裂縫損傷主動監(jiān)測的實現(xiàn)方法，以CPSM掃頻信號為分析對象，引入小波包工具對信號進行分析的基礎(chǔ)上，試驗研究了一種基于信號節(jié)點能量的損傷識別方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷主動監(jiān)測裝置，如圖1所示，包括振動臺、波形發(fā)生器、驅(qū)動器、傳感器、數(shù)字濾波器、數(shù)字化采集器、小波包分析系統(tǒng)及被測水工混凝土結(jié)構(gòu)體；所述被測水工混凝土結(jié)構(gòu)體設(shè)置在振動臺上，所述波形發(fā)生器對所述驅(qū)動器發(fā)出掃頻信號后，激勵所述驅(qū)動器產(chǎn)生應力波，應力波在被測水工混凝土結(jié)構(gòu)體中傳播被傳感器接收，應力波信號依次再經(jīng)過數(shù)字濾波器、數(shù)字化采集器和小波包分析系統(tǒng)；

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

所述壓電陶瓷機敏模塊包括壓電陶瓷片、硫化硅橡膠層、信號線和外包混凝土，所述硫化硅橡膠層包覆在所述壓電陶瓷片的外圍，包覆有硫化硅橡膠層的壓電陶瓷片埋入在外包混凝土中；所述信號線的一端焊接在壓電陶瓷片上，另一端穿過外包混凝土與其他元器件連接。

對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一般使用dSPACE（digital?Signal?Processing?And?Control?Engineering）為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其用于信號的數(shù)字化采集，dSPACE由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，硬件系統(tǒng)具有高速的處理功能，軟件系統(tǒng)包括從Simulink模型到dSPACE實時代碼自動生成的工具和對實驗進行可視化、自動化管理的一系列軟件。