[實用新型]一種壓電陶瓷機敏模塊及水工混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測試驗平臺

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320559198.8
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN203479752U
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇懷智;張楠;楊孟;李皓;高昂
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: 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

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種水利與土木工程中混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的試驗平臺，特別涉及到基于壓電陶瓷機敏模塊所進行的水工混凝土結(jié)構(gòu)健康的監(jiān)測平臺。

背景技術(shù)

水利樞紐擋水建筑物安全與否對國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活會產(chǎn)生極大的影響，一旦失事會對下游工業(yè)設(shè)施、農(nóng)田及農(nóng)村城市居民產(chǎn)生毀滅性的影響；而由于擋水建筑物在承受上游巨大水壓力的同時，還要承受著諸如混凝土收縮破壞、老化、腐蝕、氣候驟變、地震等的破壞。

由于水工建筑物的大體積性，微觀上的振動控制沒有實際意義，但宏觀上的振動意義非凡，當(dāng)壩址處發(fā)生大的地震時，大壩可能會在地震荷載和水荷載等的共同作用下發(fā)生破壞，由于大壩失事后會對下游經(jīng)濟，人民的生命和生活產(chǎn)生巨大的影響，因此，地震動荷載下的大壩振動控制十分必要，但是前人很少利用壓電陶瓷材料對此進行分析。

壓電陶瓷材料用于大體積水工混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和診斷，具有能耗低、靈敏度高、響應(yīng)快、成本低廉等優(yōu)點，具有廣泛的應(yīng)用前景。但水工混凝土結(jié)構(gòu)多體型龐大、施工過程復(fù)雜、服役時間長，而壓電陶瓷片自身材質(zhì)較脆、對外界環(huán)境反應(yīng)極為敏感，直接埋設(shè)于被監(jiān)測主體結(jié)構(gòu)中，極易造成壓電陶瓷片的損壞；對土木工程結(jié)構(gòu)的振動控制和健康診斷只涉及到較小體積的混凝土和加筋混凝土結(jié)構(gòu)的監(jiān)測，對大體積混凝土和素混凝土的監(jiān)測方面還較為缺乏；壓電傳感器為已制成的傳感器，這種傳感器價格昂貴，沒有結(jié)合土木工程結(jié)構(gòu)尤其是水工結(jié)構(gòu)工程的具體特點，在實際工程應(yīng)用中難免會帶來不便；壓電機敏模塊或壓電智能骨料的具體形狀，以往的研究沒有給出具體的理論指導(dǎo)；以往的研究人員，對單純的素混凝土結(jié)構(gòu)在動荷載下的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測沒有提及。

基于上述實際工程背景及擬解決以上涉及問題的目標(biāo)下，以期混凝土壓電陶瓷機敏模塊在土木及水利工程中的應(yīng)用會有一個十分廣闊的前景，急切需要提供一種基于壓電陶瓷機敏模塊水工混凝土結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測測試平臺。

實用新型內(nèi)容

發(fā)明目的：本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于壓電陶瓷機敏模塊的水工混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測試驗平臺，實現(xiàn)了對水工混凝土水化階段強度監(jiān)測、混凝土結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的結(jié)構(gòu)健康診斷、水工混凝土結(jié)構(gòu)自振頻率的識別。

本實用新型的另一目的在于提供一種壓電陶瓷機敏模塊。

技術(shù)方案：本實用新型所述的基于壓電陶瓷機敏模塊的水工混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測試驗平臺，包括信號生成設(shè)備、信號采集設(shè)備、驅(qū)動器、傳感器、數(shù)字濾波器和配備MATLAB/Simulink的控制電腦平臺，信號由信號生成設(shè)備發(fā)出后依次經(jīng)過驅(qū)動器、傳感器、數(shù)字濾波器和信號采集設(shè)備后進入配備MATLAB/Simulink的控制電腦平臺；

所述驅(qū)動器和所述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在待測水工混凝土試件中；

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。

通常采用任意波形發(fā)生器實現(xiàn)信號的產(chǎn)生，用于驅(qū)動壓電陶瓷機敏模塊驅(qū)動器；同時其他埋設(shè)在待測水工混凝土試件中的壓電陶瓷機敏模塊傳感器接收信號；因為制作混凝土壓電陶瓷機敏模塊時不可避免的出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，接收到的信號中可能混有交流電的頻率，故將傳感器連接數(shù)字濾波器；經(jīng)過濾波器的信號通過示波器可以測量出收到的應(yīng)力波的幅值，以此用于混凝土強度和結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測。通過配備MATLAB/Simulink的控制電腦平臺把用于采集數(shù)字信號的仿真模型編譯成實時代碼，利用壓電陶瓷機敏模塊作為驅(qū)動器和傳感器，進行的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，以此實現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的實時健康監(jiān)測。