[發明專利]一套無線智能應力發光結構健康監測系統

在審

• 申請號: 201710243811.8
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN108732179A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 楊溢;張洪武
• 申請（專利權）人: 中國科學院城市環境研究所;中國科學院大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01L1/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明的方法涉及利用一種應力發光傳感器和一種簡便的無線通訊技術，輔以電源及信號管理模塊，組合成一套結構健康監測系統。該系統利用應力發光傳感器能根據受到外力大小發出不同強度的光的特點，來對各種結構體的健康狀況進行實時監測。

技術領域

本發明涉及結構健康的檢測方法。本發明特別涉及無線智能的應力發光傳感系統。

背景技術

隨著國家對基礎設施投入的加大，我國的各種建筑結構如橋梁、管道等飛速發展。不論數量還是質量，我國在基礎設施領域都處在世界前列。但是，這些建筑結構在建成以后，受到載荷、事故及外部環境影響，所用材料容易老化，導致結構損傷不斷積累，使得結構健康程度隨使用時間的增加而下降，容易引發嚴重的安全事故。例如，2012年8月24日發生的哈爾濱陽明灘大橋坍塌事故；2013年11月22日發生的青島輸油管道爆炸事故。這些安全事故往往導致嚴重的生命財產損失。對此，除了加強對各類建筑結構的規范管理外，對結構健康的監測也是必不可少的。

目前，用于結構健康監測的技術可以分為超聲檢測法，壓電檢測法，X射線檢測及光纖傳感四種類別（Olawale, D. O.; Dickens, T.; Sullivan, W. G.; Okoli, O. I.;Sobanjo, J.O.; Wang, B. Journal of Luminescence. 2011,131,1407–1418.）。但是，現有的監測技術存在幾點不足之處，如缺乏原位實時檢測功能，信號處理過程負責，成本較高施工困難，組網不易等。因此，開發一款簡便實用，能原位實時監測，具有組網功能的結構健康監測系統顯得十分重要。

應力發光現象是指材料受到外部應力刺激而產生的發光現象，如彎曲，壓力，震動，切割等。基于這種現象所制成的應力發光薄膜或者傳感器，可以原位實時地形成結構受到的載荷分布的你圖像，具備檢測結構損傷，形變，破損的應用潛力。目前，應力發光檢測技術在國際研究者中收到了廣泛關注，例如：使用應力發光薄膜來檢測高壓氫氣儲藏罐的內部破損（Fujio, Y.; Xu, C. N.; Terasawa, Y.; Sakata, Y.; Yamabe, J.; Ueno, N.;Murakami, Y.. International Journal of Hydrogen Energy, 2016.41(2), 1333-1340.）；將應力發光技術應用于觀測裂紋的動態擴展（Kim, J. S., Kwon, Y. N., Shin,N., Sohn, K. S. Applied physics letters, 2007,90(24), 241916）；用應力發光材料來檢測橋梁上的裂紋（8.Terasaki, N., Xu, C. N., Li, C., Zhang, L., Li, C., Ono,D., ... & Shinokawa, T. (2012, April). In SPIE Smart Structures and Materials+ Nondestructive Evaluation and Health Monitoring (pp. 83482D-83482D). SanDiego, California, USA. March 11, 2012. International Society for Optics andPhotonics.）。與其他檢測技術相比，應力發光材料具有原位實時監測，信號處理簡單，可圖像化等優勢。在已發現的應力發光材料中，SrAl₂O₄:Eu,Dy擁有最好的應力發光性能，其在500N的應力下可以發出肉眼可見的綠光。

發明內容

本發明旨在開發一種無線、智能、基于應力發光傳感器的結構健康監測系統。

本發明的方法涉及利用一種應力發光傳感器和一種簡便的無線通訊技術，輔以電源及信號管理模塊，組合成一套結構健康監測系統。該系統利用應力發光傳感器能根據受到外力大小發出不同強度的光的特點，來對各種結構體的健康狀況進行實時監測。