[發明專利]一種壓電材料和碳纖維復合布式的土木結構加固和監測裝置及方法

在審

• 申請號: 201810442093.1
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN108612338A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 馮謙;梁亞斌;江健;蔡思佳;歐進萍
• 申請（專利權）人: 武漢地震工程研究院有限公司
• 主分類號: E04G23/02
• 分類號: E04G23/02;G01N29/04;G01N29/11;G01N29/44
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

1.一種壓電材料和碳纖維復合布式的土木結構加固和監測方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，將成對的壓電材料傳感器固定在碳纖維布上，并在壓電材料傳感器表面進行防水絕緣處理；

步驟二，將復合了壓電材料傳感器的碳纖維布通過粘結劑敷設在待加固結構上，成對的壓電材料傳感器分別位于被加固結構采樣點兩側相對位置，兩個壓電材料傳感器分別作為監測系統的信號驅動器和信號接收器；

步驟三，將壓電材料傳感器分別通過線纜連接到數據采集卡，然后將數據采集卡與電腦終端相連；

步驟四，電腦終端通過線纜控制數據采集卡產生一定頻段的激勵電壓信號，并通過數據采集卡輸出到作為信號驅動器的壓電材料傳感器，激勵電壓信號驅動壓電材料傳感器發生機械振動，產生壓電應力波，并在加固結構內部及表面傳播；應力波信號被加固結構另一側表面的壓電材料傳感器接收并轉化為電壓信號，經線纜傳輸到數據采集卡的輸入端，之后數據采集卡將接收到的電壓信號轉化為數字信號，并傳輸到電腦終端；

步驟五，對成對的壓電材料傳感器通過加固結構傳遞的應力波響應信號及其衰減規律進行首次采集，在電腦終端定義加固結構健康狀態下所測得的響應信號為基準信號；之后通過監測后續服役狀態下不同時期加固結構測量響應信號的識別特征參數，由電腦終端通過與加固結構在健康狀態下傳遞應力波響應信號的識別特征參數對比分析來識別結構損傷，評估加固結構的工作狀態和健康狀況。

2.如權利要求1所述的土木結構加固和監測方法，其特征在于：所述壓電材料傳感器通過樹脂粘結集成在碳纖維布上。

3.如權利要求1所述的土木結構加固和監測方法，其特征在于：所述壓電材料傳感器編織在碳纖維布內，并通過環氧樹脂粘結固定。

4.如權利要求1或2所述的土木結構加固和監測方法，其特征在于：步驟五中，加固結構健康狀態下作為信號接收器的壓電材料傳感器的基準信號，取復合了壓電材料傳感器的碳纖維布在加固結構粘結完成投入使用初期的采集信號。

5.如權利要求1或2所述的土木結構加固和監測方法，其特征在于：步驟五中，在電腦終端建立典型損傷的識別特征參數數據庫，用以通過對比分析提取的識別特征參數來識別損傷位置、判斷損傷類型以及估計損傷程度，識別特征參數可以為表征信號特征的直接測量值或者衍生值。

6.如權利要求5所述的土木結構加固和監測方法，其特征在于：所述的識別特征參數包括接收信號的能量幅值、小波包能量值、結構局部諧振頻率、信號擬合回歸系數、因子分析系數和小波包節點系數中一種或任意幾種組合。

7.如權利要求1或2所述的土木結構加固和監測方法，其特征在于：步驟一中，在壓電材料傳感器表面均勻涂抹環氧樹脂，進行防水絕緣處理。

8.如權利要求1或2所述的土木結構加固和監測方法，其特征在于：所述數據采集卡為NI信號采集卡，NI信號采集卡通過BNC線纜分別與兩個壓電材料傳感器相連，NI信號采集卡通過USB線纜與電腦終端相連。

9.一種壓電材料和碳纖維復合布式的土木結構加固和監測裝置，其特征在于：包括碳纖維布、電腦終端、數據采集卡和成對的壓電材料傳感器，所述成對的壓電材料傳感器固定在碳纖維布上，復合了壓電材料傳感器的碳纖維布用于加固土木結構，且成對的兩個壓電材料傳感器分布于加固土木結構對稱的兩側，成對的壓電材料傳感器分別通過線纜與數據采集卡的輸入輸出口相連，數據采集卡通過線纜與電腦終端相連；電腦終端控制通過數據采集卡產生激勵電壓信號，并傳遞給作為信號驅動器的壓電材料傳感器，使其發生機械振動，機械振動信號在土木結構內以應力波形式傳遞，應力波響應信號被作為接收器的壓電材料傳感器接收并通過正壓電效應轉為電壓信號，之后電壓信號通過數據采集卡轉為數字信號后輸入到電腦終端，通過電腦終端分析判斷加固土木結構健康狀況。