[發明專利]一種基于導波傳感的鋼橋面板疲勞裂紋監測裝置及方法

有效

• 申請號: 202010793859.8
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN112098513B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 程斌;石林澤;向升;李得睿
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀;趙楠

1.一種基于導波傳感的鋼橋面板疲勞裂紋監測裝置，其特征在于，包括：

數據傳輸模塊，用于接收計算機終端發出的監測指令與發送導波信號；

設置于待測鋼橋面板上的壓電導波激勵器，與所述數據傳輸模塊的輸出端連接，接收由所述數據傳輸模塊發送的監測指令，并將所述監測指令轉化成導波信號通過單向和/或雙向沿待測鋼橋面板縱向傳播；

設置于待測鋼橋面板上的壓電導波接收器，所述壓電導波接收器位于所述壓電導波激勵器的兩側，與所述數據傳輸模塊的輸入端連接，接收所述壓電導波激勵器所激勵的所述導波信號，利用所述導波信號實時采集待測鋼橋面板的疲勞裂紋特征，并將接收的所述導波信號中裂紋信息通過所述數據傳輸模塊傳送至計算機終端；

所述壓電導波激勵器包括：若干壓電片激勵元件和若干激勵極化元件，其中，由一個壓電片激勵元件與一個激勵極化元件串聯為一組激勵部件，從而構成多組激勵部件，且所述多組激勵部件呈兩列分布，其中，每列的多組激勵部件之間并聯，且每組激勵部件的激勵極化元件與所述數據傳輸模塊相連；所述激勵極化元件根據所述數據傳輸模塊接收監測指令在電壓作用下使所述壓電片激勵元件產生面內變形和離面振動，使處于同列的激勵部件組通過在待測鋼橋面板的表面激發應力脈沖而實現縱向導波激勵。

2.根據權利要求1所述的一種基于導波傳感的鋼橋面板疲勞裂紋監測裝置，其特征在于，所述壓電導波接收器包括壓電片接收元件和接收極化元件，所述壓電片接收元件感應待測鋼橋面板中導波所產生的應力脈沖，使所述接收極化元件的晶格變形并產生電荷后產生電信號，并將電信號通過所述數據傳輸模塊傳送至計算機終端。

3.根據權利要求1所述的一種基于導波傳感的鋼橋面板疲勞裂紋監測裝置，其特征在于，所述壓電導波激勵器與所述數據傳輸模塊集成一體。

4.根據權利要求1所述的一種基于導波傳感的鋼橋面板疲勞裂紋監測裝置，其特征在于，所述壓電導波接收器與所述數據傳輸模塊集成一體。

5.根據權利要求1所述的一種基于導波傳感的鋼橋面板疲勞裂紋監測裝置，其特征在于，所述壓電導波激勵器、所述壓電導波接收器相隔設置于待測鋼橋面板任意兩橫隔板之間的縱肋外側或頂板下方位置。

6.根據權利要求5所述的一種基于導波傳感的鋼橋面板疲勞裂紋監測裝置，其特征在于，所述壓電導波激勵器、所述壓電導波接收器相隔1~3個橫隔板。

7.根據權利要求5所述的一種基于導波傳感的鋼橋面板疲勞裂紋監測裝置，其特征在于，所述壓電導波激勵器、所述壓電導波接收器之間的距離控制在1m~10m。

8.根據權利要求5所述的一種基于導波傳感的鋼橋面板疲勞裂紋監測裝置，其特征在于，所述壓電導波激勵器的數量為若干個，若干個所述壓電導波激勵器沿縱肋外側或頂板下方呈橫向陣列排布，且排布方向與縱肋軸向垂直；

所述壓電導波接收器的數量為若干個，若干個所述壓電導波接收器沿縱肋外側或頂板下方呈橫向陣列排布，且排布方向與縱肋軸向垂直。

9.根據權利要求5-8任一項所述的一種基于導波傳感的鋼橋面板疲勞裂紋監測裝置，其特征在于，所述鋼橋面板的縱肋類型為開口型或閉口型，縱肋高度為200mm~400mm，橫隔板間距為2m~4m。

10.一種基于導波傳感的鋼橋面板疲勞裂紋監測方法，其特征在于，采用權利要求1-9任一項所述的基于導波傳感的鋼橋面板疲勞裂紋監測裝置實現，包括：

在鋼橋面板節段上，將壓電導波激勵器、壓電導波接收器布置于任意兩橫隔板之間的縱肋位置，并布置于縱肋外側或頂板下方，使壓電導波激勵器、壓電導波接收器沿鋼橋面板縱向對齊；

將數據傳輸模塊布置在所述壓電導波激勵器、所述壓電導波接收器附近，并將所述數據傳輸模塊與所述壓電導波激勵器、所述壓電導波接收器連接；

所述數據傳輸模塊與計算機終端連接，所述計算機終端向所述數據傳輸模塊發送實時監測指令，所述數據傳輸模塊接收監測指令并將監測指令發送至所述壓電導波激勵器；

所述壓電導波激勵器將接收的監測指令轉化為導波信號，導波通過單向和/或雙向沿鋼橋面板縱向傳播，實時采集各疲勞裂紋特征，并由所述壓電導波接收器接收帶裂紋特征的導波信號，并將接收的導波信號中裂紋信息以電信號形式通過所述數據傳輸模塊傳送至所述計算機終端；

所述計算機終端對含裂紋信息的電信號處理后，獲取待測鋼橋面板上各類型疲勞裂紋位置信息與長度信息，實現待測鋼橋面板疲勞裂紋實時監測。