[發(fā)明專利]一種基于導(dǎo)波傳感的鋼橋面板疲勞裂紋監(jiān)測(cè)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010793859.8
• 申請(qǐng)日: 2020-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN112098513B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程斌;石林澤;向升;李得睿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/04
• 分類號(hào): G01N29/04
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀;趙楠

本發(fā)明提供一種基于導(dǎo)波傳感的鋼橋面板疲勞裂紋監(jiān)測(cè)裝置及方法，裝置包括：數(shù)據(jù)傳輸模塊，接收計(jì)算機(jī)終端發(fā)出的監(jiān)測(cè)指令與發(fā)送導(dǎo)波信號(hào)；與數(shù)據(jù)傳輸模塊的輸出端連接的壓電導(dǎo)波激勵(lì)器，接收由數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送的監(jiān)測(cè)指令，并將監(jiān)測(cè)指令轉(zhuǎn)化成導(dǎo)波信號(hào)通過單向和/或雙向沿待測(cè)鋼橋面板縱向傳播，導(dǎo)波信號(hào)實(shí)時(shí)采集待測(cè)鋼橋面板的疲勞裂紋特征；與數(shù)據(jù)傳輸模塊的輸入端連接的壓電導(dǎo)波接收器，接收壓電導(dǎo)波激勵(lì)器所激勵(lì)的且?guī)Я鸭y特征的導(dǎo)波信號(hào)，并將接收的導(dǎo)波信號(hào)中裂紋信息通過數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送至計(jì)算機(jī)終端。本發(fā)明利用導(dǎo)波信號(hào)縱向傳播實(shí)現(xiàn)鋼橋面板各疲勞裂紋特征實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)鋼橋面板疲勞裂紋實(shí)時(shí)智能監(jiān)測(cè)；制作簡單，使用方便，精度較高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼結(jié)構(gòu)疲勞裂紋監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于導(dǎo)波傳感的鋼橋面板疲勞裂紋監(jiān)測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)

鋼橋面板具有結(jié)構(gòu)自重輕、整體效率高、跨越能力強(qiáng)、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外大、中跨度橋梁工程中應(yīng)用廣泛。但是由于構(gòu)造應(yīng)力復(fù)雜、焊接缺陷難控制以及直接承受車輛動(dòng)力作用等原因，鋼橋面板的疲勞開裂問題也非常突出。英國、德國、日本、美國等已有大量關(guān)于鋼橋面板疲勞開裂的報(bào)道，而我國虎門大橋、江陰大橋、西堠門大橋等的鋼橋面板也已檢測(cè)到了大量疲勞裂紋。這些裂紋通常出現(xiàn)在縱肋與頂板、縱肋與橫隔板交界等應(yīng)力集中處，因此在實(shí)際工程中需實(shí)現(xiàn)在役鋼橋面板的疲勞裂紋長期監(jiān)測(cè)與定期檢測(cè)。

鋼橋面板疲勞裂紋監(jiān)測(cè)檢測(cè)方法中，目前使用最為廣泛也最簡單直接的是人工目測(cè)法，但這種方法存在一定局限性，比如檢測(cè)人員難以檢測(cè)到鋼橋面板全部疲勞裂紋，以及很難甚至無法到達(dá)某些疲勞開裂敏感區(qū)域。此外一些射線檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、液體滲透檢測(cè)等鋼結(jié)構(gòu)疲勞裂紋探測(cè)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對(duì)裂紋尺寸的準(zhǔn)確測(cè)量，但這些設(shè)備同樣需要人工現(xiàn)場(chǎng)操作，也可能存在檢測(cè)不完全和部分區(qū)域不可達(dá)的問題，也無法通過遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)。

經(jīng)檢索，公告號(hào)為CN110596243A的中國發(fā)明專利，提出了一種基于超聲導(dǎo)波的正交異性鋼橋面板頂板疲勞檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過支架待測(cè)面板下自由移動(dòng)和導(dǎo)波監(jiān)測(cè)，達(dá)到全面檢測(cè)目的，卻無法做到疲勞裂紋實(shí)時(shí)智能監(jiān)測(cè)。經(jīng)檢索，公告號(hào)為CN104007117A的中國發(fā)明專利，提出了一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動(dòng)檢測(cè)裝置及方法，將光纖斷裂線布置于疲勞裂紋敏感區(qū)，達(dá)到裂紋位置與長度監(jiān)測(cè)目的，但監(jiān)測(cè)時(shí)需布置大量傳感器，且覆蓋面有限，不利于實(shí)際工程應(yīng)用。

因此，需要提出一種針對(duì)鋼橋面板疲勞裂紋進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并可用于實(shí)際工程的新的監(jiān)測(cè)裝置及方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于導(dǎo)波傳感的鋼橋面板疲勞裂紋監(jiān)測(cè)裝置及方法。

本發(fā)明第一個(gè)方面提供一種基于導(dǎo)波傳感的鋼橋面板疲勞裂紋監(jiān)測(cè)裝置，包括：

數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于接收計(jì)算機(jī)終端發(fā)出的監(jiān)測(cè)指令與發(fā)送導(dǎo)波信號(hào)；

壓電導(dǎo)波激勵(lì)器，與所述數(shù)據(jù)傳輸模塊的輸出端連接，接收由所述數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送的監(jiān)測(cè)指令，并將所述監(jiān)測(cè)指令轉(zhuǎn)化成導(dǎo)波信號(hào)通過單向和/或雙向沿待測(cè)鋼橋面板縱向傳播；

壓電導(dǎo)波接收器，與所述數(shù)據(jù)傳輸模塊的輸入端連接，接收所述壓電導(dǎo)波激勵(lì)器所激勵(lì)的所述導(dǎo)波信號(hào)，利用所述導(dǎo)波信號(hào)實(shí)時(shí)采集待測(cè)鋼橋面板的疲勞裂紋特征，并將接收的所述導(dǎo)波信號(hào)中裂紋信息通過所述數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送至計(jì)算機(jī)終端。

優(yōu)選地，所述壓電導(dǎo)波激勵(lì)器包括壓電片激勵(lì)元件和激勵(lì)極化元件，所述激勵(lì)極化元件根據(jù)接收監(jiān)測(cè)指令在電壓作用下使所述壓電片激勵(lì)元件產(chǎn)生面內(nèi)變形和離面振動(dòng)，通過在待測(cè)鋼橋面板的表面激發(fā)應(yīng)力脈沖而實(shí)現(xiàn)縱向?qū)Р?lì)。

優(yōu)選地，所述壓電導(dǎo)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(yīng)待測(cè)鋼橋面板中導(dǎo)波所產(chǎn)生的應(yīng)力脈沖，使所述接收極化元件的晶格變形并產(chǎn)生電荷后產(chǎn)生電信號(hào)，并將電信號(hào)通過所述數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送至計(jì)算機(jī)終端。

優(yōu)選地，所述壓電導(dǎo)波激勵(lì)器與所述數(shù)據(jù)傳輸模塊集成一體。