[發明專利]一種基于ZigBee無線傳感網絡與壓電傳感器的結構健康監測系統及方法

在審

• 申請號: 202010971223.8
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112394107A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 葉波;孔瓊英;鄧為權
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;H04W4/38;H04W84/18
• 代理公司: 昆明明潤知識產權代理事務所(普通合伙) 53215
• 代理人: 王鵬飛

1.一種基于ZigBee無線傳感網絡與壓電傳感器的結構健康監測系統，其特征在于：包括PC端、無線傳輸單元、RF射頻天線、ZigBee網絡、信號發生器、功率放大器、信號接口單元、壓電傳感器陣列單元、電荷放大器、數據采集卡、電源模塊單元；

無線傳輸單元由ZigBee芯片組成，壓電傳感陣列單元是壓電傳感器陣列；

無線傳輸單元芯片與信號發生器連接，信號發生器的同步信號輸出端與功率放大器的信號輸入端INPUT連接，經功率放大器放大的信號從功率放大器的信號輸出端OUT輸出后，通過信號接口單元連接到壓電傳感器陣列單元，為壓電傳感器提供激勵信號；壓電傳感器陣列采集到相應的Lamb波響應信號后經信號接口單元與電荷放大器的輸入端口相連，電荷放大器的輸出端口再與數據采集卡的輸入端口連接，采集到的Lamb波信號在數據采集卡中轉化為數字信號后經輸出端口輸出，傳送至無線傳輸單元，并與無線傳輸單元芯片相連，數字信號由射頻天線經無線傳感方式傳輸到用戶端無線傳輸單元，實現與PC端的通信。

2.權利要求1所述的基于ZigBee無線傳感網絡與壓電傳感器的結構健康監測系統的使用方法，其特征在于：

Step1：安裝壓電傳感器陣列，并構建壓電傳感器網絡結構健康監測系統；

Step2：打開電源模塊單元開關，使信號發生器、功率放大器、電荷放大器、數據采集卡處于工作準備狀態；

Step3：調節信號發生器，產生窄帶五波峰正弦信號作為壓電傳感器陣列的激勵信號；

Step4：將信號發生器產生的窄帶五波峰正弦激勵信號輸入功率放大器，使激勵信號放大后通過信號接口單元傳送至壓電傳感器陣列；

Step5：壓電傳感器陣列中的激勵傳感器接收到激勵信號時，將產生Lamb波并在被監測結構中傳播；

Step6：在被監測結構中傳播的Lamb波信號通過信號接口單元傳輸至電荷放大器；

Step7：電荷放大器將Lamb波損傷信號放大后傳輸至數據采集卡，數據采集卡中自帶的A/D轉換器將Lamb波損傷信號轉換為數字信號；

Step8：無線傳輸單元經RF射頻天線將采集到的數字信號通過ZigBee無線傳感方式傳輸到用戶端的RF射頻天線，用戶端的無線傳輸單元將信號傳輸到PC端；

Step9：按照上述Step1-Step8分別采集結構健康狀態下的信號作為基準信號，采集結構有損傷狀態下的信號作為損傷信號；

Step10：PC端對采集到的信號進行相關處理分析和保存，獲得被監測結構的損傷位置、損傷大小、損傷程度。