[發明專利]基于環向敲擊的可植入式混凝土構件損傷監測裝置及方法

在審

• 申請號: 202110481962.3
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113295767A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 孔慶釗;李修權;袁程;楊子謙;陳琳;桑笑晗
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/22;G01N29/24
• 代理公司: 武漢河山金堂專利事務所(普通合伙) 42212
• 代理人: 胡清堂

1.一種基于環向敲擊的可植入式混凝土構件損傷監測裝置，其特征在于，包括

圓柱型金屬殼體；

緊貼于所述金屬殼體內壁固定設置的PZT傳感器；

設置在所述金屬殼體內的環向敲擊組件，所述環向敲擊組件包括旋轉基座、電磁鐵、彈性部件、抵接部件；所述旋轉基座同軸固定設置在所述金屬殼體內，所述電磁鐵的線圈固定設置在所述轉向基座上，所述電磁鐵的軟鐵芯活動內套于所述線圈中且兩端軸向突出于所述線圈，其一端固定設置有抵接部件，另一端沿金屬殼體的徑向朝向所述金屬殼體內壁設置，所述彈性部件設置在所述抵接部件與線圈之間；

設置在所述金屬殼體內的主控模塊，所述主控模塊包括激勵單元、信號采集單元、無線通信單元，其中，所述激勵單元與所述電磁鐵的線圈電性連接、用于為電磁鐵提供PWM脈沖波的激勵單元。

2.根據權利要求1所述基于環向敲擊的可植入式混凝土構件損傷監測裝置，其特征在于，所述旋轉基座包括直流電機和齒輪組件，所述直流電機固定設置在所述金屬殼體內并與主控模塊電性連接，所述齒輪組件包括第一齒輪和第二齒輪，所述第一齒輪與所述直流電機的動力輸出軸同軸固定連接，所述第二齒輪與所述第一齒輪垂直嚙合連接并通過同軸連接桿與所述電磁鐵的線圈固定連接設置。

3.根據權利要求2所述基于環向敲擊的可植入式混凝土構件損傷監測裝置，其特征在于，所述激勵單元與直流電機電性連接，用于給直流電機提供PWM脈沖波。

4.根據權利要求1所述基于環向敲擊的可植入式混凝土構件損傷監測裝置，其特征在于，所述金屬殼體內還設有緩沖部件，所述緩沖部件固定套設在所述軟鐵芯上并與所述限位部件分別相對設置于所述線圈的兩端。

5.根據權利要求1所述基于環向敲擊的可植入式混凝土構件損傷監測裝置，其特征在于，所述軟鐵芯朝向金屬殼體內壁的一端固定套裝有質量塊。

6.根據權利要求1所述基于環向敲擊的可植入式混凝土構件損傷監測裝置，其特征在于，所述電磁鐵的軟鐵芯朝向所述金屬殼體內壁設置的一端為尖端設置。

7.根據權利要求1所述基于環向敲擊的可植入式混凝土構件損傷監測裝置，其特征在于，所述信號采集單元輸入端與所述PZT傳感器電性連接，輸出端與所述無線通信單元通信連接，用于接收PZT傳感器的電信號，并將電信號轉換為數字信號發送給無線通信單元；所述無線通信單元分別與所述激勵單元、信號采集單元通信連接，用于建立所述主控模塊與外部監測系統之間的通信路徑。

8.根據權利要求1所述基于環向敲擊的可植入式混凝土構件損傷監測裝置，其特征在于，所述PZT傳感器通過一前置放大模塊與所述信號采集單元通信連接。

9.根據權利要求8所述基于環向敲擊的可植入式混凝土構件損傷監測裝置，其特征在于，所述前置放大電路包括一個集成運算放大器OP、兩個電阻R1和R2，所述電阻R1的一端與所述PZT傳感器輸出端電性連接，另一端與所述集成運算放大器OP的反向輸入端電性連接，所述集成運算放大器OP的同相輸入端接地，所述集成運算放大器OP的輸出端同時電阻R2的一端、信號采集單元的輸入端電性連接，所述電阻R2的另一端與所述集成運算放大器OP的反向輸入端電性連接。

10.一種基于環向敲擊的可植入式混凝土構件損傷監測方法，其特征在于，包括如下步驟：

在構件上開設監測槽孔，將基于環向敲擊的可植入式混凝土構件損傷監測裝置植入所述監測槽孔中；

外部監測系統通過基于環向敲擊的可植入式混凝土構件損傷監測裝置中的無線通信單元給主控模塊下發電磁鐵敲擊指令；

主控電路收到指令后產生PWM脈沖波驅動直流電機并帶動電磁鐵轉動一定角度，接著主控模塊通過激勵單元給電磁鐵通電，電磁鐵中的軟鐵芯與線圈之間產生瞬變磁場并相對排斥，軟鐵芯在排斥力的作用下與金屬殼體內壁發生撞擊，再透射到混凝土結構中；

PZT傳感器采集遇到損傷部位反射到金屬殼體上的高能量應力波，并轉換為電信號，由信號采集單元接收轉換，并通過無線通信單元發送給外部監測系統進行分析處理。