[發明專利]一種鋼筋混凝土結構健康監測系統

有效

• 申請號: 202110930274.0
• 申請日: 2021-08-13
• 公開（公告）號: CN113552220B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 楊子謙;孔慶釗;陳清軍
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/24
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

一種鋼筋混凝土結構健康監測系統，特征是，包括眾多模塊預先植入墻體中，分布于不同的剪力墻待測區域中，眾多模塊可以作為系統的信號接收單元，也可以作為系統的信號發射單元；各個模塊同時與結構外部的多功能壓電信號檢測與分析系統、信號調制放大器相連接，如此構建監測系統。系統工作流程：通過多功能壓電信號檢測與分析系統產生檢測信號，該信號經放大后在待測結構中傳輸，將攜帶損傷信息傳輸給多功能壓電信號檢測與分析系統，對該輸出信號與輸出的探測信息進行前后對比分析，最終確定損傷的位置和損傷的程度。本發明的有益效果：既能插入到結構內部，使傳感器與混凝土結構相融合，長期穩定工作，又能安全拔出，便于定期更換維修。

技術領域

土木工程結構健康監測領域。

背景技術

快速檢測和精準診斷鋼筋混凝土結構內部損傷一直是土木工程領域的難題。研發與混凝土結構兼容、適用于復雜非線性環境的新型智能傳感設備和監測系統，對處于服役期的土木工程結構內部損傷進行健康監測和診斷已成為未來發展的重要方向。

壓電陶瓷傳感器在結構健康監測中應用廣泛，該可植入式傳感模塊是由壓電陶瓷球殼和高強保護材料構成。

最接近現有技術之一：外貼式壓電片。布設于結構表面，為系統采集和感應到的結構信息很局限，傳感器與混凝土材料不融合。

最接近現有技術之二：嵌入式智能骨料。采用高強材料包裹、保護壓電片，完全預埋于混凝土結構中，構建監測系統后一旦傳感單元發生故障，易損難更換，導致整個監測系統失效甚至癱瘓。

在土木工程結構健康監測領域現有的傳感器存在與混凝土不融合、易損難更換等問題，以及缺乏能長期穩定運轉的智能監測系統。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術不足，公開一種智能監測系統，應用于鋼筋混凝土結構。

技術方案

一種由植入式壓電傳感模塊構建的鋼筋混凝土結構健康監測系統，其特征在于，包括眾多模塊預先植入墻體中，分布于不同的剪力墻待測區域中，眾多模塊可以作為系統的信號接受單元，也可以作為系統的信息發生單元；各個模塊同時與結構外部的多功能壓電信號檢測與分析系統、信號調制放大器相連接，如此構建監測系統。系統工作流程：通過多功能壓電信號檢測與分析系統產生檢測信號，該信號經調制放大器放大后，施加于壓電傳感模塊A(發射信號模塊)作為混凝土結構探傷的輸入信號。信號在剪力墻等待測結構中多向傳輸，則在損傷位置處發生散射和反射，并將攜帶損傷信息繼續在結構中中傳輸，通過壓電傳感模塊B(接收信號模塊)接收這些攜帶損傷信息的信號后傳輸給多功能壓電信號檢測與分析系統，所述多功能壓電信號檢測與分析系統對該輸出信號與輸出的探測信息進行前后對比分析，最終確定損傷的位置和損傷的程度。

附圖說明

圖1：“球棍式”壓電傳感單元圖

圖2：壓電球殼空間陣列圖

圖3：壓電傳感模塊組裝圖

圖4：植入式壓電傳感模塊示意圖

圖5：壓電傳感模塊與監測系統連接圖

圖6：監測系統場景示意圖

圖7：本發明監測系統工作原理示意圖

數字標記：1-環氧樹脂膠，2—壓電球殼，3—銅管，4—導線，5—灌漿料基質，6—金屬把手，7—航空公插頭，8—端板，9—壓電傳感模塊，10—航空母插頭，11—監測顯示系統，12—BNC接口，13—墻體，14—損傷裂縫，15—預留洞口

具體實施方式

以下結合附圖對本發明技術方案做進一步說明。