当前位置: 首页 > 专利查询>东华大学专利>正文

基于3D打印与无线传感的混凝土裂缝检测系统及方法技术方案

技术编号:20093365 阅读:21 留言:0更新日期:2019-01-15 12:40
本发明专利技术提供了一种基于3D打印与无线传感的混凝土裂缝检测系统,包括通过钢铰可转动地连接的多个3D打印的保护外壳,Flex弯曲传感器的两半段分别设于相邻的两个保护外壳内,最外侧两端的两个保护外壳水平设于混凝土上,中间的各保护外壳成一直线倾斜设于混凝土上;各Flex弯曲传感器均通过连接缆线连接GPRS采集系统,GPRS采集系统无线连接无线信号收集终端。本发明专利技术还提供了基于3D打印与无线传感的混凝土裂缝检测方法。本发明专利技术能够实时、准确、方便地检测混凝土裂缝及开裂程度,实现远距离对混凝土裂缝的监测,具有监测结果准确、监测年限长、实施方便的优点,可有效控制混凝土破坏。

Concrete Crack Detection System and Method Based on 3D Printing and Wireless Sensor

The invention provides a concrete crack detection system based on 3D printing and wireless sensor, which comprises a plurality of 3D printing protective enclosures rotatably connected by steel hinges, two halves of Flex bending sensor are respectively arranged in two adjacent protective enclosures, two protective enclosures at the outermost two ends are horizontally arranged on concrete, and the protective enclosures in the middle are arranged in a straight line and inclined to mix. All Flex bending sensors are connected to GPRS acquisition system through cable, and GPRS acquisition system is connected to wireless signal acquisition terminal. The invention also provides a concrete crack detection method based on 3D printing and wireless sensor. The invention can detect concrete cracks and cracking degree in real time, accurately and conveniently, realize long-distance monitoring of concrete cracks, has the advantages of accurate monitoring results, long monitoring period and convenient implementation, and can effectively control concrete damage.

【技术实现步骤摘要】
基于3D打印与无线传感的混凝土裂缝检测系统及方法
本专利技术涉及一种基于3D打印与无线Flex传感技术的混凝土裂缝检测系统及方法,主要应用于土木工程中对混凝土或其他构件裂缝的测量,属于弯曲传感技术在结构健康监测领域的应用。
技术介绍
混凝土裂缝是工程中一个值得注意的问题,微观的混凝土裂缝一旦发展,可能引起结构物的开裂,变形甚至破坏,因此,对混凝土裂缝的监测显得尤为重要。目前,关于混凝土裂缝的监测主要有以下几个方法:专利CN105403161A提供了一种利用光纤传感器检测混凝土结构裂缝宽度的方法,包括混凝土裂缝宽度计算方法,通过在混凝土结构中开槽布设光纤,利用裂缝变化与混凝土的应变关系,提出混凝土裂缝的计算方法,该方法计算精度较高,但在混凝土结构中开槽布设光纤传感器需一定人力、物力、较为复杂;专利CN106839958A提供了一种简易的混凝土裂缝监测与量测装置及方法,在混凝土结构裂缝开展区域布置若干纯细铜丝,并紧贴在每根纯细铜丝旁边布置一根合金丝,通过导线及数据采集仪形成一个回路,当混凝土产生裂缝时,应变发生改变,则可进行监测,该专利技术结构简单,制作方便,但测量数据不够准确。3D打印技术是一种将现有材料打印快速成型的新型技术。通过三维建模,快速打印成型。它是一种以数字模型为基础,将金属、塑料、橡胶等材料逐层打印成型的技术。3D打印技术广泛应用于工业设计、包装设计、珠宝设计、医疗产业、汽车工程、土木工程等领域。目前,3D打印适用于一些较小的、高端的产品生产,3D打印技术由于它简单方便、快速打印成型的技术被广泛应用。Flex弯曲传感器是一种表面带有一层特殊电阻材料的电阻式传感器。Flex弯曲传感器广泛应用于机器人、医疗、土木等领域。与其他的传感器相比,它具有小巧、方便、精度高等优势。当Flex弯曲传感器受到应力发生弯曲变形时,表面电阻值会发生变化,当将Flex弯曲传感器用于监测时,根据标定实验的结果可得到需监测物理量的数值。Flex弯曲传感器封装后受环境影响较小,使用寿命较长。蓝牙技术是一种无线技术,可实现固定设备、移动设备之间的短距离数据传输。蓝牙技术应用于电子、计算机、电信等多个领域。蓝牙技术有主从架构的协议,一个主设备可至多与7个从设备相连接。GPRS无线技术是分组无线服务技术的简称,它是移动电话用户可以使用的一种移动数据业务。GPRS和其他连续在频道传输的方式不同,是以封包式来传输的,所传输时的费用是以其传输的单位计算,并非使用其整个频道,较为合理便宜。GPRS的传输速率也比从前有所提升。GPRS无线技术是介于2G和3G之间的技术,也被称为2.5G。如果将该技术与蓝牙无线技术一起用于对混凝土裂缝的监测中,可无时无刻、随时随地对其进行监测数据的获取。与传统的方式相比,GPRS技术传输速率较高且连接费用较低。因此,本专利技术致力于将3D打印、Flex弯曲传感器、蓝牙、GPRS等技术相结合,提供一种能够方便、精确地对混凝土裂缝进行检测的系统及方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够实时、准确、方便地检测混凝土裂缝及开裂程度的系统及方法。为了解决上述技术问题,本专利技术的技术方案是提供一种基于3D打印与无线传感的混凝土裂缝检测系统,其特征在于:包括通过钢铰可转动地连接的多个3D打印的保护外壳,Flex弯曲传感器的两半段分别设于相邻的两个保护外壳内,最外侧两端的两个保护外壳水平设于混凝土上,中间的各保护外壳成一直线倾斜设于混凝土上;各Flex弯曲传感器均通过连接缆线连接GPRS采集系统,GPRS采集系统无线连接无线信号收集终端。优选地,所述保护外壳由PLA材料通过3D打印而成。优选地,所述GPRS采集系统通过蓝牙模块无线连接无线信号收集终端。本专利技术还提供了一种基于3D打印与无线传感的混凝土裂缝检测方法,其特征在于,采用上述的基于3D打印与无线传感的混凝土裂缝检测系统,步骤为:步骤1:将n个通过保护外壳封装好的Flex弯曲传感器固定于混凝土上,两端的两个保护外壳水平设置,中间的各保护外壳成一直线倾斜设置,n为正整数;步骤2:将所有Flex弯曲传感器通过连接缆线连接到GPRS采集系统,检查无线信号收集终端与GPRS采集系统通讯完好;步骤3:进行Flex弯曲传感器的标定实验,得到Flex弯曲传感器的示数变化与角度变化的关系;步骤4:开始检测,Flex弯曲传感器的示数通过GPRS采集系统发送至无线信号收集终端,无线信号收集终端根据步骤3得到的示数变化与角度变化的关系,将实测的Flex弯曲传感器的示数变化换算为角度变化值,并计算出混凝土开裂值,从而实现对混凝土裂缝的检测。优选地,所述步骤3的具体过程为:将Flex弯曲传感器弯曲成不同角度,并记录传感器示数,绘制弯曲角度变化与传感器示数变化图形,两者具有线性关系,从而得到Flex弯曲传感器的示数变化△C与弯曲角度变化θ间的线性关系满足:θ=△C/K,K为斜率。优选地,所述步骤4中,混凝土裂缝的具体计算方法为:记录Flex弯曲传感器初始示数C1,当混凝土裂开时,Flex弯曲传感器受到相应的弯曲,记录此时的Flex弯曲传感器示数C2,Flex弯曲传感器示数变化为△C=C2-C1,则可得到Flex弯曲传感器的弯曲角度变化θ=△C/K;则混凝土开裂值△S=Ltanθ,L为Flex弯曲传感器的长度;由此可得混凝土累计开裂值S=Ltanθ1+Ltanθ2+…+Ltanθn,θi为第i个Flex弯曲传感器的弯曲角度变化,n为Flex弯曲传感器的个数,1≤i≤n。本专利技术提供的系统克服了现有技术的不足,能够实时、准确、方便地检测混凝土裂缝及开裂程度,Flex弯曲传感器具有体积小、灵敏度高等特点;3D打印具有快速成型、简单方便的特点,在Flex弯曲传感器上封装3D打印的保护外壳,使得Flex弯曲传感器不受腐蚀等环境影响,延长其使用寿命;GPRS采集系统可以实现远距离对混凝土裂缝的监测,具有监测结果准确、监测年限长、实施方便的优点,可有效控制混凝土破坏。附图说明图1为本实施例提供的基于3D打印与无线传感的混凝土裂缝检测系统示意图;图2为当混凝土开裂时单个Flex弯曲传感器示意图;图3为Flex弯曲传感器封装示意图;图4为Flex弯曲传感器原理图;附图标记说明:1—混凝土试件,2—微观裂缝,3—3D打印的保护材料,4—钢铰,5—Flex弯曲传感器,6—连接缆线,7—GPRS采集系统,8—无线信号收集终端。具体实施方式下面结合具体实施例,进一步阐述本专利技术。图1为本实施例提供的基于3D打印与无线传感的混凝土裂缝检测系统示意图,所述的基于3D打印与无线传感的混凝土裂缝检测系统包括3D打印的保护外壳3、钢铰4、Flex弯曲传感器5、连接缆线6、GPRS采集系统7及无线信号收集终端8等。结合图1~图3,Flex弯曲传感器5一半放置于一个保护外壳3一端内,Flex弯曲传感器6另一半放置于另一个保护外壳3一端内,相邻的两个保护外壳3通过钢铰4连接,使相邻两个保护外壳3之间能上下转动,如图2和图3所示。即每个保护外壳3的两端分别设有Flex弯曲传感器5的一半。如此,将若干个Flex弯曲传感器5封装起来,两端的两个Flex弯曲传感器5的自由端也设有钢铰4。如图1所示,使上、下两端的两个保护外壳3水平本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种基于3D打印与无线传感的混凝土裂缝检测系统,其特征在于:包括通过钢铰(4)可转动地连接的多个3D打印的保护外壳(3),Flex弯曲传感器(5)的两半段分别设于相邻的两个保护外壳(3)内,最外侧两端的两个保护外壳(3)水平设于混凝土上,中间的各保护外壳(3)成一直线倾斜设于混凝土上;各Flex弯曲传感器(5)均通过连接缆线(6)连接GPRS采集系统(7),GPRS采集系统(7)无线连接无线信号收集终端(8)。

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印与无线传感的混凝土裂缝检测系统,其特征在于:包括通过钢铰(4)可转动地连接的多个3D打印的保护外壳(3),Flex弯曲传感器(5)的两半段分别设于相邻的两个保护外壳(3)内,最外侧两端的两个保护外壳(3)水平设于混凝土上,中间的各保护外壳(3)成一直线倾斜设于混凝土上;各Flex弯曲传感器(5)均通过连接缆线(6)连接GPRS采集系统(7),GPRS采集系统(7)无线连接无线信号收集终端(8)。2.如权利要求1所述的一种基于3D打印与无线传感的混凝土裂缝检测系统,其特征在于:所述保护外壳(3)由PLA材料通过3D打印而成。3.如权利要求1所述的一种基于3D打印与无线传感的混凝土裂缝检测系统,其特征在于:所述GPRS采集系统(7)通过蓝牙模块无线连接无线信号收集终端(8)。4.一种基于3D打印与无线传感的混凝土裂缝检测方法,其特征在于,采用如权利要求1~3任一项所述的基于3D打印与无线传感的混凝土裂缝检测系统,步骤为:步骤1:将n个通过保护外壳(3)封装好的Flex弯曲传感器(5)固定于混凝土上,两端的两个保护外壳(3)水平设置,中间的各保护外壳(3)成一直线倾斜设置,n为正整数;步骤2:将所有Flex弯曲传感器(5)通过连接缆线(6)连接到GPRS采集系统(7),检查无线信号收集终端(8)与GPRS采集系统(7)通讯完好;步骤3:进行Flex弯曲传感器(5)的标定实验,得到Flex...

【专利技术属性】
技术研发人员:张一帆杨语尧洪成雨
申请(专利权)人:东华大学
类型:发明
国别省市:上海,31

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1