一种混凝土梁损伤监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种混凝土梁损伤监测系统，通过在待检测的混凝土梁中预设一组两个智能骨料，利用两个智能骨料分别作为压电陶瓷驱动器和压电陶瓷传感器，利用信号函数发生器产生的信号经由高压放大器对压电陶瓷驱动器进行激励，然后通过与压电陶瓷传感器连接的信号处理模块将收集到的信号进行分析得到峰值信号，通过峰值信号与信号函数发生器发射信号初始值进行对比从而得到待检测混凝土梁的内部情况，本实用新型专利技术具有传感灵敏、安全可靠、测量范围大的优点；本实用新型专利技术结构形式简单，功率大，可以适用于监测不同剪跨比的混凝土梁中产生的各种斜向裂缝和跨中裂缝，同时实现了水平和竖直双向激励和采集信号的功能。

A damage monitoring system for concrete beams

The utility model discloses a damage monitoring system for concrete beams. By setting a set of two intelligent aggregate in the concrete beam to be detected and using two intelligent aggregate as piezoelectric ceramic driver and piezoelectric ceramic sensor, the signal produced by the signal function generator is used to drive a piezoelectric ceramic by a high pressure amplifier. The actuator is excited, and then the peak signal is obtained by the signal processing module connected with the piezoelectric ceramic sensor. The peak signal is compared with the initial value of the signal function generator to get the initial value of the signal to get the internal situation of the concrete beam to be detected. The utility model has a sensitive sensing sensitivity. The utility model has the advantages of simple structure and high power, which can be used to monitor all kinds of oblique cracks and middle cracks in concrete beams with different shear span ratio. At the same time, the work energy of horizontal and vertical two-way excitation and signal acquisition can be realized.

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土梁损伤监测系统
本技术属于土木工程结构健康监测领域，具体一种混凝土梁损伤监测系统。
技术介绍
混凝土梁桥结构在桥梁结构占有重要地位，但是，由于使用荷载和各种突发性因素的共同影响，从服役开始就面临着结构损伤的问题，如混凝土梁跨中的竖向裂缝以及不同剪跨比的混凝土梁在剪弯区产生的各种斜裂缝，当损伤累积到一定程度会造成结构抗力的衰减，严重地降低结构的安全性、适用性和耐久性，极端情况下还会导致整个结构的破坏。此外，对于出现损伤的梁桥结构，采取适当的加固处理措施，可使结构一定程度上恢复原有可靠度，并延长使用寿命，这样做无疑具有重大的社会效益和经济效益。从实际工程来看，加固梁的破坏由加固钢板与混凝土梁发生剥离，而导致加固梁的早期破坏，这类破坏具有脆性材料的破坏特点，破坏发生很突然，破坏前没有先兆，并且由于混凝土结构隐藏在粘贴钢板内部，所以当内部混凝土与粘贴钢板之间出现剥离等问题时是很难直接观察到的。目前对混凝土结构损伤监测的方法主要有：声发射技术、超声监测法和红外热像法等。然而，这些方法往往是在事故发生后运用相关仪器对损伤的情况进行勘察，或是在结构损伤不明显的情况下，依据个人经验查找损伤的位置。对于结构一些难于到达的地方，监测工作难以开展，无法实现真正意义上的结构健康监测。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种混凝土梁损伤监测系统，以克服现有技术的不足。为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：一种混凝土梁损伤识别监测系统，包括信号采集模块、信号函数发生器、高压信号放大器、信号处理模块以及置于待监测混凝土梁内部的多组智能骨料，每组智能骨料包括一个压电陶瓷驱动器和一个压电陶瓷传感器；信号采集模块通过屏蔽导线与压电陶瓷传感器连接，信号采集模块连接于信号处理模块，信号函数发生器经高压信号放大器与压电陶瓷驱动器连接，信号函数发生器用于监测信号的发射，高压信号放大器用于监测信号的放大，信号采集模块用于通过压电陶瓷传感器进行信号采集，信号处理模块用于对信号采集模块采集的信号进行处理并将处理结果保存与公示。进一步的，智能骨料同时具有水平和竖直双向激励和采集信号的功能，信号发生器发射频率为100Hz-1MHz的高斯脉冲扫频信号，产生信号为扫频正弦波，扫频模式为线性扫频。进一步的，智能骨料包括L型压电陶瓷片，L型压电陶瓷片表面依次设有硅胶防水层和水泥砂浆层，L型压电陶瓷片焊接有屏蔽导线。进一步的，屏蔽导线一端接有同轴接头。进一步的，每组智能骨料中的压电陶瓷驱动器和压电陶瓷传感器呈矩形对角设置或者沿矩形同侧对角设置在待监测混凝土梁内。进一步的，一组智能骨料中的两个智能骨料之间的距离为0.2-0.8米。与现有技术相比，本技术具有以下有益的技术效果：本技术一种混凝土梁损伤监测系统，通过在待检测的混凝土梁中预设一组两个智能骨料，利用两个智能骨料分别作为压电陶瓷驱动器和压电陶瓷传感器，利用信号函数发生器产生的信号经由高压放大器对压电陶瓷驱动器进行激励，然后通过与压电陶瓷传感器连接的信号处理模块将收集到的信号进行分析得到峰值信号，通过峰值信号与信号函数发生器发射信号初始值进行对比从而得到待检测混凝土梁的内部情况，本技术具有传感灵敏、安全可靠、测量范围大的优点；本技术结构形式简单，功率大，可以适用于监测不同剪跨比的混凝土梁中产生的各种斜向裂缝和跨中裂缝，同时实现了水平和竖直双向激励和采集信号的功能。进一步的，智能骨料包括L型压电陶瓷片，L型压电陶瓷片表面依次设有硅胶防水层和水泥砂浆层，L型压电陶瓷片焊接有屏蔽导线，采用水泥砂浆作为保护层，与混凝土材料具有很好的相容性，不会改变原有结构性质。进一步的，本技术采用的基于时间反演的信号分析方法，具有良好的抗噪性，分析结果更加可靠。附图说明图1为本技术系统结构示意图。图2为本技术智能骨料结构示意图。图3为本技术智能骨料布置结构示意图。图4为本技术待监测混凝土梁出现裂缝结构示意图。图5为本技术系统流程结构示意图。其中，1、待监测混凝土梁；2、压电陶瓷驱动器；3、压电陶瓷传感器；4、高压信号放大器；5、信号函数发生器；6、信号采集模块；7、信号处理模块；8、屏蔽导线；9、同轴接头；10、硅胶防水层；11、水泥砂浆层；12、L型压电陶瓷片。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步详细描述：如图1所示，一种混凝土梁损伤识别监测系统，包括信号采集模块6、信号函数发生器5、高压信号放大器4、信号处理模块7以及置于待监测混凝土梁1内部的多组智能骨料，每组智能骨料包括一个压电陶瓷驱动器2和一个压电陶瓷传感器3；信号采集模块6通过屏蔽导线与压电陶瓷传感器3连接，信号采集模块6连接于信号处理模块7，信号函数发生器5经高压信号放大器4与压电陶瓷驱动器2连接，信号函数发生器5用于监测信号的发射，高压信号放大器4用于监测信号的放大，信号采集模块6用于通过压电陶瓷传感器进行信号采集，信号处理模块7用于对信号采集模块采集的信号进行处理并将处理结果保存与公示；如图2所示，智能骨料包括L型压电陶瓷片12，L型压电陶瓷片12表面依次设有硅胶防水层10和水泥砂浆层11，L型压电陶瓷片12焊接有屏蔽导线8，屏蔽导线8一端接有同轴接头9；如图3所示，每组智能骨料中的压电陶瓷驱动器2和压电陶瓷传感器3呈矩形对角设置或者沿矩形同侧对角设置在待监测混凝土梁1内，压电陶瓷驱动器2和压电陶瓷传感器3之间的距离为0.2-0.8米；如图5所示，一种混凝土梁损伤识别监测方法，包括以下步骤：步骤1，将一组压电陶瓷驱动器2和压电陶瓷传感器3预埋入待监测混凝土梁1内，将压电陶瓷传感器3通过屏蔽导线与信号采集模块连接，压电陶瓷驱动器2通过屏蔽导线与高压信号放大器连接；步骤2，利用信号函数发生器产生的信号经由高压放大器对压电陶瓷驱动器进行激励，由另一个作为压电陶瓷传感器的智能骨料接收；步骤3，通过与压电陶瓷传感器连接的信号处理模块将收集到的信号进行分析得到峰值信号，与信号函数发生器发射信号初始值作对比，如果得到的峰值信号小于信号函数发生器发射信号初始值，说明待监测混凝土梁处于失效状态，如果得到的峰值信号等于信号函数发生器发射信号初始值，说明待监测混凝土梁处于健康状态。步骤2中，通过TRM分析方法(即时间反演法)进行信号函数处理，首先由信号函数发生器发出一个高斯脉冲x(t)到压电陶瓷驱动器，根据压电效应发出应力波，传至压电陶瓷传感器，定义损伤识别监测系统的系统响应函数为h(t)，压电陶瓷传感器接收到的输入信号为y(t)，则其可以表示为：其中为卷积运算符，t为时间；将接收到的信号进行时间反演，其信号变为：然后将经反演后的信号作为发射源，由压电陶瓷传感器传回压电陶瓷驱动器，由于压电陶瓷片的正逆压电效应，压电陶瓷传感器和压电陶瓷驱动器的功能可以进行互换，在时域上对所接受到的信号进行逆序操作，将目标声波或电磁波信号进行反转再发送，则得到其聚焦信号yf(t)，其表达式为：式中，为系统响应的自相关函数，也成为时间反演算子；由卷积与相关性原理可知，yf(t)也可以表达如下：式中⊙表示相关运算(同或运算符)，因为脉冲信号通常是以时间轴对称的，因此x(t)＝x(-t)，所以yf(t)也可以被写为：从上式可以看出，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混凝土梁损伤监测系统，其特征在于，包括信号采集模块(6)、信号函数发生器(5)、高压信号放大器(4)、信号处理模块(7)以及置于待监测混凝土梁(1)内部的多组智能骨料，每组智能骨料包括一个压电陶瓷驱动器(2)和一个压电陶瓷传感器(3)；信号采集模块(6)通过屏蔽导线与压电陶瓷传感器(3)连接，信号采集模块(6)连接于信号处理模块(7)，信号函数发生器(5)经高压信号放大器(4)与压电陶瓷驱动器(2)连接，信号函数发生器(5)用于监测信号的发射，高压信号放大器(4)用于监测信号的放大，信号采集模块(6)用于通过压电陶瓷传感器进行信号采集，信号处理模块(7)用于对信号采集模块采集的信号进行处理并将处理结果保存与公示。

【技术特征摘要】
1.一种混凝土梁损伤监测系统，其特征在于，包括信号采集模块(6)、信号函数发生器(5)、高压信号放大器(4)、信号处理模块(7)以及置于待监测混凝土梁(1)内部的多组智能骨料，每组智能骨料包括一个压电陶瓷驱动器(2)和一个压电陶瓷传感器(3)；信号采集模块(6)通过屏蔽导线与压电陶瓷传感器(3)连接，信号采集模块(6)连接于信号处理模块(7)，信号函数发生器(5)经高压信号放大器(4)与压电陶瓷驱动器(2)连接，信号函数发生器(5)用于监测信号的发射，高压信号放大器(4)用于监测信号的放大，信号采集模块(6)用于通过压电陶瓷传感器进行信号采集，信号处理模块(7)用于对信号采集模块采集的信号进行处理并将处理结果保存与公示。2.根据权利要求1所述的一种混凝土梁损伤监测系统，其特征在于，智能骨料同时具有水平和竖直双向激励和采集信号的功能。3.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张筱雨，陈冰洋，刘来君，张柳煜，宋钢兵，霍林生，郭洪超，
申请(专利权)人：长安大学，大连理工大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61