基于可穿戴式传感器的木结构内部空洞检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开基于可穿戴式传感器的木结构内部空洞检测装置及方法,所述装置包括：可穿戴式传感器、信号检测与分析装置；可穿戴式传感器包括连接带，连接带可拆卸围裹于待测木结构外部；连接带上设有若干个柔性PZT传感单元，每条连接带上柔性PZT传感单元的数量大于等于二；连接带包括硬质保护区和非硬质保护区，硬质保护区的位置与柔性PZT传感单元的位置相对应，硬质保护区的尺寸大于柔性PZT传感单元的尺寸；柔性PZT传感单元上电性连接有引线，引线与信号检测与分析装置电性连接。本发明专利技术易于拆装，实用性及可靠性强，实现了对待测木结构内部空洞的无损检测，且有效提高了检测效率及检测结果的准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于可穿戴式传感器的木结构内部空洞检测装置及方法
本专利技术涉及木结构建筑领域，特别是涉及基于可穿戴式传感器的木结构内部空洞检测装置及方法。
技术介绍
木结构采用生物质建筑材料，在正常服役过程中，易遭受白蚁侵蚀和环境湿度变化的影响，造成构件内部空洞和腐蚀，而内部空洞和腐蚀削弱了构件横截面的承载力，给结构带来极大的安全隐患。目前，对于服役中的木构件内部空洞和腐蚀的检测尚停留在半无损检测阶段。工程中常使用的方法是微钻阻力仪法和皮罗钉法。这两种方法采用特制钻头或探针钻进木构件中，通过钻进过程中的阻力判断木构件内部是否存在空洞或腐蚀。因此，提供一种基于可穿戴式传感器的木结构内部空洞检测装置及方法以对木结构内部空洞进行无损检测显得尤为必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供基于可穿戴式传感器的木结构内部空洞检测装置及方法，以解决现有技术中存在的技术问题，易于拆装，实用性及可靠性强，实现了对待测木结构内部空洞的无损检测，且有效提高了检测效率及检测结果的准确性。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供基于可穿戴式传感器的木结构内部空洞检测装置，包括：可穿戴式传感器、信号检测与分析装置，所述可穿戴式传感器与所述信号检测与分析装置电性连接；所述可穿戴式传感器包括连接带，所述连接带可拆卸围裹于所述待测木结构外部；所述连接带上设有若干个柔性PZT传感单元，每条所述连接带上所述柔性PZT传感单元的数量大于等于二，其中，任一所述柔性PZT传感单元作为驱动器，其他任一所述柔性PZT传感单元作为接收器；所述连接带包括硬质保护区和非硬质保护区，所述硬质保护区的位置与所述柔性PZT传感单元的位置相对应，所述硬质保护区的尺寸大于所述柔性PZT传感单元的尺寸；所述柔性PZT传感单元上电性连接有引线，所述引线与所述信号检测与分析装置电性连接。优选地，所述连接带为柔性织物带，所述柔性织物带两端采用搭扣连接。优选地，所述柔性织物带包括依次层叠设置的上织物层、下织物层，所述上织物层、下织物层沿所述可穿戴式传感器的长度方向通长，所述下织物层与所述待测木结构相接触；所述柔性PZT传感单元设于所述上织物层、下织物层之间，所述硬质保护区设于所述上织物层和/或所述下织物层。优选地，所述柔性PZT传感单元包括由上到下依次设置的上粘结层、柔性PZT单元、下粘结层、硬质粘结层，所述上粘结层与所述上织物层连接，所述硬质粘结层与所述下织物层连接。优选地，所述硬质粘结层的硬度大于所述上粘结层和/或所述下粘结层的硬度。优选地，所述柔性PZT单元采用熔融流延法制备的PvDF薄膜。优选地，所述连接带两端分别设有第一连接体、第二连接体，所述第一连接体为凸体结构，所述第二连接体为凹槽结构，所述凸体结构与所述凹槽结构的尺寸相匹配，所述第一连接体、第二连接体搭扣连接。优选地，所述硬质保护区的硬度大于所述非硬质保护区的硬度。本专利技术还提供基于可穿戴式传感器的木结构内部空洞检测方法，包括如下步骤：将所述可穿戴式传感器围裹在所述待测木结构的待测位置，并将所述引线与所述信号检测与分析装置电性连接；在所述驱动器上施加激励电信号，通过所述驱动器的逆压电效应在所述待测木结构中产生应力波；通过所述接收器接收穿过所述待测木结构横截面的应力波，并将接收到的应力波传输至所述信号检测与分析装置；基于接收到的应力波，通过所述信号检测与分析装置检测待测木结构内部空洞；其中，所述信号检测与分析装置采用基于短时傅里叶变换的深度神经网络检测待测木结构内部空洞。优选地，所述信号检测与分析装置检测待测木结构内部空洞的方法具体包括：首先，对接收到的应力波进行短时傅里叶变换，得到应力波的频谱图；其次，将经过短时傅里叶变换得到的频谱图输入到训练好的深度神经网络中，完成待测木结构内部空洞的检测。本专利技术公开了以下技术效果：(1)本专利技术可穿戴式传感器采用柔性织物带以及柔性PZT传感单元，能够适用于不同横截面形状的待测木结构，具有截面适用性强的优势；(2)本专利技术可穿戴式传感器柔性PZT传感单元设有硬质粘结层，且连接带上与柔性PZT传感单元相对应位置处设有硬质保护区，能够有效避免柔性PZT传感单元因曲率过大发生破坏，提高了可穿戴式传感器的可靠性；(3)本专利技术可穿戴式传感器采用搭扣连接，具有可拆卸、易连接的优势，且能够灵活应用于不同截面尺寸的待测木结构；(4)本专利技术可穿戴式传感器通过柔性PZT传感单元的正、逆压电效应获取待测木结构中产生的应力波，将穿过待测木结构横截面的应力波进行短时傅里叶变换，得到应力波的频谱图，并通过深度神经网络对应力波的频谱图进行特征提取，实现了对待测木结构内部空洞的无损检测，且有效提高了检测效率及检测结果的准确性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术可穿戴式传感器安装在待测木结构的结构示意图；图2为本专利技术可穿戴式传感器结构示意图；图3为本专利技术柔性PZT传感单元结构剖面图；图4为本专利技术DNN结构示意图；图中，1为待测木结构，2为可穿戴式传感器，11为硬质保护区，12为第一连接体，13为柔性PZT传感单元，14为引线，15为第二连接体，21为上织物层，22为上粘结层，23为柔性PZT单元，24为下粘结层，25为硬质粘结层，26为下织物层。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。参照图1-2所示，本实施例提供一种基于可穿戴式传感器的木结构内部空洞检测装置，用于对待测木结构1进行内部空洞检测，包括：可穿戴式传感器2、信号检测与分析装置，所述可穿戴式传感器2与所述信号检测与分析装置电性连接；所述可穿戴式传感器2包括连接带，所述连接带可拆卸围裹于所述待测木结构1外部；所述连接带上设有若干个柔性PZT传感单元13，每条所述连接带上所述柔性PZT(PiezoelectricTransducer，压电式换能器)传感单元13的数量大于等于二，其中，任一所述柔性PZT传感单元13作为驱动器，其他任一所述柔性PZT传感单元13作为接收器；所述连接带包括硬质保护区11和非硬质保护区，所述硬质保护区11的位置与所述柔性PZT传感单元13的位置相对应，所述硬质保护区11的尺寸大于所述柔性PZT传感单元13的尺寸；所述柔性PZT传感单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于可穿戴式传感器的木结构内部空洞检测装置，用于对待测木结构(1)进行内部空洞检测，其特征在于，包括：可穿戴式传感器(2)、信号检测与分析装置，所述可穿戴式传感器(2)与所述信号检测与分析装置电性连接；/n所述可穿戴式传感器(2)包括连接带，所述连接带可拆卸围裹于所述待测木结构(1)外部；所述连接带上设有若干个柔性PZT传感单元(13)，每条所述连接带上所述柔性PZT传感单元(13)的数量大于等于二，其中，任一所述柔性PZT传感单元(13)作为驱动器，其他任一所述柔性PZT传感单元(13)作为接收器；所述连接带包括硬质保护区(11)和非硬质保护区，所述硬质保护区(11)的位置与所述柔性PZT传感单元(13)的位置相对应，所述硬质保护区(11)的尺寸大于所述柔性PZT传感单元(13)的尺寸；所述柔性PZT传感单元(13)上电性连接有引线(14)，所述引线(14)与所述信号检测与分析装置电性连接。/n

【技术特征摘要】
1.基于可穿戴式传感器的木结构内部空洞检测装置，用于对待测木结构(1)进行内部空洞检测，其特征在于，包括：可穿戴式传感器(2)、信号检测与分析装置，所述可穿戴式传感器(2)与所述信号检测与分析装置电性连接；
所述可穿戴式传感器(2)包括连接带，所述连接带可拆卸围裹于所述待测木结构(1)外部；所述连接带上设有若干个柔性PZT传感单元(13)，每条所述连接带上所述柔性PZT传感单元(13)的数量大于等于二，其中，任一所述柔性PZT传感单元(13)作为驱动器，其他任一所述柔性PZT传感单元(13)作为接收器；所述连接带包括硬质保护区(11)和非硬质保护区，所述硬质保护区(11)的位置与所述柔性PZT传感单元(13)的位置相对应，所述硬质保护区(11)的尺寸大于所述柔性PZT传感单元(13)的尺寸；所述柔性PZT传感单元(13)上电性连接有引线(14)，所述引线(14)与所述信号检测与分析装置电性连接。


2.根据权利要求1所述的基于可穿戴式传感器的木结构内部空洞检测装置，其特征在于，所述连接带为柔性织物带，所述柔性织物带两端采用搭扣连接。


3.根据权利要求2所述的基于可穿戴式传感器的木结构内部空洞检测装置，其特征在于，所述柔性织物带包括依次层叠设置的上织物层(21)、下织物层(26)，所述上织物层(21)、下织物层(26)沿所述可穿戴式传感器(2)的长度方向通长，所述下织物层(26)与所述待测木结构(1)相接触；所述柔性PZT传感单元(13)设于所述上织物层(21)、下织物层(26)之间，所述硬质保护区(11)设于所述上织物层(21)和/或所述下织物层(26)。


4.根据权利要求3所述的基于可穿戴式传感器的木结构内部空洞检测装置，其特征在于，所述柔性PZT传感单元(13)包括由上到下依次设置的上粘结层(22)、柔性PZT单元(23)、下粘结层(24)、硬质粘结层(25)，所述上粘结层(22)与所述上织物层(21)连接，所述硬质粘结层(25)与所述下织物层(26)连接。
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈琳，熊海贝，孔庆钊，李修权，桑笑晗，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31