一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于桥梁工程安全技术领域，具体为一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置，包括仿生传感元件、传感元件夹具、数据采集单元、供电单元、数据无线传输单元、服务器、监测数据分析系统；所述传感元件夹具由铜制成；所述数据采集单元包括控制器、滤波器、数据存储器；所述供电单元包括太阳能板、铅蓄电池、逆变器，分别与数据采集单元、数据无线传输单元相连，其结构合理，具有安装简单、灵敏度高、监测范围大、自动化程度高、传感元件价格低廉、适用范围广的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置
本专利技术涉及桥梁工程安全
，具体为一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置。
技术介绍
桥梁服役环境日趋复杂严苛，随着服役年限的增长，桥梁工程安全问题日益凸显，桥梁垮塌事故造成巨大生命财产损失和恶劣的社会影响。因此，针对既有桥梁的长期安全监控是保证其具备良好的服役性能及服务功能的重要工作。梁体裂缝是桥梁结构安全性评价的主要指标，也是桥梁相关规范如技术状况评定及耐久性评价规程中重要的量化指标。因此，准确检测桥梁表面混凝土材料的应变，是判断梁体开裂前后状态的关键。现有桥梁表面应变及裂缝监控技术主要依赖应变计配合裂缝观测仪、光纤光栅应变/裂缝计。应变计的监控范围约为15厘米，监测范围较小，当监测应变达到混凝土极限应变后需要配合裂缝观测仪对裂缝宽度进行测试，依赖人工；光纤光栅应变/裂缝计的感知范围约为20厘米，监测范围较小，且量程有限，当混凝土表面裂缝达到0.2毫米时容易断裂；此外，现阶段常用的裂缝检测技术主要利用桥梁检测车、升降车对桥梁表面进行近距离观测，需要巨大人力物力且测试难度大、主观性强、精度差。综上，现有桥梁应变及裂缝测试技术难以全程监控梁体裂缝的发展过程，监控范围有限且测试灵敏度较低。为此，我们提出一种新型的基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置解决上述问题。
技术实现思路
本部分的目的在于概述本专利技术的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。针对现有技术缺陷，本专利技术提供一种基于高性能仿生柔性传感元件的桥梁应变及裂缝检测方法及装置，具有安装简单、灵敏度高、监测范围大、自动化程度高、传感元件价格低廉、适用范围广的优势。为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了如下技术方案：一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置，其包括：仿生传感元件、传感元件夹具、数据采集单元、供电单元、数据无线传输单元、服务器、监测数据分析系统；所述传感元件夹具由铜制成；所述数据采集单元包括控制器、滤波器、数据存储器；所述供电单元包括太阳能板、铅蓄电池、逆变器，分别与数据采集单元、数据无线传输单元相连。作为本专利技术所述的一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置的一种优选方案，其中：包括如下步骤：步骤一：在待监测桥梁待测位置布设高性能仿生传感元件；步骤二：数据采集单元将实时获取多路传感元件采集到的数据，并由数据无线传输模块发送至服务器；步骤三：最终由监测数据分析系统接收并通过计算识别桥梁应变及裂缝。作为本专利技术所述的一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置的一种优选方案，其中：所述的仿生传感元件是一种柔性碳基导电高分子材料，分为导电涂层及基底层，所述仿生传感元件的导电涂层由导电碳基纳米材料与粘合剂制成；所述仿生传感元件的基底由绝缘的轻质高分子材料构成；所述导电涂层设置有若干个仿生缝；所述仿生缝为基于蝎子缝感受器仿生而成。作为本专利技术所述的一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置的一种优选方案，其中：所述的仿生传感元件长50厘米，宽10厘米，厚300微米；所述仿生缝长10～200微米，深度约10～30微米，仿生缝之间的距离为5～10厘米。作为本专利技术所述的一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置的一种优选方案，其中：所述监测数据分析系统可以自动计算桥梁应变及裂缝数据；由于仿生传感元件导电涂层的电阻增量与其自身发生的微小形变呈线性关系，故其电阻增量即可反映桥梁局部形变，进而计算桥梁应变，识别桥梁裂缝。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过将多个覆盖范围大、敏感性高的仿生传感元件布设于待监测桥梁底板、腹板及墩柱表面，并有数据采集单元实时获取多路传感元件采集到的数据，并由无线传输模块发送至服务器，由数据分析系统接收，最终可以实现桥梁表面应变及裂缝的实时监测，并能够自动对既有桥梁运营状态进行预警及报警，具有安装简单、灵敏度高、监测范围大、自动化程度高、价格低廉、适用范围广的优势，为桥梁健康监控及技术状况评定提供前提，有利于既有桥梁结构保证其自身的服役性能及服务功能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本专利技术进行详细说明，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方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1是根据本专利技术实施例的基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测装置的结构示意图。图2是电子显微镜观察到的蝎子跗骨关节处缝感受器的孔缝组分布图。具体实施方式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，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施方式的限制。其次，本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。实施例1具体地，在待检测桥梁待监测部位的底板、腹板及墩柱的混凝土表面打磨平整，并敷设数个基于仿生原理的柔性碳基导电高分子材料传感元件；值得说明的是，可选地，该仿生传感元件设计成长50厘米，宽10厘米，厚300微米；所述仿生缝长10～200微米，深度约10～30微米，仿生缝之间的距离为5～10厘米。每个仿生传感元件两端连接线缆与数据采集单元相连，所述数据采集单元包括控制器、数据存储器、滤波器，数据采集单元(可以实时采集每路仿生传感元件的监测数据，发送至滤波器进行滤波；由控制器控制采样频率，滤波方式。数据采集单元实时获取多路传感元件采集到的数据后，并由数据无线传输单元发送至指定IP地址或域名的服务器中。供电单元分别与数据采集单元、数据无线传输单元相连，所述供电单元包括太阳能板，电能储存于铅蓄电池中，并由逆变器转变为数据采集单元、数据无线传输单元所需的220伏特交流电。本实施例中，监测数据分析系统在从服务器接收到多路仿生传感元件采集到的数据后，还包括综合识别桥梁应变及裂缝的步骤，所述综合识别桥梁应变及裂缝具体指：根据所述仿生传感元件的电阻阻值增量与自身形变在小变形范围内存在线性变化规律，即：ΔL＝k×ΔR其中ΔL为仿生传感元件的弹性变形，k为比例系数，ΔR为仿生传感元件的电阻增量。据此可将仿生传感器元件的电阻阻值增量转化为梁体表面形变，进而转化为梁体表面的应变，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测装置，其特征在于：包括：仿生传感元件、传感元件夹具、数据采集单元、供电单元、数据无线传输单元、服务器、监测数据分析系统；所述传感元件夹具由铜制成；所述数据采集单元包括控制器、滤波器、数据存储器；所述供电单元包括太阳能板、铅蓄电池、逆变器，分别与数据采集单元、数据无线传输单元相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测装置，其特征在于：包括：仿生传感元件、传感元件夹具、数据采集单元、供电单元、数据无线传输单元、服务器、监测数据分析系统；所述传感元件夹具由铜制成；所述数据采集单元包括控制器、滤波器、数据存储器；所述供电单元包括太阳能板、铅蓄电池、逆变器，分别与数据采集单元、数据无线传输单元相连。


2.根据权利要求1所述的一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：在待监测桥梁待测位置布设高性能仿生传感元件；
步骤二：数据采集单元将实时获取多路传感元件采集到的数据，并由数据无线传输模块发送至服务器；
步骤三：最终由监测数据分析系统接收并通过计算识别桥梁应变及裂缝。


3.根据权利要求1所述的一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张禹维，韩志武，程永春，谭国金，张俊秋，侯涛，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22