一种基于压电传感阵列的深水环境水工建筑物缺陷探测的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于压电传感阵列的深水环境水工建筑物缺陷探测的方法，包括步骤一、制备柔性压电传感器阵列，步骤二、组装探测设备：将压电传感器阵列安装在ROV机器人上，并装载好声呐定位系统，然后做好防水和深水负压处理；步骤三、远程操控探测设备在水下探测；步骤四、数据处理、缺陷识别。该设备的柔性压电传感器阵列置入柔性发电层，可以实现自供能，大大减少了检修次数，增强了设备的使用时限。该方法设备灵活多变，灵敏度高，能够实现深水环境水工建筑物损伤变形的无人无损检测。境水工建筑物损伤变形的无人无损检测。境水工建筑物损伤变形的无人无损检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电传感阵列的深水环境水工建筑物缺陷探测的方法


[0001]本专利技术水下建筑物缺陷探测
，具体涉及一种基于压电传感阵列的深水环境水工建筑物缺陷探测的方法。

技术介绍

[0002]水工建筑物在控制和调节水流、泄洪、发电、灌溉等方面都有影响。水工建筑物不可避免的会有部分置于水下，长时间的水流的冲刷，水中一些污染物的腐蚀等原因会导致部分水工建筑物存在孔洞缺陷，这将直接影响到建筑物的质量和安全，也在很大程度上对水工建筑物的服役年限造成影响。因此，在水工建筑物服役期间，需要对建筑物的变形、损伤、缺陷等定期进行探测和检验。
[0003]由于水工建筑物的底部水深负压力过大，深水下环境无法轻易探测，以及一些安全因素导致不太适宜人类自行去进行探测，然而仅仅是借助一些普通的工具也很难实现深水下水工建筑物的一些孔洞缺陷探测。
[0004]基于上述问题，目前出现了如下几种检测水下建筑物孔洞缺陷的方法：
[0005](1)红外无损检测：根据物体的红外辐射——表面温度——材料特性三者之间的内在关系，借助红外热像仪把来自目标的红外辐射转变为可见的热图像，通过热图像特性分析，进而达到推断物体内部是否存在缺陷的目的，但其缺点是：穿透力差，仅能对物料表面进行测定。
[0006](2)X射线检测：采用x射线设备透射阶梯标准规和目标实物,获取阶梯标准规和目标实物的清晰影像，通过目视对比清晰影像中阶梯标准规中的与目标实物同一厚度的阶梯层上的孔洞大小与目标实物上的孔洞大小一一进行对比，得到目标实物上的孔洞的大小，得到目标实物的密封程度，然而，其存在的体积型缺陷和面积型缺陷使得检测有了很大的不确定性。
[0007](3)微波检测：利用微波矢量网络分析仪对建筑物进行检测，获得反射波峰等一系列信号，通过反傅里叶变换，计算得出时域信号，对比得出结论。但是成本昂贵，过程繁琐，对大批量的水工建筑物的孔洞缺陷检测带来了不便。
[0008]上述三种检测方法都存在一些问题，因此需要研究出更好的深水环境水工建筑物孔洞缺陷探测的方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种基于压电传感阵列的深水环境水工建筑物缺陷探测的方法，解决现有技术中很难实现对深水下水工建筑物孔洞缺陷探测的技术问题。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0011]基于压电传感阵列的深水环境水工建筑物缺陷探测的方法，包括如下步骤：
[0012]步骤一、制备柔性压电传感器阵列：
[0013]所述柔性压电传感阵列包括柔性保护膜、柔性绝缘层和压电传感阵列层；压电传感阵列层布置在柔性保护膜上，消除外部压力的应力集中，实现各传感元件的压电信号平顺过渡；柔性绝缘膜对压电传感阵列层和柔性保护膜进行封装，实现深水环境的隔水密封和电信号绝缘；
[0014]步骤二、组装探测设备：
[0015]将压电传感器阵列安装在ROV机器人上，并装载好声呐定位系统，然后做好防水和深水负压处理；
[0016]步骤三、远程操控探测设备在水下探测：
[0017]通过远程控制平台控制载有压电传感阵列的ROV机器人下行到需要探测的深水区域，并靠近深水建筑物；利用声呐定位系统，辅助确定水下环境水工建筑物的宏观轮廓，进而确定探测设备固定或悬停位置，以及结构所需探测缺陷的部位，做好防水工作，以延长声呐、机器人和压电阵列的使用寿命，做好深水负压处理，记载好水压力基准值，避免探测误差。所述ROV机器人为现有技术，不再赘述。
[0018]机器人的机械臂带动压电传感器阵列与建筑物的待检测部位触碰，水下建筑物某个位置中间凹陷时，则压电传感器阵列中的各压电元件与建筑物的接触时压力将出现差别，该差别由压电传感元件的压电效应转化为电信号，并传递给控制器终端；
[0019]步骤四、数据处理、缺陷识别：
[0020]控制器终端接收到由压电传感器阵列传送的电信号，并经信号去噪、补偿和阵列分析重构水工建筑物的表面形态，还原出水下建筑物的形状，对照水工建筑物的设计图纸，通过对结构全局、细部的损伤、变形进行分析和对比，从而获得孔洞缺陷的位置和孔洞形状等较为具体准确的信息，实现缺陷识别。
[0021]进一步改进，所述压电传感阵列层由m行n列共m
×
n个压电驻极体薄膜传感元件组成，各传感元件固定在柔性基板上，m、n均为大于等于3的正整数；
[0022]每一个压电传感元件的上下两个表面对称位置覆盖导电电极，各电极通过导线连接至信号接收器。
[0023]进一步改进，所述步骤四中对电信号进行分析基于函数模型f(x，a，b，c， d)，如下列函数关系式(1)，
[0024]Ψ(y)＝ax+bx2+csinx+dlnx
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0025]其中，x为反馈的电信号，Ψ(y)为形变量，a，b，c，d为系数；
[0026]模通过大量的实验数据进行拟合构建该函数模型，采用最小二乘法计算得出函数关系式(1)中的系数a、b、c和d，从而确定深水条件下压电传感阵列所反馈的电信号和物体形变的函数关系。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0028]1、该设备的柔性压电传感器阵列置入柔性发电层，可以实现自供能，大大减少了检修次数，增强了设备的使用时限。
[0029]2、该方法设备制作较为简易，成本较低，为定期检测水工建筑物孔洞缺陷这一必要要求减轻了经济上的负担，也提供了技术上的支持。
[0030]3、该方法设备灵活多变，灵敏度高，能够实现深水环境水工建筑物损伤变形的无人无损检测。
附图说明
[0031]图1为本专利技术所述柔性压电传感器阵列结构示意图。
[0032]图2为利用本专利技术所述探测设备检测水工建筑物缺陷探测原理图。
[0033]图3本专利技术所述探测方法的流程图。
具体实施方式
[0034]下面结合本专利技术中的附图。对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]如图1
‑
3所示，基于压电传感阵列的深水环境水工建筑物缺陷探测的方法，包括如下步骤：
[0036]步骤一、制备柔性压电传感器阵列：
[0037]如图1所示，所述柔性压电传感阵列1包括柔性保护膜12、柔性绝缘层13 和压电传感阵列层11；压电传感阵列层布置在柔性保护膜上，消除外部压力的应力集中，实现各传感元件的压电信号平顺过渡；柔性绝缘膜对压电传感阵列层和柔性保护膜进行封装，实现深水环境的隔水密封和电信号绝缘。
[0038]压电传感阵列层包括柔性基底以及多层无机层和多层金属层在所述柔性基底上堆叠形成的多个薄膜晶体管，其中，至少一层无机层图案化形成多个包含薄膜晶体管的岛状结构，相邻岛状结构之间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于压电传感阵列的深水环境水工建筑物缺陷探测的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、制备柔性压电传感器阵列：所述柔性压电传感阵列包括柔性保护膜、柔性绝缘层和压电传感阵列层；压电传感阵列层布置在柔性保护膜上，柔性绝缘膜对压电传感阵列层和柔性保护膜进行封装，实现深水环境的隔水密封和电信号绝缘；步骤二、组装探测设备：将压电传感器阵列安装在ROV机器人上，并装载好声呐定位系统，然后做好防水和深水负压处理；步骤三、远程操控探测设备在水下探测：通过远程控制平台控制载有压电传感阵列的ROV机器人下行到需要探测的深水区域，并靠近深水建筑物；利用声呐定位系统，辅助确定水下环境水工建筑物的宏观轮廓，进而确定探测设备固定或悬停位置，机器人的机械臂带动压电传感器阵列与建筑物的待检测部位触碰，水下建筑物某个位置中间凹陷时，则压电传感器阵列中的各压电元件与建筑物的接触时压力将出现差别，该差别由压电传感元件的压电效应转化为电信号，并传递给控制器终端；步骤四、数据处理、缺陷识别：控制器终端接收到由压电传感器阵列传送的电信号，并经信号去噪、补偿和阵列分析重构水工建筑物的表面形态，还原出水下建筑物的形...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚琳，黄之源，宋楠，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：