一种应用于隔震支座上的健康监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种应用于隔震支座上的健康监测装置，为由上下两部分构成的环形结构，安装在隔震支座外围；上下两部分分别为振动能量收集组件与振动信号收集组件，两者均由交替层叠设置的压电单元与橡胶隔离垫片构成

【技术实现步骤摘要】
一种应用于隔震支座上的健康监测装置


[0001]本专利技术涉及一种无源压电无线传感装置，尤其涉及一种应用于隔震支座上的健康监测装置
。

技术介绍

[0002]压电材料具有压电效应，分为正压电效应和逆压电效应
。
正压电效应是指压电材料由于形变而产生电极化的现象，反之对压电材料施加电压，使之产生机械能的现象称为逆压电效应
。
因此，压电材料利用压电效应俘能的原理即是利用压电材料机电耦合的特性，直接将机械振动产生的机械能转化为电能
。
[0003]隔震支座是指结构为达到隔震要求而设置的支承装置，是在上部结构与地基之间增加隔震层，安装隔震支座，起到与地面的软连接，通过这样的技术，可以把地震
80
％左右的能量抵消掉
。
隔震支座作为建筑安全的重要保障，当前隔震支座还开始大量布置于地铁站
、
火车站和机场航站楼中，除了用来作为竖向支撑结构，还用来显著的提高这些重要建筑的抗震性能
。
隔震支座需要进行健康检测，然而由于无线传感器的能源问题，当前很难实现隔震支座的实时监测
。

技术实现思路

[0004]针对上述隔震支座实时监测困难问题，本专利技术提出一种设计合理，简易高效的应用于隔震支座上的健康监测装置，在对隔震支座进行振动监测的同时还可以将振动能转换为电能，无需外部供电就能实现监测信号的无线传输，实现了对隔震支座振动的无源无线监测
。
[0005]本专利技术应用于隔震支座上的健康监测装置，包括振动能量收集组件
、
振动信号收集组件与信号调理与发射组件
。
[0006]所述振动能量收集组件与振动信号收集组件各自均为交替层叠固定的环形压电单元与环形橡胶隔离垫片，且压电单元与环形橡胶隔离垫片同轴设置，形成筒状结构；同时振动能量收集组件与振动信号收集组件中各压电单元间接线并联
。
振动能量收集组件与振动信号收集组件两者间进一步同轴固定，形成整体筒状结构，套于隔振支座外围，两端与隔震支座上下连接板固定
。
[0007]由此，在隔振支座发生纵向振动时，振动能量收集组件中压电单元间的接线可将交流电引出至整流器，由整流器将交流电转换为直流电，进一步通过转换电路将电压转换为信号调制与发射组件需要的工作电压，实现健康监测装置的自供电
。
振动信号收集组件中压电单元间的接线将电信号引出至信号调制与发射组件进行调制后发送到远程信号采集装置，最终实现对隔震支座振动的无源无线监测
。
[0008]本专利技术的优点在于：
[0009]1、
本专利技术应用于隔震支座上的健康监测装置，与现有技术相比，本申请解决了传统上用无线传感器对隔震支座进行健康监测的供能问题，实现了无源无线传感，从而实现
了隔震支座的实时检测
。
[0010]2、
本专利技术应用于隔震支座上的健康监测装置中，能量收集单元可以吸收外部振动能，在把其转化成电能为信号收集单元供电的同时，减少了隔震支座所承受的外部振动能，可以降低隔震结构的振动，从而降低上部结构的振动
。
[0011]3、
本专利技术应用于隔震支座上的健康监测装置，安装于隔震支座外围，且没有外部接线，安装简单，维护方便
。
附图说明
[0012]图1为本专利技术健康检测装置整体结构剖面图
。
[0013]图2为本专利技术健康检测装置整体结构原理图
。
[0014]图3为本专利技术健康检测装置中压电单元结构断面图
。
[0015]图4为本专利技术健康检测装置整体外部结构示意图
。
[0016]图中：
[0017]1‑
振动能量收集组件
ꢀꢀꢀꢀꢀ2‑
振动信号收集组件
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ3‑
信号调理与发射组件
[0018]4‑
压电单元
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
橡胶隔离垫片
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ6‑
整流器
[0019]7‑
DC\DC
转换电路
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
301
‑
信号放大器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
302
‑
振荡器
[0020]303
‑
调制器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
304
‑
发射天线
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
401
‑
铜电极板
A
[0021]402
‑
压电陶瓷片组
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
403
‑
铜电极板
B
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
404
‑
外伸焊接部
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明
。
[0023]本专利技术应用于隔震支座上的健康监测装置是一种应用于隔震支座的无源压电传感装置，由振动能量收集组件
1、
振动信号收集组件2与信号调理与发射组件3构成，如图
1、
图2所示
。
[0024]所述振动能量收集组件1与振动信号收集组件2均由多个压电单元4及多个橡胶隔离垫片5构成，振动能量收集组件1还包括整流器6与
DC/DC
转换电路
7。
其中多个压电单元4与多个橡胶隔离垫片5交替层叠设置，之间通过环氧树脂胶层连接
。
压电单元4与橡胶隔离垫片5为等内径环形结构，内径尺寸应大于隔震支座外径尺寸，且同轴，形成整体筒状结构
。
橡胶隔离垫片5由聚氨酯橡胶制作而成，厚度设计为
10mm
左右，适用于对较大荷载
、
冲击或振动有更高要求的应用，能够提供更高的减震
、
隔振和承载能力
。
[0025]所述振动能量收集组件1中，压电单元4的数量为
10
～
20
，具体数量与整流器及信号调理与发射组件3中的振动器和调制器等元件的工作功率相关；振动信号收集组件中的压电单元4数量与信号调理与发射组件所需信号强度相关
。
压电单元4的具体结构设计为：
[0026]如图3所示，压电单元4为由从上至下设置的铜电极板
A401、
压电陶瓷片组
402、
铜电极板
B403
构成的三层结构，各层之间通过环氧树脂胶层连接
。
[0027]其中，压电陶瓷片组
402
为上下布置的三层厚度为
10mm
的
PZT
‑
5H
全电极压电陶瓷片，通过粘接共烧工艺形成整体结构；压电陶瓷片组
402
的电极即铜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种应用于隔震支座上的健康监测装置，其特征在于：包括振动能量收集组件
、
振动信号收集组件与信号调理与发射组件；所述振动能量收集组件与振动信号收集组件各自均为交替层叠固定的环形压电单元与环形橡胶隔离垫片构成，且压电单元与环形橡胶隔离垫片同轴设置，形成筒状结构；同时振动能量收集组件与振动信号收集组件中各压电单元间接线并联；上述结构的振动能量收集组件与振动信号收集组件两者间进一步同轴固定，形成整体筒状结构，套于隔振支座外围，两端与隔震支座上下连接板固定；在隔振支座发生纵向振动时，振动能量收集组件中压电单元间的接线将交流电引出至整流器，由整流器将交流电转换为直流电，进一步通过转换电路将电压转换为信号调制与发射组件需要的工作电压；振动信号收集组件中压电单元间的接线将电信号引出至信号调制与发射组件进行调制后发送到远程信号采集装置
。2.
如权利要求1所述一种应用于隔震支座上的健康监测装置，其特征在于：压电单元为从上至下设置的铜电极板
A、
压电陶瓷片组
、
铜电极板
B
构成的三层结构；其中，压电陶瓷片组为上下布置的三层全电极压电陶瓷片；铜电极板
A
与铜电极板
B
作为压电陶瓷片组的电极，内圈位置外伸焊接部，用于接线
。3.
如权利要求1所述一种应用于隔震支座上的健康监测装置，其特征在于：振动能量收集组件底端与振动信号收...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛涛，陈亚东，陈左，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：