集光纖和聲發(fā)射傳感為一體的結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種集光纖和聲發(fā)射傳感為一體的結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)系統(tǒng)，包括傳感單元、信號(hào)采集單元和預(yù)警單元；傳感單元由拉格光纖傳感器和聲發(fā)射壓電傳感器組成，光纖傳感器和聲發(fā)射傳感器布設(shè)在結(jié)構(gòu)表面，并將采集到的光信號(hào)和電信號(hào)傳到預(yù)警單元，預(yù)警單元包括主機(jī)、無(wú)線收發(fā)芯片CC1101和報(bào)警器。利用了光纖傳感的靈敏性和抗干擾性的特點(diǎn)，準(zhǔn)確的檢測(cè)建筑檢測(cè)部件因施工，溫度，地震和其他因素引發(fā)的應(yīng)變，同時(shí)，利用聲發(fā)射傳感器對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)斷裂后進(jìn)行檢測(cè)，以判斷建筑的安全性和指導(dǎo)建筑的修復(fù)。本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)的健康檢測(cè)的單指標(biāo)性和時(shí)間性限制的缺陷，可以提供全壽命的健康檢測(cè)信息。
【專利說(shuō)明】
集光纖和聲發(fā)射傳感為一體的結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種新型的結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)技術(shù)，適用于鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)。其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域廣泛，包括大跨結(jié)構(gòu)的機(jī)場(chǎng)、橋梁、車站、廠房、會(huì)議及體育場(chǎng)館等結(jié)構(gòu)；同時(shí)該技術(shù)也可以用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的小型構(gòu)件的試驗(yàn)研究等。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖傳感器的基本工作原理是將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調(diào)制器，使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)(如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等)發(fā)生變化，成為被調(diào)制的信號(hào)光，在經(jīng)過(guò)光纖送入光探測(cè)器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測(cè)參數(shù)，其在測(cè)試結(jié)構(gòu)的應(yīng)變方面有著極高的靈敏度，因此也被大量的應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的健康檢測(cè)的前期的應(yīng)變監(jiān)測(cè)中。
[0003]聲發(fā)射(AcousticEmiss1n簡(jiǎn)稱AE)又稱應(yīng)力波發(fā)射，是材料或零部件受力作用產(chǎn)生變形、斷裂，或內(nèi)部應(yīng)力超過(guò)屈服極限而進(jìn)入不可逆的塑性變形階段，以瞬態(tài)彈性波形式釋放應(yīng)變能的現(xiàn)象。這種彈性波以聲波形式存在，頻率范圍很寬包括數(shù)赫茲到數(shù)兆赫茲，該技術(shù)能夠?qū)Y(jié)構(gòu)缺陷、裂紋進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)損傷進(jìn)行定位及判定損傷的發(fā)展趨勢(shì)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型基于先進(jìn)的光纖光柵傳感和聲發(fā)射傳感技術(shù)提出了一種集光纖和聲發(fā)射傳感為一體的結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有光纖傳感對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)變的高靈敏性、抗干擾性和聲敏傳感器對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫的有效的定位，本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)光纖光信號(hào)和聲發(fā)射電信號(hào)的有效結(jié)合，充分利用了二者對(duì)應(yīng)變和定位的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，克服了傳統(tǒng)的健康檢測(cè)的單指標(biāo)性和時(shí)間性限制的缺陷，可以提供全程的和全面的健康檢測(cè)信息。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出的一種集光纖和聲發(fā)射傳感為一體的結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)系統(tǒng)，包括傳感單元、信號(hào)采集單元和預(yù)警單元;所述傳感單元由光纖傳感器和聲發(fā)射傳感器組成，所述光纖傳感器和聲發(fā)射傳感器布設(shè)在結(jié)構(gòu)表面，并與所述信號(hào)采集單元連接;所述信號(hào)采集單元采用雙通道采集系統(tǒng)，用于同時(shí)采集光纖傳感器采集到的光信號(hào)和聲發(fā)射傳感器采集到的電信號(hào)，并將采集到的光信號(hào)和電信號(hào)傳到所述預(yù)警單元，所述預(yù)警單元包括主機(jī)、無(wú)線收發(fā)芯片CCllOl和報(bào)警器。
[0006]所述光纖傳感器為布拉格光纖傳感器，所述聲發(fā)射傳感器為聲發(fā)射壓電傳感器。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0008]本實(shí)用新型將光纖傳感和聲發(fā)射傳感集為一體，形成一種有效的結(jié)構(gòu)的健康檢測(cè)系統(tǒng)，一方面利用了光纖傳感的靈敏性和抗干擾性的特點(diǎn)，準(zhǔn)確的檢測(cè)建筑檢測(cè)部件因施工，溫度，地震和其他因素引發(fā)的應(yīng)變，從而控制結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)之前的結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)。另一方面，利用聲敏傳感器對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)斷裂后進(jìn)行檢測(cè)，可以有效的定位裂縫，預(yù)測(cè)開裂的發(fā)展程度和趨勢(shì)，從而提供準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)信息，以判斷建筑的安全性和指導(dǎo)建筑的修復(fù)。本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)的健康檢測(cè)的單指標(biāo)性和時(shí)間性限制的缺陷，可以提供全程的和全面的健康檢測(cè)信息。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，所描述的具體實(shí)施例僅對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行解釋說(shuō)明，并不用以限制本實(shí)用新型。
[0011]如圖1所示，本實(shí)用新型一種集光纖和聲發(fā)射傳感為一體的結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)系統(tǒng)，包括傳感單元、信號(hào)采集單元和預(yù)警單元;所述傳感單元由布拉格光纖傳感器和聲發(fā)射壓電傳感器組成;所述信號(hào)采集單元采用雙通道采集系統(tǒng)，用于同時(shí)采集光纖傳感器采集到的光信號(hào)和聲發(fā)射傳感器采集到的電信號(hào)，并將采集到的光信號(hào)和電信號(hào)傳到預(yù)警單元;所述預(yù)警單元包括主機(jī)、無(wú)線收發(fā)芯片CCllOl和報(bào)警器，主機(jī)可以是臺(tái)式機(jī)或者筆記本。本實(shí)用新型中各單元的工作原理如下:
[0012]傳感單元由光纖傳感器和聲發(fā)射傳感器聯(lián)合組成，二者由預(yù)警單元控制協(xié)同工作。檢測(cè)工作開始時(shí)光纖傳感器首先開啟，主要針對(duì)檢測(cè)結(jié)構(gòu)的前期進(jìn)行變形檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到的變形超過(guò)所設(shè)的閾值時(shí)，光纖傳感器退出工作并立刻激發(fā)啟動(dòng)聲發(fā)射傳感器進(jìn)入工作，從而進(jìn)行后期開裂破壞等階段的檢測(cè)，直到檢測(cè)結(jié)束;傳感單元通過(guò)數(shù)據(jù)線連接到采集單元。信號(hào)采集單元為雙通道采集系統(tǒng)可同時(shí)采集光纖傳感的光信號(hào)和聲發(fā)射采集到的電信號(hào)，并將采集到的信號(hào)傳到預(yù)警單元。
[0013]本實(shí)用新型的工作過(guò)程是:當(dāng)檢測(cè)開始后，信號(hào)采集單元將采集到的信號(hào)傳輸?shù)皆擃A(yù)警單元，該預(yù)警單元收到信號(hào)后首先對(duì)其進(jìn)行濾波分析，從而減少噪音信號(hào)的影響，光纖傳感器檢測(cè)的光信號(hào)反應(yīng)為結(jié)構(gòu)的應(yīng)變，聲發(fā)射傳感器檢測(cè)電信號(hào)反應(yīng)為結(jié)構(gòu)的事件發(fā)生率，如果接收的信號(hào)正常，則信號(hào)采集單元繼續(xù)工作，如果超過(guò)閾值，預(yù)警單元報(bào)警，并停止檢測(cè)工作。需要說(shuō)明的是:上述工作過(guò)程中涉及到的將光纖傳感器檢測(cè)的光信號(hào)反應(yīng)為結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、將聲發(fā)射傳感器檢測(cè)電信號(hào)反應(yīng)為結(jié)構(gòu)的事件發(fā)生率、及不同結(jié)構(gòu)的預(yù)警應(yīng)變閾值和預(yù)警事件發(fā)生率閾值的設(shè)定均屬于本技術(shù)領(lǐng)域公知常識(shí)。
[0014]盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種集光纖和聲發(fā)射傳感為一體的結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)系統(tǒng)，包括傳感單元、信號(hào)采集單元和預(yù)警單元;其特征在于: 所述傳感單元由光纖傳感器和聲發(fā)射傳感器組成，所述光纖傳感器和聲發(fā)射傳感器布設(shè)在結(jié)構(gòu)表面，并與所述信號(hào)采集單元連接;所述信號(hào)采集單元采用雙通道采集系統(tǒng)，用于同時(shí)采集光纖傳感器采集到的光信號(hào)和聲發(fā)射傳感器采集到的電信號(hào)，并將采集到的光信號(hào)和電信號(hào)傳到所述預(yù)警單元，所述預(yù)警單元包括主機(jī)、無(wú)線收發(fā)芯片CCllOl和報(bào)警器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種集光纖和聲發(fā)射傳感為一體的結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖傳感器為布拉格光纖傳感器，所述聲發(fā)射傳感器為聲發(fā)射壓電傳感器。
【文檔編號(hào)】G01N21/17GK205449784SQ201521104159
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年12月24日
【發(fā)明人】徐杰, 韓慶華
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)