基于壓電陶瓷的預應力管道壓漿密實性監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于壓電陶瓷技術的預應力管道壓漿密實性的監(jiān)測方法，其包括步驟：在預應力管道外壁頂部粘結壓電陶瓷傳感器，在預應力管道外壁底部相應位置粘結壓電陶瓷驅動器，在預應力管道外壁與驅動器或傳感器之間均設有絕緣層；利用任意信號函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生激勵信號，采用高壓信號放大器將激勵信號放大，利用放大的激勵信號對壓電陶瓷驅動器進行激勵，使預應力管道內(nèi)部產(chǎn)生應力波，應力波對壓電陶瓷傳感器作用產(chǎn)生電信號；利用高頻信號采集系統(tǒng)采集傳感器產(chǎn)生的電信號，利用小波包能量分析方法來判斷預應力管道壓漿密實性。本發(fā)明方法能精確快速的找到壓漿不密實的位置，反應靈敏、操作簡便、成本低廉。
【專利說明】基于壓電陶瓷的預應力管道壓漿密實性監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及預應力混凝土結構監(jiān)測領域，更具體涉及一種基于壓電陶瓷技術的預應力管道壓漿密實性的監(jiān)測方法。
【背景技術】
[0002]預應力混凝土結構孔道壓漿效果對保證預應力的可靠性至關重要，漿體與預應力管道之間的粘結是否完好直接影響預應力混凝土橋梁的耐久性和安全性。但由于壓漿工藝和某些人為因素，預應力管道壓漿常不飽滿，導致預應力鋼筋沒有完全被漿體包裹起來，而且預應力筋一旦銹蝕不能馬上被發(fā)現(xiàn)，可能使氯化鈉、水、空氣大量進入管道內(nèi)部，造成預應力筋銹蝕、斷面銳減、斷絲及內(nèi)力損失嚴重等致命的質(zhì)量問題，最終導致預應力失效，有效預應力不足，由此可導致預應力混凝土橋梁發(fā)生垮塌，造成極大經(jīng)濟損失。
[0003]目前對預應力管道壓漿質(zhì)量的監(jiān)測方法主要有地質(zhì)雷達法、沖擊回波法和超聲波法。而由于金屬預應力管道和密集鋼束屏蔽干擾及介電常數(shù)難以精確等問題限制了地質(zhì)雷達法在預應力管道壓漿密實性監(jiān)測的應用；沖擊回波法監(jiān)測效率低且沖擊回波掃描設備對被測面的表面光滑度和平整程度均有較高要求，在表面情況惡劣時容易出現(xiàn)信號丟失的測試點，造成對測試結果難以判斷；而應用較廣泛的超聲波法同樣存在不足之處，例如受混凝土強度等級、波紋管的類型、以及混凝土與傳感器之間的耦合等多方面因素的影響產(chǎn)生很多干擾波，檢測結果受人為因素影響比較大，對操作人員的技術水平有較高要求，檢測位置須在可觸及范圍內(nèi)等。因此需要提供一種反應靈敏、操作簡便、成本低廉的對預應力管道壓漿質(zhì)量的監(jiān)測方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術問題
[0005]本發(fā)明要解決的技術問題就是提供一種靈敏度高，快速準確的基于壓電陶瓷和小波包分析的預應力管道壓漿密實性監(jiān)測方法。
[0006](二)技術方案
[0007]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種基于壓電陶瓷技術的預應力管道壓漿密實性的監(jiān)測方法，所述的監(jiān)測方法使用的一種基于壓電陶瓷技術的監(jiān)測系統(tǒng)包括:壓電陶瓷驅動器，壓電陶瓷傳感器，高頻信號采集系統(tǒng)，任意信號函數(shù)發(fā)生器，高壓信號放大器，計算機分析系統(tǒng)；所述的壓電陶瓷傳感器通過導線與高頻信號采集系統(tǒng)連接，該高頻信號采集系統(tǒng)連接計算機分析系統(tǒng)，任意信號函數(shù)發(fā)生器經(jīng)高壓信號放大器與壓電陶瓷驅動器連接；壓電陶瓷傳感器接收的信號經(jīng)高頻信號采集系統(tǒng)傳至計算機分析系統(tǒng)，任意信號函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號經(jīng)高壓信號放大器放大后激勵壓電陶瓷驅動器；所述的監(jiān)測方法步驟包括:在預應力管道外壁頂部粘結壓電陶瓷傳感器，在預應力管道外壁底部相應位置粘結壓電陶瓷驅動器，在預應力管道外壁與驅動器或傳感器之間均設有絕緣層；利用任意信號函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生激勵信號，采用高壓信號放大器將激勵信號放大，利用放大的激勵信號對壓電陶瓷驅動器進行激勵，使預應力管道內(nèi)部產(chǎn)生應力波，應力波對壓電陶瓷傳感器作用產(chǎn)生電信號；利用高頻信號采集系統(tǒng)采集傳感器產(chǎn)生的電信號，利用小波包能量分析方法來判斷預應力管道壓漿密實性。
[0008]優(yōu)選地，所述的壓電陶瓷傳感器為多個壓電陶瓷片，在所述的多個壓電陶瓷片上均涂有環(huán)氧樹脂防水層。
[0009]優(yōu)選地，所述的壓電陶瓷驅動器為多個壓電陶瓷片，在所述的多個壓電陶瓷片上均涂有環(huán)氧樹脂防水層。
[0010]優(yōu)選地，所述的壓電陶瓷片為翻邊壓電陶瓷片，其上下表面鍍銀，將下表面銀電極引至上表面，兩者之間設置一條無鍍銀的隔離帶將上下表面的銀極隔離開。
[0011]優(yōu)選地，所述的在預應力管道外壁與驅動器或傳感器之間的絕緣層為環(huán)氧樹脂絕緣層。
[0012](三)有益效果
[0013]本發(fā)明的基于壓電陶瓷的監(jiān)測方法為預應力管道壓漿密實性的實時監(jiān)測提供了新的途徑。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明可以實現(xiàn)快速檢測、能精確的找到壓漿不密實的位置，反應靈敏、操作簡便、成本低廉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1是本發(fā)明所述的監(jiān)測系統(tǒng)的結構圖；
[0016]圖2是本發(fā)明所述的監(jiān)測系統(tǒng)的框架示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明所述的基于波動法壓電智能結構系統(tǒng)示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明所述的監(jiān)測系統(tǒng)沿橋梁縱向布置示意圖；
[0019]圖5是本發(fā)明所述的翻邊壓電陶瓷片示意圖；
[0020]圖中:1預應力管道，2壓電陶瓷傳感器，3壓電陶瓷驅動器，4預應力筋，5任意函數(shù)信號發(fā)生器，6高壓信號放大器，7高頻信號采集系統(tǒng)；8混凝土，9預應力混凝土梁體。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0022]本發(fā)明提出一種基于壓電陶瓷和小波包分析的預應力管道壓漿密實性監(jiān)測方法，該監(jiān)測方法可對預應力管道壓漿密實性實施高靈敏度且快速準確的主動監(jiān)測。
[0023]本發(fā)明的技術方案是一種基于壓電陶瓷的預應力管道壓漿密實性監(jiān)測方法，它包括基于壓電陶瓷傳感器和驅動器的監(jiān)測系統(tǒng)的建立和預應力管道壓漿密實性的監(jiān)測和評定方法；
[0024]所述基于壓電陶瓷的監(jiān)測系統(tǒng)，其建立步驟為:由于預應力管道壓漿不密實情況通常出現(xiàn)在預應力管道內(nèi)部的頂部位置，所以選擇在預應力管道外壁的頂部位置粘貼多個作為壓電陶瓷傳感器的壓電陶瓷片，在其外壁底部位置粘貼多個作為壓電陶瓷驅動器的壓電陶瓷片，以此形成壓電智能結構系統(tǒng)。所述壓電陶瓷片上均涂有一層環(huán)氧樹脂防水層，且所有壓電陶瓷片與所述預應力管道外壁之間均設有絕緣層；所述用作壓電陶瓷傳感器的壓電陶瓷片分別通過導線與高頻信號采集系統(tǒng)連接，所述高頻信號采集系統(tǒng)接入計算機；所述用作驅動器的壓電陶瓷片均與任意信號函數(shù)發(fā)生器連接。由任意函數(shù)信號發(fā)生器經(jīng)高壓信號放大器放大信號后激勵壓電陶瓷驅動器，其壓電陶瓷傳感器與高頻信號采集系統(tǒng)相連，壓電陶瓷傳感器接收的信號經(jīng)高頻信號采集系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳至計算機分析系統(tǒng)；
[0025]當壓電陶瓷驅動器與傳感器之間的介質(zhì)沒有空洞或密實時，即壓漿密實性良好，其計算機分析系統(tǒng)所分析出的信號能量指標與壓漿密實性良好處的信號能量指標基本保持一致。當壓電陶瓷驅動器與傳感器之間的介質(zhì)存在空洞即壓漿不密實時，其計算機分析系統(tǒng)所分析出的信號能量指標小于壓漿密實性良好處的信號能量指標。
[0026]本發(fā)明所述壓電陶瓷片的安裝方法具體步驟為:由于壓電陶瓷片需要安裝在預應力管道外壁上，在安裝壓電陶瓷片之前先要對管道外壁粘貼處進行打磨光滑處理，確保壓電陶瓷能與預應力管道壁緊密結合；在打磨光滑后的預粘貼處均勻涂上薄薄一層環(huán)氧樹脂絕緣層。由于壓電陶瓷片上下表面為鍍銀的兩電極，而PZT又需要粘貼在預應力管道外壁上不能直接在該面上焊接導線，為保證壓電陶瓷片下表面與鋼管壁平整結合，按照鍍銀方案的不同選取翻邊壓電陶瓷片。
[0027]所述翻邊壓電陶瓷片制作工藝為:工廠加工時將下表面銀電極引至上表面，兩者之間設置一條無鍍銀的隔離帶將上下表面的銀極隔離開，焊導線時只需分別在上表面的兩電極上引出導線，這樣導線可直接焊接在同一表面同時保證粘貼面的平整。
[0028]本發(fā)明所述基于小波包能量的分析:由于應力波在混凝土及預應力筋材兩種不同介質(zhì)中及預應力管道界面上傳播這一過程比較復雜，當預應力管道壓漿不密實出現(xiàn)空洞后更加復雜，所采集信號的幅值是信號能量的體現(xiàn)，作為驅動器的壓電陶瓷片在電信號的作用下通過振動產(chǎn)生高頻應力波，該應力波在混凝土內(nèi)部傳播時在損傷界面上將發(fā)生反射和折射等現(xiàn)象，導致通過相應位置上應力波信號的變化，從而表現(xiàn)出壓電陶瓷傳感器輸出的電信號的變化，通過比較壓電陶瓷傳感器輸出信號之間的差異來實現(xiàn)壓漿密實性狀況的識別。
[0029]本發(fā)明中采用小波包能量進行分析判斷，以小波包分解后的小波包能量為變量，計算不同狀態(tài)下應力波能量與健康狀態(tài)下的應力波能量的RMSD值。均方根偏差(RMSD)是一種比較健康狀態(tài)與損傷狀態(tài)的信號之間差別的合適的損傷指標。[0030]損傷指標定義為:
【權利要求】
1.一種基于壓電陶瓷技術的預應力管道壓漿密實性的監(jiān)測方法，其特征在于，所述的監(jiān)測方法使用的基于壓電陶瓷技術的監(jiān)測系統(tǒng)包括:壓電陶瓷驅動器，壓電陶瓷傳感器，高頻信號采集系統(tǒng)，任意信號函數(shù)發(fā)生器，高壓信號放大器，計算機分析系統(tǒng)；所述的壓電陶瓷傳感器通過導線與高頻信號采集系統(tǒng)連接，該高頻信號采集系統(tǒng)連接計算機分析系統(tǒng)，任意信號函數(shù)發(fā)生器經(jīng)高壓信號放大器與壓電陶瓷驅動器連接；壓電陶瓷傳感器接收的信號經(jīng)高頻信號采集系統(tǒng)傳至計算機分析系統(tǒng)，任意信號函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號經(jīng)高壓信號放大器放大后激勵壓電陶瓷驅動器；所述的監(jiān)測方法包括步驟:在預應力管道外壁頂部粘結壓電陶瓷傳感器，在預應力管道外壁底部相應位置粘結壓電陶瓷驅動器，在預應力管道外壁與驅動器或傳感器之間均設有絕緣層；利用任意信號函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生激勵信號，采用高壓信號放大器將激勵信號放大，利用放大的激勵信號對壓電陶瓷驅動器進行激勵，使預應力管道內(nèi)部產(chǎn)生應力波，應力波對壓電陶瓷傳感器作用產(chǎn)生電信號；利用高頻信號采集系統(tǒng)采集傳感器產(chǎn)生的電信號，利用小波包能量分析方法來判斷預應力管道壓漿密實性。
2.根據(jù)權利要求1的一種基于壓電陶瓷技術的預應力管道壓漿密實性的監(jiān)測方法，其特征在于，所述的壓電陶瓷傳感器為多個壓電陶瓷片，在所述的多個壓電陶瓷片上均涂有一層環(huán)氧樹脂防水層。
3.根據(jù)權利要求1的一種基于壓電陶瓷技術的預應力管道壓漿密實性的監(jiān)測方法，其特征在于，所述的壓電陶瓷驅動器為多個壓電陶瓷片，在所述的多個壓電陶瓷片上均涂有一層環(huán)氧樹脂防水層。
4.根據(jù)權利要求2或3的一種基于壓電陶瓷技術的預應力管道壓漿密實性的監(jiān)測方法，其特征在于，所述的壓電陶瓷片為翻邊壓電陶瓷片，其上下表面鍍銀，將下表面銀電極引至上表面，兩者之間設置一條無鍍銀的隔離帶將上下表面的銀極隔離開。
5.根據(jù)權利要求1一種基于壓電陶瓷技術的預應力管道壓漿密實性的監(jiān)測方法，其特征在于，所述的在預應力管道外壁與驅動器或傳感器之間的絕緣層為環(huán)氧樹脂絕緣層。
【文檔編號】G01N27/00GK103852492SQ201410110654
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權日:2014年3月24日
【發(fā)明者】蔣田勇, 宋鋼兵, 龍偉 申請人:長沙理工大學, 江蘇三川智能科技有限公司