主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置及其監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，所述傳感裝置包括一與所述橋梁拉吊索直徑相匹配的卡箍；所述卡箍的軸向上開設(shè)有5道第一刻槽；上箍體和下箍體分別在周向上開設(shè)有2道第二刻槽；上箍體和下箍體一側(cè)面分別開設(shè)有一與卡箍同長的線槽；刻槽上設(shè)置有20個壓電陶瓷傳感器；壓電陶瓷傳感器的上表面焊接一根信號傳輸線，傳輸線沿著線槽進(jìn)行走線，傳輸線為高屏蔽同軸電纜，所述傳感裝置表面布設(shè)有一絕緣層；所述絕緣層表面布設(shè)有一電磁屏蔽層。本發(fā)明還提供了一種主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置監(jiān)測方法，本發(fā)明能很好地采集橋梁拉吊索損傷的數(shù)據(jù)，能實(shí)現(xiàn)無損探測全橋梁拉吊索的損傷。
【專利說明】主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置及其監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑工程【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置及其監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大跨橋梁結(jié)構(gòu)是一個國家和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)命脈，橋梁的建造和維護(hù)是一個國家基礎(chǔ)設(shè)施的重要部分。在大跨橋梁結(jié)構(gòu)中，拉吊索是主要的受力構(gòu)件。在長達(dá)幾十年的使用期內(nèi)，環(huán)境侵蝕、材料老化和荷載的長期效應(yīng)、疲勞效應(yīng)和突然災(zāi)變效應(yīng)等因素的耦合作用下，將不可避免地導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的損傷積累和抗力衰減，從而抵抗自然災(zāi)害、甚至正常環(huán)境作用下的能力下降，極端情況下將引發(fā)災(zāi)難性的突發(fā)事故。新建橋梁拉吊索的造價(jià)一般占全橋的25%?30%，如果對其進(jìn)行換索，換索的價(jià)錢為新建的3?4倍。目前橋梁拉吊索損傷監(jiān)測方法有人工檢測法，該方法主要通過肉眼或者放大鏡進(jìn)行結(jié)構(gòu)表面觀測，對內(nèi)部缺陷無能為力；超聲波檢測方法通過回波時(shí)間及信號強(qiáng)度，獲知損傷的位置。該方法在橋梁拉吊索檢測中效果不理想，主要是因?yàn)槔跛鲀?nèi)部鋼絲(鋼絞線)之間存在一些空隙，表面凸凹不平，損傷區(qū)域不固定，導(dǎo)致回波信號不清晰。射線檢測只能一段檢測，檢測費(fèi)用比較高、儀器昂貴、具有一定的輻射性。漏磁檢測法盡管可以較清楚地判斷斷絲的位置和數(shù)量，但是該設(shè)備復(fù)雜，對于有外保護(hù)層的拉吊索，檢測精度不高、同一缺陷空間分辨率不高，對于埋在梁內(nèi)的拉吊索損傷，檢測效果更差。
[0003]自從壓電效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來，對壓電材料的研究和應(yīng)用在橋梁拉吊索損傷監(jiān)測中的應(yīng)用得到了廣泛關(guān)注。壓電陶瓷具有正逆壓電效應(yīng)。利用壓電陶瓷的正效應(yīng)，發(fā)展了主動波導(dǎo)監(jiān)測技術(shù)(超聲導(dǎo)波)，通過“詢問”結(jié)構(gòu)來檢測損傷的存在，并估計(jì)其程度；利用它的逆效應(yīng)，發(fā)展成了被動波導(dǎo)監(jiān)測技術(shù)(聲發(fā)射技術(shù))，通過“聽”結(jié)構(gòu)的響應(yīng)而不需要其相互作用，監(jiān)測結(jié)構(gòu)損傷。波導(dǎo)檢測技術(shù)有很多突出的優(yōu)點(diǎn):傳播距離長、靈敏度高、不同的模態(tài)對不同的損傷類型敏感、檢測面廣。導(dǎo)波在拉吊索的內(nèi)部和表面都有質(zhì)點(diǎn)的振動，聲場遍及整個波導(dǎo)，接收到的信號包含拉吊索內(nèi)部及接觸界面的整體性信息，因此導(dǎo)波檢測技術(shù)可以檢測整個波導(dǎo)的信息，而不是一個點(diǎn)或一個面。目前基于主動波導(dǎo)監(jiān)測技術(shù)(超聲導(dǎo)波)已經(jīng)在橋梁拉吊索的損傷監(jiān)測得到一些應(yīng)用，該方法對已經(jīng)存在的損傷有很好的檢測精度，但是對于拉吊索的損傷演化監(jiān)測效果不理想。而被動波導(dǎo)監(jiān)測技術(shù)(聲發(fā)射)對橋梁拉吊索中已經(jīng)存在的損傷無能無力，但對拉吊索損傷演化具有較高的監(jiān)測精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之一，在于提供一種主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，能很好地采集橋梁拉吊索損傷的數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)無損探測全橋梁拉吊索的損傷提供了一個硬件平臺。
[0005]本發(fā)明問題之一是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，所述傳感裝置包括一與所述橋梁拉吊索直徑相匹配的卡箍；所述卡箍的軸向上開設(shè)有至少5道第一刻槽,且各第一刻槽均勻分布；所述卡箍包括上、下兩箍體；所述上箍體和下箍體分別在周向上開設(shè)有至少2道第二刻槽；上箍體和下箍體總的4道第二刻槽均勻分布，且上箍體和下箍體扣緊后兩對角線的第二刻槽成90度夾角；所述上箍體和下箍體一側(cè)面分別開設(shè)有一與卡箍同長的線槽；所述5道第一刻槽上的第1、3、5道上均設(shè)置有4個壓電陶瓷傳感器，且各4個壓電陶瓷傳感器的長邊沿卡箍周向布置并位于4道第二刻槽上，作為產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)模態(tài)的傳感裝置；5道第一刻槽上的第2、4道上均設(shè)置有4個壓電陶瓷傳感器，且各4個壓電陶瓷傳感器的長邊沿卡箍軸向布置并位于4道第二刻槽上，作為產(chǎn)生縱向模態(tài)的傳感裝置；所述壓電陶瓷傳感器的上表面焊接一根信號傳輸線，傳輸線沿著線槽進(jìn)行走線，所述傳輸線為高屏蔽同軸電纜，所述傳感裝置表面布設(shè)有一絕緣層；所述絕緣層表面布設(shè)有一電磁屏蔽層，且電磁屏蔽層與絕緣層通過環(huán)氧樹脂進(jìn)行連接；其中設(shè)置5道第一刻槽的3道上的壓電陶瓷傳感器作為主動監(jiān)測、剩下的2道上的壓電陶瓷傳感器作為被動監(jiān)測；或者5道第一刻槽的2道上的壓電陶瓷傳感器作為主動監(jiān)測、剩下的3道上的壓電陶瓷傳感器作為被動監(jiān)測。
[0006]進(jìn)一步地,所述卡箍為圓柱形卡箍。
[0007]進(jìn)一步地，所述5道第一刻槽的相鄰兩第一刻槽之間距離為15?25mm ;所述各第二刻槽深度為3?4mm，長度為20?30mm ;所述線槽的寬度為5?1mm ;所述絕緣層厚度為0.1?0.3mm ；電磁屏蔽層的厚度為0.5?2mm。
[0008]進(jìn)一步地，所述絕緣層為熱固性亞胺薄粘帶；所述電磁屏蔽層為超高導(dǎo)電硅橡膠。
[0009]進(jìn)一步地，所述壓電陶瓷傳感器采用粘結(jié)劑固定在第一刻槽或第二刻槽上。
[0010]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之二，在于提供一種主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置監(jiān)測方法，能很好地采集橋梁拉吊索損傷的數(shù)據(jù)，能實(shí)現(xiàn)無損探測全橋梁拉吊索的損傷。
[0011]本發(fā)明問題之二是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置監(jiān)測方法；
[0012]所述監(jiān)測方法需提供所述傳感裝置、主被動波導(dǎo)傳感器觸發(fā)單元、被動波導(dǎo)反饋單元以及一 PC機(jī)；所述傳感裝置包括一與所述橋梁拉吊索直徑相匹配的卡箍；所述卡箍的軸向上開設(shè)有5道第一刻槽，所述卡箍包括上、下兩箍體；所述上箍體和下箍體分別在周向上開設(shè)有2道第二刻槽；上箍體和下箍體總的4道第二刻槽均勻分布，所述上箍體和下箍體一側(cè)面分別開設(shè)有一與卡箍同長的線槽；所述5道第一刻槽上的第1、3、5道上均設(shè)置有
4個壓電陶瓷傳感器，作為產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)模態(tài)的傳感裝置；5道第一刻槽上的第2、4道上均設(shè)置有4個壓電陶瓷傳感器，作為產(chǎn)生縱向模態(tài)的傳感裝置；所述主被動波導(dǎo)傳感器觸發(fā)單元包括依次連接的信號發(fā)生器和壓電陶瓷功率放大器；所述被動波導(dǎo)反饋單元包括依次連接的放大器和信號A/D轉(zhuǎn)換器；
[0013]所述方法具體為:設(shè)置5道第一刻槽的3道上的壓電陶瓷傳感器作為主動監(jiān)測、剩下的2道上的壓電陶瓷傳感器作為被動監(jiān)測；或者5道第一刻槽的2道上的壓電陶瓷傳感器作為主動監(jiān)測、剩下的3道上的壓電陶瓷傳感器作為被動監(jiān)測；所述PC機(jī)發(fā)出控制信號經(jīng)所述信號發(fā)生器處理后給所述壓電陶瓷功率放大器，壓電陶瓷功率放大器進(jìn)行放大后觸發(fā)所述傳感裝置進(jìn)行監(jiān)測；所述傳感裝置利用壓電陶瓷傳感器的正效應(yīng)，發(fā)展主動波導(dǎo)監(jiān)測來測試獲取橋梁拉吊索損傷的程度；將獲得的損傷程度直接發(fā)送給PC機(jī)，PC機(jī)進(jìn)行采集處理；傳感裝置利用壓電陶瓷傳感器的逆效應(yīng)，發(fā)展被動波導(dǎo)監(jiān)測來響應(yīng)橋梁拉吊索損傷而不需要相互作用，從而測試獲取橋梁拉吊索損傷的程度，將損傷程度信號經(jīng)過放大器放大后，發(fā)送給所述信號A/D轉(zhuǎn)換器，信號A/D轉(zhuǎn)換器經(jīng)處理發(fā)送給PC機(jī)，PC機(jī)進(jìn)行采集處理。
[0014]進(jìn)一步地,所述卡箍為圓柱形卡箍。
[0015]進(jìn)一步地，所述5道第一刻槽的相鄰兩第一刻槽之間距離為15?25mm ;所述各第二刻槽深度為3?4mm，長度為20?30mm ;所述線槽的寬度為5?1mm ;所述絕緣層厚度為0.1?0.3mm ；電磁屏蔽層的厚度為0.5?2mm。
[0016]進(jìn)一步地，所述絕緣層為熱固性亞胺薄粘帶；所述電磁屏蔽層為超高導(dǎo)電硅橡膠。
[0017]進(jìn)一步地，所述壓電陶瓷傳感器采用粘結(jié)劑固定在第一刻槽或第二刻槽上。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明把產(chǎn)生縱向模態(tài)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)的兩種傳感器集成到一起，形成5道探測，并在卡箍上設(shè)置有高屏蔽同軸電纜、絕緣層以及電磁屏蔽層；從而形成具有電磁屏蔽和濾波功能的主被動波導(dǎo)測試傳感器；其中三道傳感器作為主動監(jiān)測、剩下的兩道傳感器作為被動監(jiān)測；或者兩道傳感器作為主動監(jiān)測、剩下的三道傳感器作為被動監(jiān)測。本發(fā)明能很好地采集橋梁拉吊索損傷的數(shù)據(jù)，能實(shí)現(xiàn)無損探測全橋梁拉吊索的損傷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明去掉絕緣層和電磁屏蔽層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明的截面示意圖。
[0021]圖3是本發(fā)明監(jiān)測方法的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]請參閱圖1和圖2所示，一種主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，所述傳感裝置包括一與所述橋梁拉吊索直徑相匹配的卡箍I ;所述卡箍I的軸向上開設(shè)有至少5道第一刻槽11，且各第一刻槽11均勻分布；所述卡箍I包括上、下兩箍體(12、13);所述上箍體12和下箍體13分別在周向上開設(shè)有至少2道第二刻槽14 ;上箍體12和下箍體13總的4道第二刻槽14均勻分布，且上箍體12和下箍體13扣緊后兩對角線的第二刻槽14成90度夾角α ;所述上箍體12和下箍體13 —側(cè)面分別開設(shè)有一與卡箍I同長的線槽(未圖示)；所述5道第一刻槽11上的第1、3、5道上均設(shè)置有4個壓電陶瓷傳感器3，且各4個壓電陶瓷傳感器3的長邊沿卡箍周向布置并位于4道第二刻槽14上，作為產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)模態(tài)的傳感裝置；5道第一刻槽11上的第2、4道上均設(shè)置有4個壓電陶瓷傳感器，且各4個壓電陶瓷傳感器的長邊沿卡箍軸向布置并位于4道第二刻槽14上，作為產(chǎn)生縱向模態(tài)的傳感裝置；所述壓電陶瓷傳感器3的上表面焊接一根信號傳輸線(未圖示)，傳輸線沿著線槽進(jìn)行走線，所述傳輸線為高屏蔽同軸電纜，所述傳感裝置表面布設(shè)有一絕緣層4 ;所述絕緣層4表面布設(shè)有一電磁屏蔽層5，且電磁屏蔽層5與絕緣層4通過環(huán)氧樹脂(未圖示)進(jìn)行連接。其中設(shè)置5道第一刻槽11的3道上的壓電陶瓷傳感器3作為主動監(jiān)測、剩下的2道上的壓電陶瓷傳感器3作為被動監(jiān)測；或者5道第一刻槽11的2道上的壓電陶瓷傳感器3作為主動監(jiān)測、剩下的3道上的壓電陶瓷傳感器3作為被動監(jiān)測。
[0023]在本發(fā)明中所述卡箍I為圓柱形卡箍。實(shí)際應(yīng)用中也可以為其他形狀的只要能將橋梁拉吊索抱緊即可。
[0024]其中，所述5道第一刻槽11的相鄰兩第一刻槽11之間距離為15?25mm。所述各第二刻槽14深度為3?4mm,長度為20?30mm ;所述線槽的寬度為5?10mm。
[0025]另外，所述壓電陶瓷傳感器采用粘結(jié)劑固定在第一刻槽11或第二刻槽14上。所述絕緣層厚度為0.1?0.3mm ;屏蔽層的厚度為0.5?2mm。所述絕緣層4為熱固性亞胺薄粘帶；所述電磁屏蔽層5為超高導(dǎo)電硅橡膠。
[0026]請參閱圖1至圖3所示，一種主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置監(jiān)測方法;
[0027]所述監(jiān)測方法需提供所述傳感裝置、主被動波導(dǎo)傳感器觸發(fā)單元、被動波導(dǎo)反饋單元以及一 PC機(jī)；所述傳感裝置包括一與所述橋梁拉吊索直徑相匹配的卡箍I ;所述卡箍I的軸向上開設(shè)有至少5道第一刻槽11，所述卡箍I包括上、下兩箍體(12、13);所述上箍體12和下箍體13分別在周向上開設(shè)有至少2道第二刻槽14 ;上箍體12和下箍體13總的4道第二刻槽14均勻分布,所述上箍體12和下箍體13—側(cè)面分別開設(shè)有一與卡箍I同長的線槽(未圖示)；所述5道第一刻槽11上的第1、3、5道上均設(shè)置有4個壓電陶瓷傳感器3，作為產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)模態(tài)的傳感裝置；5道第一刻槽11上的第2、4道上均設(shè)置有4個壓電陶瓷傳感器，作為產(chǎn)生縱向模態(tài)的傳感裝置；所述主被動波導(dǎo)傳感器觸發(fā)單元包括依次連接的信號發(fā)生器和壓電陶瓷功率放大器；所述被動波導(dǎo)反饋單元包括依次連接的放大器和信號A/D轉(zhuǎn)換器；
[0028]所述方法具體為:設(shè)置5道第一刻槽11的3道上的壓電陶瓷傳感器3作為主動監(jiān)測、剩下的2道上的壓電陶瓷傳感器3作為被動監(jiān)測；或者5道第一刻槽11的2道上的壓電陶瓷傳感器3作為主動監(jiān)測、剩下的3道上的壓電陶瓷傳感器3作為被動監(jiān)測；所述PC機(jī)發(fā)出控制信號經(jīng)所述信號發(fā)生器處理后給所述壓電陶瓷功率放大器，壓電陶瓷功率放大器進(jìn)行放大后觸發(fā)所述傳感裝置進(jìn)行監(jiān)測；所述傳感裝置利用壓電陶瓷傳感器的正效應(yīng)，形成主動波導(dǎo)監(jiān)測來測試獲取橋梁拉吊索損傷的程度；將獲得的損傷程度直接發(fā)送給PC機(jī)，PC機(jī)進(jìn)行采集處理；傳感裝置利用壓電陶瓷傳感器的逆效應(yīng)，形成被動波導(dǎo)監(jiān)測來響應(yīng)橋梁拉吊索損傷而不需要相互作用，從而測試獲取橋梁拉吊索損傷的程度，將損傷程度信號經(jīng)過放大器放大后，發(fā)送給所述信號A/D轉(zhuǎn)換器，信號A/D轉(zhuǎn)換器經(jīng)處理發(fā)送給PC機(jī)，PC機(jī)進(jìn)行采集處理。
[0029]在本發(fā)明中所述卡箍I為圓柱形卡箍。實(shí)際應(yīng)用中也可以為其他形狀的只要能將橋梁拉吊索抱緊即可。
[0030]其中，所述5道第一刻槽11的相鄰兩第一刻槽11之間距離為15?25mm。所述各第二刻槽14深度為3?4mm,長度為20?30mm ;所述線槽的寬度為5?10mm。
[0031]另外，所述壓電陶瓷傳感器采用粘結(jié)劑固定在第一刻槽11或第二刻槽14上。所述絕緣層厚度為0.1?0.3mm ;屏蔽層的厚度為0.5?2mm。所述絕緣層4為熱固性亞胺薄粘帶；所述電磁屏蔽層5為超高導(dǎo)電硅橡膠。
[0032]這里值得一提的是:
[0033]主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索的一體化傳感裝置設(shè)計(jì)需要解決兩個技術(shù)問題:1)主被動測試傳感器壓電陶瓷數(shù)量、布設(shè)方式優(yōu)化與電磁屏蔽技術(shù)。由于橋梁拉吊索失效的因素很多，不同的缺陷對不同激勵模態(tài)的敏感度不一樣。以往的文獻(xiàn)，不論什么樣的缺陷，都采用縱向?qū)РB(tài)。在工程應(yīng)用中，有時(shí)效果不太理想。本發(fā)明采用多個壓電陶瓷傳感器波導(dǎo)測試裝置，選用軸對稱的縱向模態(tài)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)來進(jìn)行激勵。在測試過程中，對這種兩模態(tài)測試結(jié)果進(jìn)行對比，確定選擇什么樣的模態(tài)，以便提高測試精度。另外在選擇高階模態(tài)進(jìn)行激勵時(shí)，必須對壓電陶瓷傳感器的圈數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以便抑制低階模態(tài)的影響。本發(fā)明把產(chǎn)生縱向模態(tài)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)的兩種傳感器集成到一起，形成5圈探頭的最佳設(shè)計(jì)。目前主動波導(dǎo)傳感器都是直接應(yīng)用壓電傳感器作為激勵和接收傳感器，但是直接應(yīng)用壓電陶瓷作為被動波導(dǎo)探頭因電磁干擾導(dǎo)致信號的信噪比過小，應(yīng)發(fā)展電磁屏蔽技術(shù)和濾波技術(shù)集成于壓電陶瓷被動波導(dǎo)探頭。從而形成具有電磁屏蔽和濾波功能的主被動波導(dǎo)測試傳感器。2)傳感器觸發(fā)方式及其主被動監(jiān)測方案選擇。采集系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的信號觸發(fā)和傳感器切換，準(zhǔn)確按需進(jìn)行主被動監(jiān)測；甚至同時(shí)進(jìn)行主被動測試(其中設(shè)置5道第一刻槽的3道上的壓電陶瓷傳感器作為主動監(jiān)測、剩下的2道上的壓電陶瓷傳感器作為被動監(jiān)測；或者5道第一刻槽的2道上的壓電陶瓷傳感器作為主動監(jiān)測、剩下的3道上的壓電陶瓷傳感器作為被動監(jiān)測)。在波導(dǎo)監(jiān)測時(shí)，將主被動傳感器連接到采集儀上，在采集儀中根據(jù)監(jiān)測信號幅值的大小，選擇合理的監(jiān)測方式。
[0034]總之，本發(fā)明將有效解決目前橋梁拉吊索損傷監(jiān)測困難問題。該方法不但可以檢測橋梁拉吊索既有的損傷，還可以監(jiān)測橋梁拉吊索損傷演化過程。尤其對于埋在梁內(nèi)、錨室內(nèi)等不可見橋梁拉吊索損傷監(jiān)測更具有優(yōu)勢，不需要像目前的常規(guī)檢測方法，需要破壞梁或者打開錨室等檢測方法，帶來結(jié)構(gòu)的二次損傷。本發(fā)明的直接將傳感裝置布設(shè)在索體上，不破壞任何索體結(jié)構(gòu)，真正實(shí)現(xiàn)無損探測全橋梁拉吊索損傷。在橋梁拉吊索損傷檢測中具有極大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。
[0035]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，其特征在于:所述傳感裝置包括一與所述橋梁拉吊索直徑相匹配的卡箍；所述卡箍的軸向上開設(shè)有至少5道第一刻槽，且各第一刻槽均勻分布；所述卡箍包括上、下兩箍體；所述上箍體和下箍體分別在周向上開設(shè)有至少2道第二刻槽；上箍體和下箍體總的4道第二刻槽均勻分布，且上箍體和下箍體扣緊后兩對角線的第二刻槽成90度夾角；所述上箍體和下箍體一側(cè)面分別開設(shè)有一與卡箍同長的線槽；所述5道第一刻槽上的第1、3、5道上均設(shè)置有4個壓電陶瓷傳感器，且各4個壓電陶瓷傳感器的長邊沿卡箍周向布置并位于4道第二刻槽上，作為產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)模態(tài)的傳感裝置；5道第一刻槽上的第2、4道上均設(shè)置有4個壓電陶瓷傳感器，且各4個壓電陶瓷傳感器的長邊沿卡箍軸向布置并位于4道第二刻槽上，作為產(chǎn)生縱向模態(tài)的傳感裝置；所述壓電陶瓷傳感器的上表面焊接一根信號傳輸線，傳輸線沿著線槽進(jìn)行走線，所述傳輸線為高屏蔽同軸電纜，所述傳感裝置表面布設(shè)有一絕緣層；所述絕緣層表面布設(shè)有一電磁屏蔽層，且電磁屏蔽層與絕緣層通過環(huán)氧樹脂進(jìn)行連接；其中設(shè)置5道第一刻槽的3道上的壓電陶瓷傳感器作為主動監(jiān)測、剩下的2道上的壓電陶瓷傳感器作為被動監(jiān)測；或者5道第一刻槽的2道上的壓電陶瓷傳感器作為主動監(jiān)測、剩下的3道上的壓電陶瓷傳感器作為被動監(jiān)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，其特征在于:所述卡箍為圓柱形卡箍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，其特征在于:所述5道第一刻槽的相鄰兩第一刻槽之間距離為15~25mm ;所述各第二刻槽深度為3~4mm,長度為20~30mm ;所述線槽的寬度為5~1mm ;所述絕緣層厚度為0.1~0.3mm ；電磁屏蔽層的厚度為0.5~2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，其特征在于:所述絕緣層為熱固性亞胺薄粘帶；所述電磁屏蔽層為超高導(dǎo)電硅橡膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，其特征在于:所述壓電陶瓷傳感器采用粘結(jié)劑固定在第一刻槽或第二刻槽上。
6.一種主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置監(jiān)測方法，其特征在于: 所述監(jiān)測方法需提供所述傳感裝置、主被動波導(dǎo)傳感器觸發(fā)單元、被動波導(dǎo)反饋單元以及一 PC機(jī)；所述傳感裝置包括一與所述橋梁拉吊索直徑相匹配的卡箍；所述卡箍的軸向上開設(shè)有5道第一刻槽，所述卡箍包括上、下兩箍體；所述上箍體和下箍體分別在周向上開設(shè)有2道第二刻槽；上箍體和下箍體總的4道第二刻槽均勻分布，所述上箍體和下箍體一側(cè)面分別開設(shè)有一與卡箍同長的線槽；所述5道第一刻槽上的第1、3、5道上均設(shè)置有4個壓電陶瓷傳感器，作為產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)模態(tài)的傳感裝置；5道第一刻槽上的第2、4道上均設(shè)置有4個壓電陶瓷傳感器，作為產(chǎn)生縱向模態(tài)的傳感裝置；所述主被動波導(dǎo)傳感器觸發(fā)單元包括依次連接的信號發(fā)生器和壓電陶瓷功率放大器；所述被動波導(dǎo)反饋單元包括依次連接的放大器和信號A/D轉(zhuǎn)換器； 所述方法具體為:設(shè)置5道第一刻槽的3道上的壓電陶瓷傳感器作為主動監(jiān)測、剩下的2道上的壓電陶瓷傳感器作為被動監(jiān)測；或者5道第一刻槽的2道上的壓電陶瓷傳感器作為主動監(jiān)測、剩下的3道上的壓電陶瓷傳感器作為被動監(jiān)測；所述PC機(jī)發(fā)出控制信號經(jīng)所述信號發(fā)生器處理后給所述壓電陶瓷功率放大器，壓電陶瓷功率放大器進(jìn)行放大后觸發(fā)所述傳感裝置進(jìn)行監(jiān)測；所述傳感裝置利用壓電陶瓷傳感器的正效應(yīng)，發(fā)展主動波導(dǎo)監(jiān)測來測試獲取橋梁拉吊索損傷的程度；將獲得的損傷程度直接發(fā)送給PC機(jī)，PC機(jī)進(jìn)行采集處理；傳感裝置利用壓電陶瓷傳感器的逆效應(yīng)，發(fā)展被動波導(dǎo)監(jiān)測來響應(yīng)橋梁拉吊索損傷而不需要相互作用，從而測試獲取橋梁拉吊索損傷的程度，將損傷程度信號經(jīng)過放大器放大后，發(fā)送給所述信號A/D轉(zhuǎn)換器，信號A/D轉(zhuǎn)換器經(jīng)處理發(fā)送給PC機(jī)，PC機(jī)進(jìn)行采集處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置監(jiān)測方法，其特征在于:所述卡箍為圓柱形卡箍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置監(jiān)測方法，其特征在于:所述5道第一刻槽的相鄰兩第一刻槽之間距離為15~25mm ;所述各第二刻槽深度為3~4臟，長度為20~30mm ;所述線槽的寬度為5~1mm ;所述絕緣層厚度為0.1~0.3mm ；電磁屏蔽層的厚度為0.5~2mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置監(jiān)測方法，其特征在于:所述絕緣層為熱固性亞胺薄粘帶；所述電磁屏蔽層為超高導(dǎo)電硅橡膠。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主被動波導(dǎo)監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置監(jiān)測方法，其特征在于:所述壓電陶 瓷傳感器采用粘結(jié)劑固定在第一刻槽或第二刻槽上。
【文檔編號】G01N29/14GK104034803SQ201410260203
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】楊偉, 張文耀, 張偉, 夏堅(jiān), 陳松, 葉健 申請人:福建省建筑科學(xué)研究院