專利名稱：地下結(jié)構(gòu)力致發(fā)光色敏傳感器制作和安裝及其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感器開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對(duì)大型地下建筑結(jié)構(gòu)損傷 發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的色敏傳感器制作、安裝工藝和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
地下建筑結(jié)構(gòu)獨(dú)特的抗災(zāi)能力，使得地下結(jié)構(gòu)日益成為合理利用土地資源的重要 途徑；另一方面，隨著時(shí)間的推移，世界各國(guó)早期修建的地鐵、地下倉(cāng)庫(kù)、大壩等大型地下巖 土結(jié)構(gòu)與其早期建立的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐漸到了晚年服役階段，加上新修建的地下工程和開發(fā)的 新型地下施工技術(shù)，這些都急需可靠的巖土監(jiān)測(cè)技術(shù)。然而目前大型地下結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別仍 然靠傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀、全站儀、土壓力傳感器、孔隙水壓力計(jì)和加速度計(jì)等傳感器感知結(jié)構(gòu)的 變化，然后計(jì)算結(jié)構(gòu)的安全性指標(biāo)，由于這些傳感器都是主動(dòng)傳感器，需要外部提供能源才 能工作，而水準(zhǔn)儀、全站儀等設(shè)備還另外需要人工操作，因此傳統(tǒng)的巖土工程監(jiān)測(cè)方法越來(lái) 越不適應(yīng)現(xiàn)代地下大型結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)所需的快捷、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。在監(jiān)測(cè)信號(hào)處理上，傳統(tǒng)處理模式需要對(duì)傳感器采集的特征信號(hào)進(jìn)行二次計(jì)算， 然后再根據(jù)土體和結(jié)構(gòu)有限元或者解析模型，分析判斷處理結(jié)果，再進(jìn)行對(duì)比，最后得出結(jié) 構(gòu)安全性態(tài)，因此大型地下結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)龐大，對(duì)傳感器和數(shù)據(jù)采集 設(shè)備的要求很高，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)復(fù)雜，這些使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性、冗余性、耐久性和可維 護(hù)性指標(biāo)都差強(qiáng)人意，尤其是巖土變形的復(fù)雜預(yù)測(cè)計(jì)算，如kalman濾波預(yù)測(cè)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 巖土位移預(yù)測(cè)、隨機(jī)子空間法、時(shí)間序列法、小波分析等信號(hào)處理方法以及后期進(jìn)行的巖土 三維計(jì)算對(duì)比和預(yù)測(cè)，進(jìn)一步使巖土監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性受到很大的干擾甚至劣化，監(jiān)測(cè)結(jié)果不 能及時(shí)提供給進(jìn)入地下建筑結(jié)構(gòu)中的人和各種機(jī)械設(shè)備，從而使地下結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)失去真正的 監(jiān)測(cè)意義。另外，在地震、爆炸等各種災(zāi)害中，發(fā)生頻率最高的次生災(zāi)害就是停電，而斷電后 導(dǎo)致各種監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備不能工作，這將極大地阻礙結(jié)構(gòu)評(píng)估和后期救援。因此降低監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)對(duì)外界電源的依賴，開發(fā)被動(dòng)感知技術(shù)，已成為國(guó)際上新型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)健壯性的重要標(biāo)志。鑒于國(guó)內(nèi)外巖土工程監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，目前急需發(fā)展被動(dòng)不需要外界能源，或 者對(duì)外界能源依存度很低的地下結(jié)構(gòu)新型傳感器，以及基于此的地下結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)新型實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)處理傳輸和預(yù)警系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?yàn)榈叵陆Y(jié)構(gòu)損傷過(guò)程提供可靠的監(jiān)測(cè)傳感器，該 傳感器不需要外界提供能源，利用自身材料受力發(fā)光的特性，將其所受壓力轉(zhuǎn)化為顏色，不 需要信號(hào)的處理直接快速反饋結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)。對(duì)于需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)預(yù)警的監(jiān)測(cè)區(qū)域，將在傳 感器上安裝附加的數(shù)據(jù)采集單元，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將采集的信號(hào)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地以無(wú)線的方式傳輸 到進(jìn)入地下結(jié)構(gòu)中的所有人和機(jī)械設(shè)備上，同時(shí)也將信號(hào)傳輸?shù)娇刂浦行?，為地下結(jié)構(gòu)生 命全周期監(jiān)測(cè)和地下工程先進(jìn)施工技術(shù)，提供重要的現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)信息，為保證大型地下復(fù)雜結(jié)構(gòu)在施工和服役期內(nèi)的安全，提供可靠的理論和實(shí)踐驗(yàn)證數(shù)據(jù)。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的其技術(shù)結(jié)構(gòu)分為壓力色敏傳感器及制作技術(shù)、壓力色敏傳 感器安裝技術(shù)和壓力色敏傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)三大部分，下面分別對(duì)其技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行闡述。一、壓力色敏傳感器及制作1、壓力色敏傳感器結(jié)構(gòu)壓力色敏傳感器結(jié)構(gòu)為一圓柱形結(jié)構(gòu)和底部一凸出的柱帽組成。圓柱形的頂部為 透光性較好的鋼化玻璃，圓柱形柱體外層為壓力色敏傳感器的保護(hù)層外殼，該外殼由鍍鉻 鋼片組成，它有較好的強(qiáng)度，保護(hù)內(nèi)部色敏薄膜在橫向受力后不變形；圓柱鋼片內(nèi)部為色敏 薄膜，薄膜外面包有一層黑色絕緣塑料管，該塑料管能夠減少色敏薄膜的漏光及不受外界 電磁場(chǎng)的干擾，同時(shí)也能對(duì)色敏薄膜進(jìn)行防水，黑色絕緣塑料管及其包的色敏薄膜伸出鋼 片外殼下端形成傳感器凸出的柱帽，它是傳感器中色敏薄膜接受傳力桿傳來(lái)壓力的地方， 通過(guò)這個(gè)柱帽，傳感器感知壓力。傳感器下部為傳力桿，它由其上端板和下端板以及中間至少3個(gè)支撐桿組成。通 過(guò)調(diào)節(jié)中間支撐桿的長(zhǎng)度，可以將色敏薄膜和測(cè)點(diǎn)緊密連接起來(lái)，從而使傳感器柱帽與測(cè) 點(diǎn)耦合良好。另外，作為預(yù)警用的傳感器需要和POINT連接以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在壓力色敏傳感 器上設(shè)有數(shù)據(jù)接收端口。2、壓力色敏傳感器制作工藝第一步色敏傳感器基材選擇選擇制作色敏薄膜的無(wú)機(jī)異構(gòu)體和參晶緩色輔助基材，根據(jù)傳感器對(duì)色敏度的要 求，首先確定無(wú)機(jī)異構(gòu)體微膠囊尺寸，測(cè)定該基材中有機(jī)大分子團(tuán)的分布，根據(jù)對(duì)分子團(tuán)受 壓后躍遷能量的計(jì)算，判斷基材是否滿足傳感器色敏度的要求。第二步色敏薄膜制作色敏基材確定后，根據(jù)傳感器尺寸大小，制作在壓力作用下自發(fā)光的色敏薄膜，將 色敏基材放入坩鍋內(nèi)，在融化溫度內(nèi)(400度-1200度)，分3個(gè)階段分別加入SrTi03、激活 劑和助溶劑材料進(jìn)行調(diào)制、組合，冷卻后將形成的薄膜粗材進(jìn)行碾壓成規(guī)格薄膜。這種薄膜 即可在壓力的作用下改變自身的顏色，而不需要外界提供能源。第三步傳感器封裝將檢測(cè)合格的色敏薄膜按設(shè)計(jì)發(fā)光要求做成不同靈敏度的受壓發(fā)光體，在其外 面用防銹能力較好的鍍鉻鋼片作為傳感器的保護(hù)層，傳感器的底部為受壓面，受壓面上連 接有可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的傳力桿，通過(guò)傳力桿可以讓傳感器感知遠(yuǎn)處土體中的壓力。為了保證傳 感器的耐久性，本發(fā)明設(shè)計(jì)了傳感器的封裝技術(shù)，其主要完成以下工藝(i)傳感器防水處 理；(ii)傳感器光路設(shè)計(jì)；(iii)傳感器壓力接觸面?zhèn)髁ρb置設(shè)計(jì)；最后根據(jù)傳感器使用環(huán) 境，進(jìn)行傳感器封裝工藝現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。第四步傳感器標(biāo)定該步驟主要對(duì)壓力色敏傳感器的發(fā)光靈敏度、光譜分布、產(chǎn)光率、綜合耐久性等指 標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，并進(jìn)行基于傳感器標(biāo)稱靈敏度的技術(shù)參數(shù)標(biāo)定，完成色敏傳感器的成型制作。二、壓力色敏傳感器安裝技術(shù)壓力色敏傳感器現(xiàn)場(chǎng)安裝技術(shù)是本發(fā)明技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容之一。通過(guò)合理的安裝步驟，才能夠保證傳感器有效獲取地下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化，正確感知地下結(jié)構(gòu)的位移發(fā)展，該技 術(shù)包含如下幾項(xiàng)內(nèi)容第一步傳感器測(cè)點(diǎn)的選擇確定地下結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)最佳測(cè)點(diǎn)的位置和數(shù)量。根據(jù)具體的地下結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，首先 分析計(jì)算出具有代表性的所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)，然后根據(jù)傳感器埋設(shè)和維修的約束條件，再結(jié)合監(jiān) 測(cè)規(guī)范、規(guī)程，得出結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的合理測(cè)點(diǎn)，最后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)對(duì)比，測(cè)試并驗(yàn)證所選測(cè)點(diǎn)的 正確性。第二步傳感器傳力桿的定位根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象賦存空間，選擇傳感器埋設(shè)坐標(biāo)；設(shè)計(jì)傳感器傳力裝置中耦合傳力 桿的長(zhǎng)度和端部伸入土體中的長(zhǎng)度，保證壓力色敏薄膜與被監(jiān)測(cè)體形成有效接合，使色敏 傳感器發(fā)出的顏色真實(shí)反應(yīng)監(jiān)測(cè)對(duì)象的應(yīng)力狀況。第三步傳感器檢驗(yàn)和標(biāo)定傳感器安裝之后的校驗(yàn)工作由此項(xiàng)技術(shù)完成。此項(xiàng)技術(shù)提供傳感器工作參數(shù)的現(xiàn) 場(chǎng)測(cè)試方法，首先確定傳感器的有效工作狀態(tài)，然后根據(jù)傳感器工作環(huán)境和可見度，完成傳 感器初始輸出顏色信號(hào)的調(diào)試和標(biāo)定。對(duì)完成標(biāo)定的傳感器，需要將測(cè)試標(biāo)定監(jiān)測(cè)對(duì)象相 關(guān)信息以GIS形式存入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DSP的EPPR0M內(nèi)存片中，完成壓力色敏傳感器信息初 始化工作。三、壓力色敏傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)該系統(tǒng)主要為地下工程結(jié)構(gòu)安全預(yù)警與管理而專門開發(fā)的一套功能軟件。盡管壓 力色敏傳感器可以通過(guò)顏色直接對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警，但對(duì)于需要預(yù)警的監(jiān)測(cè) 區(qū)域，則需要對(duì)結(jié)構(gòu)信號(hào)進(jìn)行基于模型處理后的傳輸與信息發(fā)布，對(duì)分布于地下結(jié)構(gòu)各個(gè) 關(guān)鍵部位的傳感器，進(jìn)行信號(hào)采集傳輸、發(fā)布等管理，是壓力色敏傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組 成，該功能由以下內(nèi)容組成第一步壓力色敏信號(hào)采集與無(wú)線傳輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)采部分由數(shù)個(gè)POINT模塊組成。在每個(gè)POINT模塊內(nèi)有數(shù)十到數(shù)百個(gè) 測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)由獨(dú)立的AD/DA器件將顏色信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；在POINT模塊內(nèi)，設(shè)置了 測(cè)點(diǎn)位置信息描述的GIS信號(hào)存儲(chǔ)器，該GIS信號(hào)和傳感器顏色信號(hào)一起由POINT內(nèi)的無(wú) 線發(fā)射模塊發(fā)射到無(wú)線CAN總線的無(wú)線接收端內(nèi)，再由無(wú)線CAN總線發(fā)射器傳輸至結(jié)構(gòu)安
全管理中心。第二步監(jiān)測(cè)信號(hào)有效性判斷和信號(hào)處理該步是結(jié)構(gòu)預(yù)警計(jì)算的主要內(nèi)容。它主要執(zhí)行兩個(gè)方面的任務(wù)，第一個(gè)任務(wù)是當(dāng) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集完數(shù)據(jù)后，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷采集數(shù)據(jù)的有效性，診斷傳感器的 自身狀態(tài)，對(duì)采集系統(tǒng)進(jìn)行自維護(hù)；第二個(gè)任務(wù)是對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，判斷監(jiān)測(cè)點(diǎn)是否處 于危險(xiǎn)狀態(tài)。第三步監(jiān)測(cè)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布本發(fā)明開發(fā)了通用性較高的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)布系統(tǒng)，該系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的顏色監(jiān)測(cè)信 息、監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)警信息和各個(gè)測(cè)點(diǎn)的GIS信息組合在一起，同步向Internet網(wǎng)絡(luò)和地下結(jié) 構(gòu)管理專用物流網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，實(shí)時(shí)播報(bào)結(jié)構(gòu)安全信息。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)在線提取大型地下建筑結(jié)構(gòu)(如大型隧道、城市地鐵、地下倉(cāng)儲(chǔ)、壩體、海工水下結(jié)構(gòu)、LNG地下罐體、高等級(jí)公路路基等地下工程)的損傷狀況，跟 蹤并預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的安全狀態(tài)，迅速確定結(jié)構(gòu)損傷位置，最大限度防止惡性事故發(fā)生； (2)由于大型地下結(jié)構(gòu)理論計(jì)算帶有經(jīng)驗(yàn)性，服役環(huán)境荷載比較復(fù)雜，理論計(jì)算往往隱含了 地下掩蔽體結(jié)構(gòu)的可再生缺陷，大型地下結(jié)構(gòu)的服役環(huán)境一旦滿足了該缺陷發(fā)生的條件， 將導(dǎo)致災(zāi)難性后果。因此大型地下復(fù)雜結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)技術(shù)是巖土工程理論計(jì)算的重要現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證 手段，也是保證結(jié)構(gòu)在理論計(jì)算環(huán)境下正常完成其實(shí)際環(huán)境工作不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。本 發(fā)明的壓力色敏傳感器能夠以顏色直接反饋結(jié)構(gòu)應(yīng)力，監(jiān)測(cè)表達(dá)簡(jiǎn)單明了，具有很強(qiáng)的實(shí) 時(shí)性和可觀性，同時(shí)傳感器還設(shè)計(jì)有無(wú)線采集與傳輸系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)信號(hào)具有很強(qiáng)的可控性。該 發(fā)明專利不僅能夠?yàn)榈叵陆Y(jié)構(gòu)的安全提供準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)性態(tài)參數(shù)，還能夠隨著傳感器使用時(shí) 間的增加，不斷完善地下結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和結(jié)構(gòu)劣變規(guī)律，通過(guò)壓力色敏傳感器信號(hào)的積累， 預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)地下結(jié)構(gòu)安全的動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)；(3)基于壓力色敏傳感器的監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)，具備集散控制和近程即刻報(bào)警功能，與地下結(jié)構(gòu)管理的物流網(wǎng)聯(lián)合，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)安全 信號(hào)的迅捷傳達(dá)、信息透明和共享；(4)由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開放性，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)計(jì)算模型具有很 好的可維護(hù)性和健壯性，從而保證了各種不同土體環(huán)境下大型地下復(fù)雜結(jié)構(gòu)在服役期內(nèi)危 險(xiǎn)狀況分析與計(jì)算的定制特點(diǎn)，以準(zhǔn)確獲取與評(píng)估被監(jiān)測(cè)對(duì)象。


圖1是壓力色敏傳感器結(jié)構(gòu)2是壓力色敏傳感器制作工藝流程3是傳感器安裝工藝流程4是數(shù)據(jù)采集與無(wú)線傳輸程序框5是測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)有效性判斷程序框6是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)程序框7是監(jiān)測(cè)信號(hào)與預(yù)警信息發(fā)布程序框圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述大型地下結(jié)構(gòu)損傷狀況實(shí)時(shí)識(shí)別的壓力色敏傳感器及其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)主要由(A) 壓力色敏傳感器制作；(B)壓力色敏傳感器安裝工藝；(C)包括信號(hào)傳輸與后處理的壓力色 敏傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)三部分組成，下面結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)闡述。(A)壓力色敏傳感器及制作1、壓力色敏傳感器壓力色敏傳感器結(jié)構(gòu)分為上下兩部分，上部分為主體結(jié)構(gòu)，它為一圓柱形結(jié)構(gòu)和 底部一凸出的柱帽組成。圓柱形的頂部1為透光性較好的鋼化玻璃，圓柱形柱體外層為壓 力色敏傳感器的保護(hù)層外殼2，該外殼由鍍鉻鋼片組成，它有較好的強(qiáng)度，能夠保護(hù)內(nèi)部色 敏薄膜在橫向受力后不變形；圓柱鋼片內(nèi)部為色敏薄膜5，薄膜外面包有一層黑色絕緣塑 料管3，該塑料管能夠減少色敏薄膜的漏光并保護(hù)色敏薄膜不受外界電磁場(chǎng)的干擾，同時(shí)也 能對(duì)色敏薄膜進(jìn)行防水，黑色絕緣塑料管3及其包的色敏薄膜5伸出鋼片外殼2下端形成 傳感器凸出的柱帽，它是傳感器中色敏薄膜接受傳立桿7傳來(lái)壓力的地方，通過(guò)這個(gè)柱帽，傳感器感知壓力。傳感器下部為傳力桿7，它由上端板6和下端板8以及中間3個(gè)支撐桿7組成。支 撐桿為空心鍍鉻鋼管，上下端板為鍍鋅鋼板，通過(guò)調(diào)節(jié)中間立桿的長(zhǎng)度，可以將色敏薄膜和 測(cè)點(diǎn)緊密連接起來(lái)，從而使傳感器柱帽與測(cè)點(diǎn)耦合良好。另外，作為預(yù)警用的傳感器需要和POINT和連接以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在壓力色敏傳 感器1上設(shè)有數(shù)據(jù)接收端口 4。以上壓力色敏傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示2、壓力色敏傳感器制作工藝(1)選用色敏基材本發(fā)明采用無(wú)機(jī)噻吩類衍生物和單晶SrTi03材料作為制作傳感器的色敏基質(zhì)， 對(duì)選定的每種無(wú)機(jī)噻吩衍生物，首先測(cè)定其聚合物內(nèi)微膠囊中大分子團(tuán)的形態(tài)和數(shù)量，然 后計(jì)算該材料的原子團(tuán)受壓后理論的躍遷能量，檢查基材的受壓發(fā)光能力是否滿足傳感器 制備的要求。(2)色敏薄膜制作根據(jù)傳感器尺寸大小，設(shè)計(jì)薄膜制作加工所需耐火材料專用坩堝尺寸，設(shè)定材料 加熱溫度范圍，在最佳攝氏940度溫度環(huán)境下，5分鐘后基材開始全部融化，在15分鐘、32 分鐘和48分鐘三個(gè)時(shí)間間隔階段內(nèi)，分別依次加入SrTi03、激活劑和助溶劑材料與融化的 材料進(jìn)行調(diào)制和組合，冷卻后將形成的薄膜粗材進(jìn)行碾壓成規(guī)格薄膜。這種薄膜即可在壓 力的作用下改變自身的顏色，而不需要外界提供能源。(3)色敏薄膜增敏根據(jù)傳感器發(fā)光顏色要求，在冷卻過(guò)程中逐步添加鋁酸鍶敏化劑，加強(qiáng)色敏傳感 器發(fā)光效果。(4)傳感器封裝根據(jù)壓力色敏傳感器環(huán)境使用要求，用防銹能力較好的鍍鉻鋼片設(shè)計(jì)傳感器外圍 圓柱體保護(hù)層，傳感器頂部用透光性較好的鋼化玻璃，傳感器底部為傳力桿鋼制擴(kuò)大圓形 端部，接縫部位采用真空焊接，然后打磨，以形成足夠的傳感器周身強(qiáng)度和頂部的透明度；(5)傳感器耐久性處理為了保證傳感器的耐久性，需要對(duì)傳感器各個(gè)接縫和引線接口做傳感器的防水、 防腐和防振等耐久性處理。(6)傳感器壓力傳遞裝置設(shè)計(jì)根據(jù)不同監(jiān)測(cè)情況，設(shè)計(jì)壓力色敏傳感器壓力傳遞裝置中傳力桿的長(zhǎng)度、傳力桿 圓形端部的強(qiáng)度和構(gòu)造措施，保證色敏材料與監(jiān)測(cè)物的充分耦合。(7)傳感器標(biāo)定和檢驗(yàn)為了保證壓力色敏傳感器的工作指標(biāo)，需要對(duì)傳感器的電氣參數(shù)、靈敏度和光譜 分布、產(chǎn)光率、綜合耐久性等指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，并進(jìn)行基于傳感器標(biāo)稱靈敏度的技術(shù)參數(shù)標(biāo) 定，完成色敏傳感器的成型制作。以上過(guò)程如圖2所示。(8)傳感器附加部分?jǐn)?shù)采AD/DA設(shè)計(jì)，該部分是針對(duì)有地下結(jié)構(gòu)集散控制中心的預(yù)警要求以及無(wú)線近 程即刻報(bào)警功能監(jiān)測(cè)區(qū)域的傳感器專門設(shè)計(jì)的。
(B)壓力色敏傳感器安裝工藝(1)地下結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)選擇地下工程監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)選擇主要根據(jù)巖土模型理論計(jì)算確定監(jiān)測(cè)區(qū)域中最有代表性 的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。本發(fā)明計(jì)算軟件中包含地下結(jié)構(gòu)土體的彈塑性E-B模型、巖土體孔隙水壓力計(jì) 算模型、多孔介質(zhì)修正Biot計(jì)算模型和支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算模型。由于土體本構(gòu)模型的 復(fù)雜性和不確定性，以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的多樣性，本發(fā)明中提供的測(cè)點(diǎn)選擇計(jì)算模型主要是指 導(dǎo)用戶根據(jù)壓力色敏傳感器的特點(diǎn)，如何結(jié)合巖土計(jì)算模型選擇地下結(jié)構(gòu)最優(yōu)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn) 計(jì)算理論模型是開放的，不同土體可以輸入不同計(jì)算模型，得到不同的測(cè)點(diǎn)集，同時(shí)計(jì)算模 型接口是標(biāo)準(zhǔn)的，不同用戶可以自定義測(cè)點(diǎn)計(jì)算選擇方法，完成各種特殊環(huán)境下監(jiān)測(cè)任務(wù) 的測(cè)點(diǎn)選擇工作，從而使選擇的測(cè)點(diǎn)具有可觀性和可控性。(2)壓力色敏傳感器傳力桿埋設(shè)深度確定此項(xiàng)技術(shù)提供如何在地下結(jié)構(gòu)中正確安裝壓力色敏傳感器。壓力色敏傳感器主要 安裝在地下工程中的支護(hù)結(jié)構(gòu)和巖土體中，為了讓色敏傳感器底部受壓面和監(jiān)測(cè)點(diǎn)緊密結(jié) 合，需要調(diào)整壓力色敏傳感器的傳力桿位置，確定傳力桿端部圓盤尺寸，設(shè)計(jì)傳力桿孔洞回 填材料和工藝，以確保色敏傳感器受力正確。(3)壓力色敏傳感器現(xiàn)場(chǎng)顏色調(diào)試傳感器安裝完畢后，為了使傳感器具有較好的壓力發(fā)光效果，根據(jù)光譜儀測(cè)試的 監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)光譜分布，調(diào)整傳感器傳力桿端部的預(yù)緊力，使傳感器在壓力安全狀態(tài)和危險(xiǎn)狀 態(tài)的顏色有明顯的區(qū)別，并按照要求設(shè)計(jì)出光感效果最好的發(fā)光顏色，然后鎖止預(yù)加力裝 置，做好傳感器報(bào)警初始顏色的記錄。(4)壓力色敏傳感器現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定傳感器現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定是傳感器自身狀態(tài)診斷的初始依據(jù)。實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定完的傳感器，在 現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試完后，必須進(jìn)行二次標(biāo)定。該步技術(shù)首先用標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器計(jì)算測(cè)點(diǎn)土壓力， 然后用光譜儀分析傳感器的發(fā)光光譜，測(cè)試傳感器的靈敏度和顏色變化躍遷時(shí)間及穩(wěn)定系 數(shù)，最后檢驗(yàn)傳感器抗沖擊和耐水壓力能力。另外，對(duì)于有數(shù)據(jù)采集附加裝置的測(cè)點(diǎn)，需要 按照數(shù)據(jù)采集的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)采集裝置的各項(xiàng)電氣化和物理化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定。只有上述 標(biāo)定工作合格的傳感器才能進(jìn)入測(cè)點(diǎn)組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸。(5)監(jiān)測(cè)點(diǎn)GIS信息生成對(duì)完成標(biāo)定的傳感器，需要將測(cè)試標(biāo)定人員信息(姓名、工號(hào))以及傳感器的工程 位置信息、傳感器測(cè)試標(biāo)定結(jié)果和傳感器監(jiān)測(cè)對(duì)象信息以6IS形式存入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DSP 的EPPR0M內(nèi)存片中，完成壓力色敏傳感器信息初始化工作。上述過(guò)程如圖3所示。(C)壓力色敏傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為了完成對(duì)某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)或者監(jiān)測(cè)區(qū)域的預(yù)警功能，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能直接根據(jù)壓力色 敏傳感器的顏色信號(hào)進(jìn)行預(yù)警，因?yàn)閷?duì)正常的結(jié)構(gòu)，傳感器發(fā)出的顏色一直不變，對(duì)于性態(tài) 變壞但并沒有超過(guò)限值的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，傳感器發(fā)出的顏色從表上面看并沒有多大的變化，或者 說(shuō)人眼不能做出正確的分辨，此時(shí)必須從光譜上進(jìn)行分析，通過(guò)計(jì)算確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)構(gòu)劣變 的程度，并借助模型推斷結(jié)構(gòu)最終破壞的時(shí)間，并及時(shí)做出預(yù)警和維修決策。為了滿足上述 功能，同時(shí)考慮到地下結(jié)構(gòu)一般比較大、基礎(chǔ)埋深比一般建筑物要深，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與 傳輸采用無(wú)線方式，然后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)判斷和處理，最后將監(jiān)測(cè)計(jì)算結(jié)果發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，其具體
10的技術(shù)處理過(guò)程如下。(1)壓力色敏傳感器分區(qū)采集為了提高采集效率和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身的健壯性，壓力色敏傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用了分 區(qū)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集技術(shù)。該技術(shù)將全部測(cè)點(diǎn)分成幾個(gè)采集區(qū)域，每個(gè)區(qū)域集中采集，然后再匯 合到一起向監(jiān)控中心傳輸。這種數(shù)據(jù)采集技術(shù)稱為“POINT”方法，每個(gè)POINT能夠采集數(shù) 百個(gè)測(cè)點(diǎn)。這種采集方法非常適合地下結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)。本發(fā)明中POINT數(shù)采系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)為首先是傳感器的AD/DA數(shù)據(jù)采集裝置，這部 分裝置直接安裝在壓力色敏傳感器的數(shù)據(jù)線上，它負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的直接采集；然后是POINT的 數(shù)據(jù)收集模塊，該模塊利用無(wú)線的方式將AD/DA的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、然后在POINT內(nèi)進(jìn)行暫存 并處理，最后以無(wú)線的方式向無(wú)線CAN總線進(jìn)行發(fā)射。(2)無(wú)線CAN總線數(shù)據(jù)傳輸POINT收集處理完數(shù)據(jù)后，用無(wú)線的方式向CAN總線進(jìn)行發(fā)送。無(wú)線CAN總線是 目前較為穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸控制方法，在本發(fā)明中，壓力色敏傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用了無(wú)線CAN 總線技術(shù)，用來(lái)接收POINT用無(wú)線發(fā)射器傳來(lái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。本專利中無(wú)線CAN總線設(shè)計(jì)了 如下技術(shù)特點(diǎn)(i)無(wú)線CAN總線具備兩個(gè)無(wú)線發(fā)射模塊，一個(gè)負(fù)責(zé)向控制中心傳輸信號(hào)；另外一 個(gè)負(fù)責(zé)向藍(lán)牙等標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線接收器進(jìn)行群發(fā)。這樣可以使擁有藍(lán)牙等標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線接收裝備的人 或者設(shè)備接收結(jié)構(gòu)預(yù)警信號(hào)。(ii)無(wú)線CAN總線具備大容量數(shù)據(jù)發(fā)射功能。能夠以圖形、圖像和聲音的方式 同步發(fā)射預(yù)警信號(hào)，其發(fā)送協(xié)議滿足TD-SCDMA第三代高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊技術(shù) (3G)，傳輸信號(hào)不僅具有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)警信息，同時(shí)還攜帶了監(jiān)測(cè)點(diǎn)和傳感器自身的各種GIS 信息，從而使結(jié)構(gòu)險(xiǎn)情信息滿足于不同層次的需要。(iii)本發(fā)明提供的POINT采集系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)目的規(guī)模進(jìn)行了分級(jí)，對(duì)于大型 監(jiān)測(cè)規(guī)模(測(cè)點(diǎn)數(shù)大于1500個(gè)，POINT模塊大于10個(gè))，系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)為POINT上下位機(jī) 模式，上位機(jī)將AD/DA融于一塊DSP芯片中，下位機(jī)由雙無(wú)線CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)接收；對(duì)于 小規(guī)模監(jiān)測(cè)(測(cè)點(diǎn)數(shù)小于500，POINT模塊小于3個(gè))，由多AD/DA直接采集并由一個(gè)無(wú)線 CAN總線系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)傳輸。這種分級(jí)處理的的無(wú)線CAN總線系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)采集、傳輸所 需要的硬件設(shè)備，提高了數(shù)采系統(tǒng)抵抗惡劣環(huán)境的能力，特別是地下結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的 監(jiān)測(cè)靈活性。(iv)本發(fā)明中的數(shù)據(jù)采集端口和傳輸協(xié)議完全自主開發(fā)。POINT模塊間的連接由 LabVIEff模塊與C語(yǔ)言開發(fā)的協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層完成；無(wú)線CAN總線數(shù)據(jù)會(huì)話 層和表示層以及向Internet網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用層采用Linuxs嵌入式軟件開發(fā)完成， 這種體系可以保證數(shù)采可控、平穩(wěn)地傳輸至接收設(shè)備上。本發(fā)明提供的這套技術(shù)，完全符合國(guó)際電子電工信號(hào)集散控制的全部協(xié)議要求， 具有很強(qiáng)的通用性。上述技術(shù)原理如圖4所示。(3)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信號(hào)有效性判斷與處理方法結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)預(yù)測(cè)的核心是結(jié)構(gòu)損傷計(jì)算。本發(fā)明提供的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)預(yù)警功能包含 了對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程，為了提高信號(hào)處理效率，保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身的健壯性，信號(hào)處理過(guò)程在POINT模塊內(nèi)由嵌入式C語(yǔ)言程序完成，無(wú)線CAN總線只負(fù)責(zé)信號(hào)的傳輸和管理。預(yù) 警系統(tǒng)的信號(hào)處理包含監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)信號(hào)有效性分析和測(cè)點(diǎn)土壓力計(jì)算兩個(gè)內(nèi)容，下面分 別對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。(i)測(cè)點(diǎn)有效性判斷測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)在POINT接收后即刻進(jìn)行其有效性分析，其主要功能是對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn) 自身進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)受到較大破壞或耐久性耗盡時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)有效性程序斷能 夠自動(dòng)對(duì)所采數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，該功能也是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)“P0INT+CAN”無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自診斷 的主要部分，它構(gòu)成了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信號(hào)預(yù)處理計(jì)算的核心內(nèi)容。它首先進(jìn)行測(cè)點(diǎn)的靈敏度分 析，然后計(jì)算測(cè)點(diǎn)輸出信號(hào)的幅值，再對(duì)輸出顏色光譜進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合傳感器傳力桿的位置 判斷，最后得出測(cè)點(diǎn)的整體質(zhì)量并給出測(cè)點(diǎn)的有效性，其過(guò)程如圖5所示。(ii)測(cè)點(diǎn)信號(hào)處理信號(hào)處理系統(tǒng)由LabWindows編制的獨(dú)立計(jì)算程序完成。該系統(tǒng)功能主要包含對(duì) POINT內(nèi)的測(cè)點(diǎn)信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷的計(jì)算與分類，模塊中嵌入了巖土結(jié)構(gòu)3個(gè)彈性、4個(gè)彈 塑形土體損傷計(jì)算模型，其它巖土結(jié)構(gòu)損傷模型也可以放入該系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)接口中，參與多模 型的POINT監(jiān)測(cè)區(qū)域結(jié)構(gòu)劣化預(yù)測(cè)。該系統(tǒng)計(jì)算模塊首先調(diào)用理論計(jì)算模型，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn) 行土壓力首次計(jì)算，獲得土壓力理論計(jì)算初值，然后對(duì)理論值進(jìn)行基于監(jiān)測(cè)值的多次修正， 得到土壓力參考真值，將該真值作為報(bào)警的模板值，并將該值放入土壓力損傷模板庫(kù)內(nèi)，然 后用此值與后期監(jiān)測(cè)值進(jìn)行比較，如果監(jiān)測(cè)計(jì)算值大于模板值，則壓力色敏傳感器已經(jīng)通 過(guò)顏色的改變進(jìn)行報(bào)警；如果監(jiān)測(cè)值小于理論值，則處理系統(tǒng)將根據(jù)某一時(shí)刻土壓力，計(jì)算 判斷基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的位移并與理論模板比較，最后得到監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的損傷預(yù)測(cè)報(bào)警結(jié)論，該過(guò) 程如圖6所示。(iii)監(jiān)測(cè)信號(hào)與預(yù)警信息發(fā)布為了將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)警信號(hào)及時(shí)高效地向各個(gè)媒體發(fā)布，壓力色敏傳感器監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)開發(fā)了基于Mac和Windows OS的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)布系統(tǒng)，該網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)應(yīng)用層以嵌入式 Linux Redmap系統(tǒng)為基礎(chǔ)，開發(fā)了目前流行的Mac-Safari網(wǎng)頁(yè)即時(shí)發(fā)布軟件，其對(duì)應(yīng)網(wǎng)頁(yè) 瀏覽器可以和現(xiàn)有的IE、Firefox、Chrome等主流網(wǎng)絡(luò)瀏覽器快速連接，從而保證了壓力色 敏傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中各個(gè)POINT信息能夠以以Ma-Safari網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)為載體進(jìn)行發(fā)布，并 和Internet物流網(wǎng)進(jìn)行充分的信息融合，保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和結(jié)論能夠方便、 快捷和穩(wěn)定地傳輸給各種電子媒體，具體過(guò)程如圖7所示。
權(quán)利要求
一種地下結(jié)構(gòu)力致發(fā)光色敏傳感器，其特征是壓力色敏傳感器結(jié)構(gòu)為一圓柱形結(jié)構(gòu)和底部有一凸出的柱帽組成，圓柱形的頂部為透光性較好的鋼化玻璃，圓柱形柱體外層為壓力色敏傳感器的保護(hù)層外殼，該外殼由鍍鉻鋼片組成，保護(hù)內(nèi)部色敏薄膜在橫向受力后不變形；圓柱鋼片內(nèi)部為色敏薄膜，薄膜外面包有一層黑色絕緣塑料管，該塑料管能夠減少色敏薄膜的漏光及不受外界電磁場(chǎng)的干擾，同時(shí)也能防水，黑色絕緣塑料管及其包的色敏薄膜伸出鋼片外殼下端形成傳感器凸出的柱帽，它是傳感器中色敏薄膜接受傳力桿傳來(lái)的壓力；傳感器下部為傳力桿，它由其上端板和下端板以及中間至少3個(gè)支撐桿組成，通過(guò)調(diào)節(jié)中間支撐桿的長(zhǎng)度，可以將色敏薄膜和測(cè)點(diǎn)緊密連接起來(lái)，從而使傳感器柱帽與測(cè)點(diǎn)耦合良好。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色敏傳感器，其特征是在壓力色敏傳感器上設(shè)有作為傳感 器的預(yù)警需要以及和POINT連接以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)接收端口。
3.—種地下結(jié)構(gòu)力致發(fā)光色敏傳感器制作方法，其特征是該色敏傳感器制作工藝如下第一步色敏傳感器基材選擇選擇制作色敏薄膜的無(wú)機(jī)異構(gòu)體和參晶緩色輔助基材，根據(jù)傳感器對(duì)色敏度的要求確 定無(wú)機(jī)異構(gòu)體微膠囊尺寸，測(cè)定該基材中有機(jī)大分子團(tuán)的分布，根據(jù)對(duì)分子團(tuán)受壓后躍遷 能量的計(jì)算，判斷基材是否滿足傳感器色敏度的要求；第二步色敏薄膜制作色敏基材確定后，根據(jù)傳感器尺寸大小，制作在壓力作用下自發(fā)光的色敏薄膜，將色敏 基材放入坩鍋內(nèi)，在融化溫度內(nèi)(400度-1200度)，分3個(gè)階段分別加入SrTi03、激活劑和 助溶劑材料進(jìn)行調(diào)制、組合，冷卻后將形成的薄膜粗材進(jìn)行碾壓成規(guī)格薄膜；這種薄膜即可 在壓力的作用下改變自身的顏色，而不需要外界提供能源；第三步色敏傳感器封裝將檢測(cè)合格的色敏薄膜按設(shè)計(jì)發(fā)光要求做成不同靈敏度的受壓發(fā)光體，在其外面用防 銹能力較好的鍍鉻鋼片作為傳感器的保護(hù)層，傳感器的底部受壓面上連接有可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的 傳力桿，通過(guò)傳力桿可以讓傳感器感知遠(yuǎn)處土體中的壓力；為了保證傳感器的耐久性，設(shè) 計(jì)了傳感器的封裝技術(shù)，其主要有以下工藝(i)傳感器防水處理；(ii)傳感器光路設(shè)計(jì) (iii)傳感器壓力接觸面?zhèn)髁ρb置設(shè)計(jì)；最后根據(jù)傳感器使用環(huán)境，進(jìn)行傳感器封裝工藝 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)；第四步色敏傳感器標(biāo)定對(duì)壓力色敏傳感器的發(fā)光靈敏度、光譜分布、產(chǎn)光率、綜合耐久性等指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，并 進(jìn)行基于傳感器標(biāo)稱靈敏度的技術(shù)參數(shù)標(biāo)定，完成色敏傳感器的成型制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的色敏傳感器制作方法，其特征是所述的第一步中，制作傳感 器色敏薄膜的無(wú)機(jī)異構(gòu)體和參晶緩色輔助基材，可為無(wú)機(jī)噻吩衍生物聚合物和單晶SrTi03 材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色敏傳感器制作方法，其特征是所述的第二步，在色敏薄膜 制作中，根據(jù)發(fā)光顏色的要求，在冷卻工藝過(guò)程中逐步添加鋁酸鍶敏化劑，加強(qiáng)色敏傳感器 發(fā)光效果。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色敏傳感器制作方法，其特征是所述的第二步，在色敏薄膜 制作中，在融化溫度內(nèi)(400度-1200度)，在最佳攝氏940度溫度環(huán)境下，5分鐘后基材開 始全部融化，在15分鐘、32分鐘和48分鐘三個(gè)時(shí)間間隔階段內(nèi)，分別依次加入SrTi03、激 活劑和助溶劑材料與融化的材料進(jìn)行調(diào)制和組合，冷卻后將形成的薄膜粗材進(jìn)行碾壓成規(guī)格薄膜。
7.—種地下結(jié)構(gòu)力致發(fā)光色敏傳感器安裝技術(shù)，其特征是該壓力色敏傳感器安裝技 術(shù)的工藝步驟如下第一步傳感器測(cè)點(diǎn)的選擇根據(jù)具體的地下結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，分析計(jì)算出具有代表性的所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)傳感器埋 設(shè)和維修的約束條件，結(jié)合監(jiān)測(cè)規(guī)范、規(guī)程，得出結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的合理測(cè)點(diǎn)，最后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn) 對(duì)比，測(cè)試并驗(yàn)證所選測(cè)點(diǎn)的正確性；第二步傳感器傳力桿的定位根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象賦存空間，選擇傳感器埋設(shè)坐標(biāo)；設(shè)計(jì)傳感器傳力裝置中耦合傳力桿的 長(zhǎng)度和端部伸入土體中的長(zhǎng)度，保證壓力色敏薄膜與被監(jiān)測(cè)體形成有效接合，使色敏傳感 器發(fā)出的顏色真實(shí)反應(yīng)監(jiān)測(cè)對(duì)象的應(yīng)力狀況；第三步傳感器檢驗(yàn)和標(biāo)定確定傳感器的有效工作狀態(tài)，然后根據(jù)傳感器工作環(huán)境和可見度，完成傳感器初始輸 出顏色信號(hào)的調(diào)試和標(biāo)定，對(duì)完成標(biāo)定的傳感器，需要將測(cè)試標(biāo)定監(jiān)測(cè)對(duì)象相關(guān)信息以GIS 形式存入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DSP的EPPR0M內(nèi)存片中，完成壓力色敏傳感器信息初始化工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器安裝工藝，其特征是所述的第一步傳感器測(cè)點(diǎn)的選 擇，其運(yùn)用的分析計(jì)算的軟件中包含地下結(jié)構(gòu)土體的彈塑性E-B模型、巖土體孔隙水壓力 計(jì)算模型、多孔介質(zhì)修正Biot計(jì)算模型和支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算模型；測(cè)點(diǎn)計(jì)算理論模型 是開放的，不同土體可以輸入不同計(jì)算模型，得到不同的測(cè)點(diǎn)集，同時(shí)計(jì)算模型接口是標(biāo)準(zhǔn) 的，不同用戶可以自定義測(cè)點(diǎn)計(jì)算選擇方法，完成各種特殊環(huán)境下監(jiān)測(cè)任務(wù)的測(cè)點(diǎn)選擇工 作，從而使選擇的測(cè)點(diǎn)具有可觀性和可控性。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器安裝工藝，其特征是所述的傳感器安裝工藝第三步 壓力色敏傳感器現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行二次標(biāo)定；首先用標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器計(jì)算測(cè)點(diǎn)土壓力，然后用光譜 儀分析傳感器的發(fā)光光譜，測(cè)試傳感器的靈敏度和顏色變化躍遷時(shí)間及穩(wěn)定系數(shù)，最后檢 驗(yàn)傳感器抗沖擊和耐水壓力能力；對(duì)于有數(shù)據(jù)采集附加裝置的測(cè)點(diǎn)，需要按照數(shù)據(jù)采集的 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)采集裝置的各項(xiàng)電氣化和物理化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定。
10.一種地下結(jié)構(gòu)力致發(fā)光色敏傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是該色敏傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 由以下部分構(gòu)成第一步壓力色敏信號(hào)采集與無(wú)線傳輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)采部分由數(shù)個(gè)POINT模塊組成，在每個(gè)POINT模塊內(nèi)有數(shù)十到數(shù)百個(gè)測(cè)點(diǎn)， 每個(gè)測(cè)點(diǎn)由獨(dú)立的AD/DA器件將顏色信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；在POINT模塊內(nèi)，設(shè)置了測(cè)點(diǎn)位 置信息描述的GIS信號(hào)存儲(chǔ)器，該GIS信號(hào)和傳感器顏色信號(hào)一起由POINT內(nèi)的無(wú)線發(fā)射 模塊發(fā)射到無(wú)線CAN總線的無(wú)線接收端內(nèi)，再由無(wú)線CAN總線發(fā)射器傳輸至結(jié)構(gòu)安全管理 中心；第二步監(jiān)測(cè)信號(hào)有效性判斷和信號(hào)處理該步是結(jié)構(gòu)預(yù)警計(jì)算的主要內(nèi)容，執(zhí)行兩個(gè)方面的任務(wù)，第一是當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集完數(shù) 據(jù)后，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷采集數(shù)據(jù)的有效性，診斷傳感器的自身狀態(tài)，對(duì)采集 系統(tǒng)進(jìn)行自維護(hù)；第二是對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，判斷監(jiān)測(cè)點(diǎn)是否處于危險(xiǎn)狀態(tài)；第三步監(jiān)測(cè)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布該監(jiān)測(cè)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的顏色監(jiān)測(cè)信息、監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)警信息和各個(gè)測(cè)點(diǎn)的 GIS信息組合在一起，同步向Internet網(wǎng)絡(luò)和地下結(jié)構(gòu)管理專用物流網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，實(shí)時(shí)播報(bào) 結(jié)構(gòu)安全信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的色敏傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述的第一步壓力色敏 信號(hào)采集與無(wú)線傳輸中其無(wú)線CAN總線具備兩個(gè)無(wú)線發(fā)射模塊，一個(gè)負(fù)責(zé)向控制中心傳輸 信號(hào)；另外一個(gè)負(fù)責(zé)向藍(lán)牙等標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線接收器進(jìn)行群發(fā)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的色敏傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述的第一步中POINT 模塊間的連接由LabVIEW模塊與C語(yǔ)言開發(fā)的協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層完成；無(wú)線 CAN總線數(shù)據(jù)會(huì)話層和表示層以及向Internet網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用層采用Linuxs嵌入 式軟件開發(fā)完成，這種體系可以保證數(shù)采可控、平穩(wěn)地傳輸至接收設(shè)備上。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的色敏傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述的第二步中測(cè)點(diǎn)數(shù) 據(jù)有效性判斷，主要是對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)自身進(jìn)行驗(yàn)證，該功能也是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)“P0INT+CAN”無(wú) 線網(wǎng)絡(luò)自診斷的主要部分，它首先進(jìn)行測(cè)點(diǎn)的靈敏度分析，然后計(jì)算測(cè)點(diǎn)輸出信號(hào)的幅值， 再對(duì)輸出顏色光譜進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合傳感器傳力桿的位置判斷，最后得出測(cè)點(diǎn)的整體質(zhì)量并 給出測(cè)點(diǎn)的有效性。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的色敏傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述的第二步中測(cè)點(diǎn)信 號(hào)處理，該系統(tǒng)功能主要包含對(duì)POINT內(nèi)的測(cè)點(diǎn)信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷的計(jì)算與分類，模塊中 嵌入了巖土結(jié)構(gòu)3個(gè)彈性、4個(gè)彈塑形土體損傷計(jì)算模型，其它巖土結(jié)構(gòu)損傷模型也可以放 入該系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)接口中，參與多模型的POINT監(jiān)測(cè)區(qū)域結(jié)構(gòu)劣化預(yù)測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種為地下結(jié)構(gòu)損傷過(guò)程提供可靠監(jiān)測(cè)的色敏傳感器，不需要外界提供能源，利用自身材料受力發(fā)光的特性，將其所受壓力轉(zhuǎn)化為顏色，不需要信號(hào)的處理直接快速反饋結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)。對(duì)于需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)預(yù)警的監(jiān)測(cè)區(qū)域，將在傳感器上安裝附加的數(shù)據(jù)采集單元，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將采集的信號(hào)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地以無(wú)線的方式傳輸?shù)竭M(jìn)入地下結(jié)構(gòu)中的所有人和機(jī)械設(shè)備上，同時(shí)也將信號(hào)傳輸?shù)娇刂浦行?，為地下結(jié)構(gòu)生命全周期監(jiān)測(cè)和地下工程先進(jìn)施工技術(shù)，提供重要的現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)信息。本發(fā)明的技術(shù)方案分為壓力色敏傳感器及制作技術(shù)、壓力色敏傳感器安裝技術(shù)和壓力色敏傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)三大部分。
文檔編號(hào)H04W84/18GK101858803SQ20101017365
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者何林, 張厚, 歐進(jìn)萍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)