基于壓電陶瓷的預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于壓電陶瓷技術(shù)的預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性的監(jiān)測(cè)方法，其包括步驟：在預(yù)應(yīng)力管道外壁頂部粘結(jié)壓電陶瓷傳感器，在預(yù)應(yīng)力管道外壁底部相應(yīng)位置粘結(jié)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，在預(yù)應(yīng)力管道外壁與驅(qū)動(dòng)器或傳感器之間均設(shè)有絕緣層；利用任意信號(hào)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，采用高壓信號(hào)放大器將激勵(lì)信號(hào)放大，利用放大的激勵(lì)信號(hào)對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行激勵(lì)，使預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波對(duì)壓電陶瓷傳感器作用產(chǎn)生電信號(hào)；利用高頻信號(hào)采集系統(tǒng)采集傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)，利用小波包能量分析方法來(lái)判斷預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性。本發(fā)明方法能精確快速的找到壓漿不密實(shí)的位置，反應(yīng)靈敏、操作簡(jiǎn)便、成本低廉。
【專利說(shuō)明】基于壓電陶瓷的預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，更具體涉及一種基于壓電陶瓷技術(shù)的預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性的監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)孔道壓漿效果對(duì)保證預(yù)應(yīng)力的可靠性至關(guān)重要，漿體與預(yù)應(yīng)力管道之間的粘結(jié)是否完好直接影響預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力管道壓漿常不飽滿，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼筋沒有完全被漿體包裹起來(lái)，而且預(yù)應(yīng)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(jìn)入管道內(nèi)部，造成預(yù)應(yīng)力筋銹蝕、斷面銳減、斷絲及內(nèi)力損失嚴(yán)重等致命的質(zhì)量問(wèn)題，最終導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力失效，有效預(yù)應(yīng)力不足，由此可導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁發(fā)生垮塌，造成極大經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]目前對(duì)預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量的監(jiān)測(cè)方法主要有地質(zhì)雷達(dá)法、沖擊回波法和超聲波法。而由于金屬預(yù)應(yīng)力管道和密集鋼束屏蔽干擾及介電常數(shù)難以精確等問(wèn)題限制了地質(zhì)雷達(dá)法在預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性監(jiān)測(cè)的應(yīng)用；沖擊回波法監(jiān)測(cè)效率低且沖擊回波掃描設(shè)備對(duì)被測(cè)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(shí)容易出現(xiàn)信號(hào)丟失的測(cè)試點(diǎn)，造成對(duì)測(cè)試結(jié)果難以判斷；而應(yīng)用較廣泛的超聲波法同樣存在不足之處，例如受混凝土強(qiáng)度等級(jí)、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(cè)結(jié)果受人為因素影響比較大，對(duì)操作人員的技術(shù)水平有較高要求，檢測(cè)位置須在可觸及范圍內(nèi)等。因此需要提供一種反應(yīng)靈敏、操作簡(jiǎn)便、成本低廉的對(duì)預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量的監(jiān)測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種靈敏度高，快速準(zhǔn)確的基于壓電陶瓷和小波包分析的預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性監(jiān)測(cè)方法。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于壓電陶瓷技術(shù)的預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性的監(jiān)測(cè)方法，所述的監(jiān)測(cè)方法使用的一種基于壓電陶瓷技術(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括:壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，壓電陶瓷傳感器，高頻信號(hào)采集系統(tǒng)，任意信號(hào)函數(shù)發(fā)生器，高壓信號(hào)放大器，計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)；所述的壓電陶瓷傳感器通過(guò)導(dǎo)線與高頻信號(hào)采集系統(tǒng)連接，該高頻信號(hào)采集系統(tǒng)連接計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)，任意信號(hào)函數(shù)發(fā)生器經(jīng)高壓信號(hào)放大器與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器連接；壓電陶瓷傳感器接收的信號(hào)經(jīng)高頻信號(hào)采集系統(tǒng)傳至計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)，任意信號(hào)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)高壓信號(hào)放大器放大后激勵(lì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器；所述的監(jiān)測(cè)方法步驟包括:在預(yù)應(yīng)力管道外壁頂部粘結(jié)壓電陶瓷傳感器，在預(yù)應(yīng)力管道外壁底部相應(yīng)位置粘結(jié)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，在預(yù)應(yīng)力管道外壁與驅(qū)動(dòng)器或傳感器之間均設(shè)有絕緣層；利用任意信號(hào)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，采用高壓信號(hào)放大器將激勵(lì)信號(hào)放大，利用放大的激勵(lì)信號(hào)對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行激勵(lì)，使預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波對(duì)壓電陶瓷傳感器作用產(chǎn)生電信號(hào)；利用高頻信號(hào)采集系統(tǒng)采集傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)，利用小波包能量分析方法來(lái)判斷預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性。
[0008]優(yōu)選地，所述的壓電陶瓷傳感器為多個(gè)壓電陶瓷片，在所述的多個(gè)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(qū)動(dòng)器為多個(gè)壓電陶瓷片，在所述的多個(gè)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(shè)置一條無(wú)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(yù)應(yīng)力管道外壁與驅(qū)動(dòng)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(cè)方法為預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了新的途徑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)、能精確的找到壓漿不密實(shí)的位置，反應(yīng)靈敏、操作簡(jiǎn)便、成本低廉。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)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(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)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(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2是本發(fā)明所述的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的框架示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明所述的基于波動(dòng)法壓電智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明所述的監(jiān)測(cè)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(yù)應(yīng)力管道，2壓電陶瓷傳感器，3壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，4預(yù)應(yīng)力筋，5任意函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，6高壓信號(hào)放大器，7高頻信號(hào)采集系統(tǒng)；8混凝土，9預(yù)應(yīng)力混凝土梁體。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不能用來(lái)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(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性監(jiān)測(cè)方法，該監(jiān)測(cè)方法可對(duì)預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性實(shí)施高靈敏度且快速準(zhǔn)確的主動(dòng)監(jiān)測(cè)。
[0023]本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于壓電陶瓷的預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性監(jiān)測(cè)方法，它包括基于壓電陶瓷傳感器和驅(qū)動(dòng)器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立和預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性的監(jiān)測(cè)和評(píng)定方法；
[0024]所述基于壓電陶瓷的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其建立步驟為:由于預(yù)應(yīng)力管道壓漿不密實(shí)情況通常出現(xiàn)在預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)部的頂部位置，所以選擇在預(yù)應(yīng)力管道外壁的頂部位置粘貼多個(gè)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(gè)作為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的壓電陶瓷片，以此形成壓電智能結(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)力管道外壁之間均設(shè)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(guò)導(dǎo)線與高頻信號(hào)采集系統(tǒng)連接，所述高頻信號(hào)采集系統(tǒng)接入計(jì)算機(jī)；所述用作驅(qū)動(dòng)器的壓電陶瓷片均與任意信號(hào)函數(shù)發(fā)生器連接。由任意函數(shù)信號(hào)發(fā)生器經(jīng)高壓信號(hào)放大器放大信號(hào)后激勵(lì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，其壓電陶瓷傳感器與高頻信號(hào)采集系統(tǒng)相連，壓電陶瓷傳感器接收的信號(hào)經(jīng)高頻信號(hào)采集系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳至計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)；
[0025]當(dāng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器與傳感器之間的介質(zhì)沒有空洞或密實(shí)時(shí)，即壓漿密實(shí)性良好，其計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)所分析出的信號(hào)能量指標(biāo)與壓漿密實(shí)性良好處的信號(hào)能量指標(biāo)基本保持一致。當(dāng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器與傳感器之間的介質(zhì)存在空洞即壓漿不密實(shí)時(shí)，其計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)所分析出的信號(hào)能量指標(biāo)小于壓漿密實(shí)性良好處的信號(hào)能量指標(biāo)。
[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(yù)應(yīng)力管道外壁上，在安裝壓電陶瓷片之前先要對(duì)管道外壁粘貼處進(jìn)行打磨光滑處理，確保壓電陶瓷能與預(yù)應(yīng)力管道壁緊密結(jié)合；在打磨光滑后的預(yù)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(yù)應(yīng)力管道外壁上不能直接在該面上焊接導(dǎo)線，為保證壓電陶瓷片下表面與鋼管壁平整結(jié)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(shí)將下表面銀電極引至上表面，兩者之間設(shè)置一條無(wú)鍍銀的隔離帶將上下表面的銀極隔離開，焊導(dǎo)線時(shí)只需分別在上表面的兩電極上引出導(dǎo)線，這樣導(dǎo)線可直接焊接在同一表面同時(shí)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(yīng)力波在混凝土及預(yù)應(yīng)力筋材兩種不同介質(zhì)中及預(yù)應(yīng)力管道界面上傳播這一過(guò)程比較復(fù)雜，當(dāng)預(yù)應(yīng)力管道壓漿不密實(shí)出現(xiàn)空洞后更加復(fù)雜，所采集信號(hào)的幅值是信號(hào)能量的體現(xiàn)，作為驅(qū)動(dòng)器的壓電陶瓷片在電信號(hào)的作用下通過(guò)振動(dòng)產(chǎn)生高頻應(yīng)力波，該應(yīng)力波在混凝土內(nèi)部傳播時(shí)在損傷界面上將發(fā)生反射和折射等現(xiàn)象，導(dǎo)致通過(guò)相應(yīng)位置上應(yīng)力波信號(hào)的變化，從而表現(xiàn)出壓電陶瓷傳感器輸出的電信號(hào)的變化，通過(guò)比較壓電陶瓷傳感器輸出信號(hào)之間的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)壓漿密實(shí)性狀況的識(shí)別。
[0029]本發(fā)明中采用小波包能量進(jìn)行分析判斷，以小波包分解后的小波包能量為變量，計(jì)算不同狀態(tài)下應(yīng)力波能量與健康狀態(tài)下的應(yīng)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(hào)之間差別的合適的損傷指標(biāo)。[0030]損傷指標(biāo)定義為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓電陶瓷技術(shù)的預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述的監(jiān)測(cè)方法使用的基于壓電陶瓷技術(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括:壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，壓電陶瓷傳感器，高頻信號(hào)采集系統(tǒng)，任意信號(hào)函數(shù)發(fā)生器，高壓信號(hào)放大器，計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)；所述的壓電陶瓷傳感器通過(guò)導(dǎo)線與高頻信號(hào)采集系統(tǒng)連接，該高頻信號(hào)采集系統(tǒng)連接計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)，任意信號(hào)函數(shù)發(fā)生器經(jīng)高壓信號(hào)放大器與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器連接；壓電陶瓷傳感器接收的信號(hào)經(jīng)高頻信號(hào)采集系統(tǒng)傳至計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)，任意信號(hào)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)高壓信號(hào)放大器放大后激勵(lì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器；所述的監(jiān)測(cè)方法包括步驟:在預(yù)應(yīng)力管道外壁頂部粘結(jié)壓電陶瓷傳感器，在預(yù)應(yīng)力管道外壁底部相應(yīng)位置粘結(jié)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，在預(yù)應(yīng)力管道外壁與驅(qū)動(dòng)器或傳感器之間均設(shè)有絕緣層；利用任意信號(hào)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，采用高壓信號(hào)放大器將激勵(lì)信號(hào)放大，利用放大的激勵(lì)信號(hào)對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行激勵(lì)，使預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波對(duì)壓電陶瓷傳感器作用產(chǎn)生電信號(hào)；利用高頻信號(hào)采集系統(tǒng)采集傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)，利用小波包能量分析方法來(lái)判斷預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種基于壓電陶瓷技術(shù)的預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述的壓電陶瓷傳感器為多個(gè)壓電陶瓷片，在所述的多個(gè)壓電陶瓷片上均涂有一層環(huán)氧樹脂防水層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種基于壓電陶瓷技術(shù)的預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器為多個(gè)壓電陶瓷片，在所述的多個(gè)壓電陶瓷片上均涂有一層環(huán)氧樹脂防水層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的一種基于壓電陶瓷技術(shù)的預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性的監(jiān)測(cè)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(shè)置一條無(wú)鍍銀的隔離帶將上下表面的銀極隔離開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1一種基于壓電陶瓷技術(shù)的預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述的在預(yù)應(yīng)力管道外壁與驅(qū)動(dòng)器或傳感器之間的絕緣層為環(huán)氧樹脂絕緣層。
【文檔編號(hào)】G01N27/00GK103852492SQ201410110654
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】蔣田勇, 宋鋼兵, 龍偉 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙理工大學(xué), 江蘇三川智能科技有限公司