一種用于船撞橋墩結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于船撞橋墩結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測系統(tǒng)，壓電力傳感器和加速度傳感器裝在被測橋墩內(nèi)部，加速傳感器粘貼在橋墩表面，壓電力傳感器采集撞擊力產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖電壓信號，經(jīng)過電荷放大器放大后送入采集終端；加速度傳感器采集撞擊后的振動信息送采集終端；光纖光柵應(yīng)變傳感器采集撞擊后的應(yīng)變信息送光纖光柵解調(diào)儀；采集終端和光纖光柵解調(diào)儀通過通訊子系統(tǒng)與監(jiān)控中心通訊，監(jiān)控中心對采集數(shù)據(jù)實時在線處理、分析以及存儲，對船撞橋墩后橋墩結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)做出評估與安全預(yù)警。系統(tǒng)可完成船撞橋墩船撞力、加速度和應(yīng)變的同步監(jiān)測；采用了嵌入式平臺作為數(shù)據(jù)采集平臺，在系統(tǒng)的硬件集成性和可靠性方面有了很大的改進(jìn)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)實時監(jiān)測。
【專利說明】一種用于船撞橋墩結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種土木工程結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)，特別涉及一種用于船撞橋墩結(jié)構(gòu)的健康 監(jiān)測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 自20世紀(jì)90年代以來，我國跨江、跨海橋梁等大型復(fù)雜交通工程建設(shè)迎來了一個 持續(xù)發(fā)展階段，跨越繁忙航道的橋梁迅速增多。另一方面，世界范圍內(nèi)船舶航運(yùn)業(yè)蓬勃發(fā) 展，航道通航密度逐年增大，船舶朝著大型化和快速化方向發(fā)展。于是，船舶與橋梁之間的 矛盾日益突出，船撞風(fēng)險越來越大，船撞橋墩造成的后果也更加嚴(yán)重。近幾年，我國發(fā)生了 多宗嚴(yán)重船撞事故。除少數(shù)船撞事件導(dǎo)致橋梁整體倒塌之外，大多數(shù)船撞事件往往導(dǎo)致不 可見的結(jié)構(gòu)損傷。這種損傷往往被結(jié)構(gòu)的表面完整性所掩蓋，可能危及橋梁安全。
[0003] 傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)損傷檢測手段通過直接測量結(jié)構(gòu)的相關(guān)物理量，從而可以快速地實現(xiàn) 對結(jié)構(gòu)局部損傷的監(jiān)測。但是作為局部的離線式檢測方法，存在信息的滯后性。并且傳統(tǒng) 的無損檢測儀器很難達(dá)到橋墩結(jié)構(gòu)部位，從而無法實時快速的檢測船撞橋墩后橋墩的健康 狀態(tài)。
[0004] 基于現(xiàn)代智能結(jié)構(gòu)發(fā)展的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)，集成了傳感技術(shù)、信息處理與損傷 識別技術(shù)等多學(xué)科知識，為實現(xiàn)船撞橋墩之后橋墩的健康狀況評估提供了可能。如基于壓 電陶瓷智能材料的健康監(jiān)測技術(shù)由于在混凝土結(jié)構(gòu)監(jiān)測方面的眾多優(yōu)勢，已經(jīng)取得了階段 性的成果。但由于缺少相應(yīng)配套監(jiān)測平臺的開發(fā)，使得此項技術(shù)尚未用于船撞橋墩的工程 應(yīng)用中，只是停留在理論仿真和實驗室試驗階段。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是針對現(xiàn)在船撞橋墩檢測技術(shù)無法實現(xiàn)實時快速得到損傷數(shù)據(jù)的問題，提 出了一種用于船撞橋墩結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過壓電力傳感器、加速度傳感器和 光纖光柵應(yīng)變傳感器可以實現(xiàn)對船撞橋墩的撞擊力、加速度和應(yīng)變等多物理量進(jìn)行監(jiān)測， 同時通過系統(tǒng)的軟件平臺實現(xiàn)對船撞橋墩之后橋墩的健康狀態(tài)評估和安全預(yù)警等功能。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種用于船撞橋墩結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測系統(tǒng)，包括傳感器子系 統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、通訊子系統(tǒng)以及監(jiān)控中心，傳感器子系統(tǒng)包括壓電力傳感器、加速度 傳感器和光纖光柵應(yīng)變傳感器，數(shù)據(jù)米集子系統(tǒng)包括電荷放大器、米集終端和光纖光柵解 調(diào)儀，壓電力傳感器和加速度傳感器裝在被測橋墩內(nèi)部，加速傳感器粘貼在橋墩表面，壓電 力傳感器采集撞擊力產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖電壓信號，經(jīng)過電荷放大器放大后送入采集終端；力口 速度傳感器采集撞擊后的振動信息送采集終端；光纖光柵應(yīng)變傳感器采集撞擊后的應(yīng)變信 息送光纖光柵解調(diào)儀；采集終端和光纖光柵解調(diào)儀通過通訊子系統(tǒng)與監(jiān)控中心通訊，監(jiān)控 中心對采集數(shù)據(jù)實時在線處理、分析以及存儲，對船撞橋墩后橋墩結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)做出評 估與安全預(yù)警。
[0007] 所述采集終端由NICRI0-9075嵌入式平臺和NI9222數(shù)據(jù)采集卡組成，光纖光柵 解調(diào)儀采用MOI光纖光柵解調(diào)儀Sml25。
[0008] 所述撞擊力產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖電壓信號與撞擊力Z7之間的關(guān)系式如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于船撞橋墩結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集 子系統(tǒng)、通訊子系統(tǒng)以及監(jiān)控中心，傳感器子系統(tǒng)包括壓電力傳感器、加速度傳感器和光纖 光柵應(yīng)變傳感器，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括電荷放大器、采集終端和光纖光柵解調(diào)儀，壓電力傳 感器和加速度傳感器裝在被測橋墩內(nèi)部，加速傳感器粘貼在橋墩表面，壓電力傳感器采集 撞擊力產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖電壓信號，經(jīng)過電荷放大器放大后送入采集終端；加速度傳感器采 集撞擊后的振動信息送采集終端；光纖光柵應(yīng)變傳感器采集撞擊后的應(yīng)變信息送光纖光柵 解調(diào)儀；采集終端和光纖光柵解調(diào)儀通過通訊子系統(tǒng)與監(jiān)控中心通訊，監(jiān)控中心對采集數(shù) 據(jù)實時在線處理、分析以及存儲，對船撞橋墩后橋墩結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)做出評估與安全預(yù)警。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于船撞橋墩結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述采集終 端由NICRI0-9075嵌入式平臺和NI9222數(shù)據(jù)采集卡組成，光纖光柵解調(diào)儀采用MOI光纖 光柵解調(diào)儀Sml25。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于船撞橋墩結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述撞擊力 產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖電壓信號與撞擊力Z7之間的關(guān)系式如下： FJ^ Ssi 式中W為脈沖峰值電壓，&3為壓電力傳感器壓電電壓常數(shù)，?為壓電陶瓷片厚度d為 壓電陶瓷片的面積。
【文檔編號】G01D21/02GK104236627SQ201410450709
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】郭智剛, 葉肖偉, 陳楊, 倪一清, 孫守旺 申請人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院