基于壓電陶瓷自供電的伸縮縫振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及橋梁健康監(jiān)測(cè)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于壓電陶瓷自供電的伸縮縫振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]橋梁在氣溫等環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，有膨脹和收縮的縱向變形、豎向和橫向的彎曲變形;在車(chē)輛載荷下，有縱向位移和豎向彎曲變形。為了滿足橋梁變形要求，通常在梁端或者其與臺(tái)背間設(shè)置伸縮縫裝置，以容許縱向、豎向彎曲等自由變形。橋梁伸縮縫長(zhǎng)期在車(chē)輛載荷作用下，容易發(fā)生損壞，因此，有效監(jiān)測(cè)伸縮縫振動(dòng)、變形等參數(shù)，為伸縮縫的維護(hù)，保證橋梁及行車(chē)安全提供決策依據(jù)顯得尤為重要。對(duì)伸縮縫振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)通常采用振動(dòng)傳感器，但是振動(dòng)傳感器需要供電，因此，存在伸縮縫振動(dòng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)供電問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于壓電陶瓷自供電的伸縮縫振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法，能夠有效解決伸縮縫振動(dòng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)供電問(wèn)題，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種基于壓電陶瓷自供電的伸縮縫振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，設(shè)于橋梁的箱體與橋墩之間，它包括彈性金屬條、安裝底座、振動(dòng)傳感器、壓頭、蓄電池和至少一壓電陶瓷薄膜，所述壓頭包括橫向設(shè)置的箱體連接部和豎向設(shè)置的指壓部，所述指壓部的末端形成尖端部，所述安裝底座安裝于所述橋墩上;所述箱體連接部固接于所述箱體上;所述彈性金屬條的一端與所述安裝底座固定連接，所述彈性金屬條中部及另一端懸空，且所述彈性金屬條的另一端上表面與所述尖端部緊密接觸;所述壓電陶瓷薄膜粘貼于所述彈性金屬條上表面或/和下表面，且所述壓電陶瓷薄膜的輸出端通過(guò)電線與所述蓄電池的充電端口相連接，所述蓄電池供電端口通過(guò)電線與所述振動(dòng)傳感器相連接;所述振動(dòng)傳感器安裝于所述箱體上。
[0006]進(jìn)一步的，所述安裝底座呈工字形，包括橫向的金屬條連接部、豎向的支撐部和橫向的橋墩連接部;所述彈性金屬條通過(guò)螺栓與所述金屬條連接部固定連接，所述橋墩連接部通過(guò)螺栓與所述橋墩固定連接。
[0007]進(jìn)一步的，設(shè)有兩個(gè)所述壓電陶瓷薄膜，兩個(gè)所述壓電陶瓷薄膜分設(shè)于所述彈性金屬條的上下表面上。
[0008]進(jìn)一步的，兩個(gè)所述壓電陶瓷薄膜通過(guò)導(dǎo)線并聯(lián)起來(lái)，并與所述蓄電池相連接。
[0009]進(jìn)一步的，兩個(gè)所述壓電陶瓷薄膜用AB膠粘貼于所述彈性金屬條上下表面上，所述壓電陶瓷薄膜表面均勻涂覆有一層用于防水的硅膠。
[0010]進(jìn)一步的，所述彈性金屬條為薄鋼條。
[0011]—種基于壓電陶瓷自供電的伸縮縫振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，設(shè)有一振動(dòng)傳感器，所述振動(dòng)傳感器安裝于橋梁的箱體上，對(duì)橋梁的箱體振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè);橋梁的箱體上下振動(dòng)可帶動(dòng)一與其相連的壓頭上下振動(dòng)，該壓頭上下振動(dòng)驅(qū)動(dòng)一彈性金屬條產(chǎn)生周期性彎曲變形，該彈性金屬條進(jìn)而迫使至少一壓電陶瓷薄膜變形產(chǎn)生電能;該壓電陶瓷薄膜產(chǎn)生電能通過(guò)電纜傳輸給一蓄電池存儲(chǔ)并向所述振動(dòng)傳感器供電。
[0012]進(jìn)一步的，所述壓頭包括橫向設(shè)置的箱體連接部和豎向設(shè)置的指壓部，所述指壓部的末端形成尖端部，所述箱體連接部固接于所述箱體上;所述彈性金屬條的一端與一安裝底座固定連接，所述彈性金屬條中部及另一端懸空，且所述彈性金屬條的另一端上表面與所述尖端部緊密接觸;所述安裝底座安裝于所述橋墩上;所述壓電陶瓷薄膜粘貼于所述彈性金屬條上表面或/和下表面，且所述壓電陶瓷薄膜的輸出端通過(guò)電線與所述蓄電池的充電端口相連接，所述蓄電池供電端口通過(guò)電線與所述振動(dòng)傳感器相連接。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供一種基于壓電陶瓷自供電的伸縮縫振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)計(jì)彈性金屬條，在彈性金屬條上粘貼壓電陶瓷薄膜，并通過(guò)一個(gè)壓頭將橋梁箱體的振動(dòng)傳導(dǎo)至彈性金屬條，能夠利用壓電陶瓷薄膜的正壓電效應(yīng)，將橋梁伸縮縫結(jié)構(gòu)的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能并向振動(dòng)傳感器進(jìn)行供電，從而解決橋梁伸縮振動(dòng)等參量在線監(jiān)測(cè)的能量供應(yīng)問(wèn)題。其工作原理如下:當(dāng)橋梁箱體上下振動(dòng)時(shí)帶動(dòng)與其相連的壓頭上下振動(dòng)，與壓頭緊密相觸的彈性金屬條產(chǎn)生周期性彎曲變形，最終使壓電陶瓷薄膜變形產(chǎn)生電能，該電能最終可由蓄電池存儲(chǔ)并向振動(dòng)傳感器供電。因此，本發(fā)明能夠有效解決伸縮縫振動(dòng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)供電問(wèn)題，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明中彈性金屬條和壓電薄膜配合結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明中安裝底座結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明中壓頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖中:1-彈性金屬條;2-安裝底座，21-金屬條連接部，22-支撐部，23-橋墩連接部；3-振動(dòng)傳感器;4-壓頭，41-箱體連接部，42-指壓部，43-尖端部，5-蓄電池，6-壓電陶瓷薄膜，7-螺栓。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為使本發(fā)明能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0020]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，一種基于壓電陶瓷自供電的伸縮縫振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，設(shè)于橋梁的箱體與橋墩之間，它包括彈性金屬條1、安裝底座2、振動(dòng)傳感器3、壓頭4、蓄電池5和至少一壓電陶瓷薄膜6，所述壓頭包括橫向設(shè)置的箱體連接部41和豎向設(shè)置的指壓部42，所述指壓部的末端形成尖端部43，所述安裝底座安裝于所述橋墩上;所述箱體連接部固接于所述箱體上;所述彈性金屬條的一端與所述安裝底座固定連接，所述彈性金屬條中部及另一端懸空，且所述彈性金屬條的另一端上表面與所述尖端部緊密接觸;所述壓電陶瓷薄膜粘貼于所述彈性金屬條上表面或/和下表面，且所述壓電陶瓷薄膜的輸出端通過(guò)電線與所述蓄電池的充電端口相連接，所述蓄電池供電端口通過(guò)電線與所述振動(dòng)傳感器相連接；所述振動(dòng)傳感器安裝于所述箱體上。這樣，通過(guò)設(shè)計(jì)彈性金屬條，在彈性金屬條上粘貼壓電陶瓷薄膜，并通過(guò)一個(gè)壓頭將橋梁箱體的振動(dòng)傳導(dǎo)至彈性金屬條，能夠利用壓電陶瓷薄膜的正壓電效應(yīng)，將橋梁伸縮縫結(jié)構(gòu)的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能并向振動(dòng)傳感器進(jìn)行供電，從而解決橋梁伸縮振動(dòng)等參量在線監(jiān)測(cè)的能量供應(yīng)問(wèn)題。
[0021]優(yōu)選的，所述安裝底座呈工字形，包括橫向的金屬條連接部21、豎向的支撐部22和橫向的橋墩連接部23;所述彈性金屬