[发明专利]一种水工混凝土结构损伤主动监测装置及方法

权利要求书

1.一种水工混凝土结构损伤主动监测装置，其特征在于：包括振动台（1）、波形发生器（2）、驱动器（3）、传感器（4）、数字滤波器（6）、数字化采集器（5）、小波包分析系统（7）及被测水工混凝土结构体（8）；所述被测水工混凝土结构体（8）设置在振动台（1）上，所述波形发生器（2）对所述驱动器（3）发出扫频信号后，激励所述驱动器（3）产生应力波，应力波在被测水工混凝土结构体（8）中传播被传感器（4）接收，应力波信号依次再经过数字滤波器（6）、数字化采集器（5）和小波包分析系统（7）；

所述驱动器（3）和传感器（4）均为压电陶瓷机敏模块，所述驱动器（3）和所述传感器（4）分别埋入或粘贴在待测水工混凝土结构体（8）的两端；

所述压电陶瓷机敏模块包括压电陶瓷片（10）、硫化硅橡胶层（12）、信号线（11）和外包混凝土（9），所述硫化硅橡胶层（12）包覆在所述压电陶瓷片（10）的外围，包覆有硫化硅橡胶层（12）的压电陶瓷片（10）埋入在外包混凝土（9）中；所述信号线（11）的一端焊接在压电陶瓷片（10）上，另一端穿过外包混凝土（9）与其他元器件连接。

2.根据权利要求1所述的水工混凝土结构损伤主动监测装置，其特征在于：所述压电陶瓷机敏模块为圆柱形。

3.根据权利要求1所述的水工混凝土结构损伤主动监测装置进行水工混凝土结构损伤主动监测的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）波形发生器发射正弦扫频激励信号，激励压电陶瓷机敏模块驱动器发射应力波信号；

（2）应力波信号在待测水工混凝土结构体中传播，被设置在待测水工混凝土结构体中的压电陶瓷机敏模块传感器接收；

（3）信号经过数字滤波器的滤波，滤去信号中低频噪声信号，然后被数字化采集器采集；

（4）信号传递到小波包分析系统，利用小波包分解不同结构状态下的小波信号，获取不同节点的小波包节点能量，通过同一节点能量下的变化情况判断结构的健康状况，最终达到混凝土结构损伤的监控。

4.根据权利要求权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（4）中，信号被N层小波包分解为2ⁿ个信号集其中X_j表示为X_j＝{x_j,1,x_j,2,...,x_j,m}，m为样本数目；

分解信号的小波包节点能量E_i,j表示为式中：i为时间指标；j为频带（1，2，…，2ⁿ）；

指标i处的小波包节点能量向量E_j表示为

5.根据权利要求权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤（4）中，将结构健康状态下的能量作为基准信号能量，依据结构损伤状态下信号能量与基准信号能量的比较，来刻画结构的损伤程度；由小波包节点能量构建损伤指标为式中：E_h,j为结构健康状态下的小波包节点能量；E_i,j为结构损伤状态下的小波包节点能量。