[发明专利]基于定向敲击的可植入式混凝土构件损伤监测装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于定向敲击的可植入式混凝土构件损伤监测装置及方法，其包括金属壳体、PZT传感器、定向敲击组件以及主控模块，PZT传感器、定向敲击组件以及主控模块均设置在金属壳体内，定向敲击组件包括电磁铁、弹性部件、撞击部件；电磁铁的软铁芯固定设置在金属壳体内，且一端突出设置抵接于金属壳体内壁，电磁铁的线圈活动套装在软铁芯上，撞击部件固定套设在靠近软铁芯抵接于金属壳体内壁的一端上，弹性部件套设在线圈与撞击部件之间；本发明采用可植入式设计架构将激励源与信号监测部件集成设计在一起，在便于维修和更换的同时，能够保证信号的稳定性好，且信号能量大、传输距离远，对混凝土构建损伤的监测效果更加精准。

技术领域

本发明涉及土木工程建设技术领域，尤其是涉及一种基于定向敲击的可植入式混凝土构件损伤监测装置及方法。

背景技术

混凝土结构被广泛用于大型土木工程及市政公共基础工程的建设。在其服役过程中，混凝土材料易由于持续荷载作用及环境温度、湿度的交替变化而产生裂纹损伤。带裂缝工作状态的发展会降低混凝土结构的承载能力，造成安全隐患。因此，实时获取混凝土结构在服役期间的各项性能参数有助于实现结构损伤的早期预警，进而保证结构的服役安全。

对于混凝土一维构件的损伤监测，目前许多研究者提出了基于PZT的嵌入式传感器检测技术，不过这种技术操作需要提前将PZT模块预埋在混凝土中，然后使PZT驱动模块作为发射源，PZT传感模块作为接收源，并通过外接的检测仪器进行损伤识别。该类方法检测设备体积较大，不能作为实时监测系统，且PZT模块损坏不能维修和更换。另外，PZT激发的信号源能量小及PZT传感模块识别的信号信噪比低。

发明内容

本发明提出一种基于定向敲击的可植入式混凝土构件损伤监测装置及方法，以解决上述问题。

为达到上述技术目的，本发明提供一种基于定向敲击的可植入式混凝土构件损伤监测装置，其包括：

金属壳体；

紧贴于所述金属壳体内壁固定设置的PZT传感器；

设置在所述金属壳体内的定向敲击组件，所述定向敲击组件包括电磁铁、弹性部件、撞击部件；所述电磁铁的软铁芯固定设置在所述金属壳体内，且一端突出设置抵接于所述金属壳体内壁，所述电磁铁的线圈活动套装在所述软铁芯上，所述撞击部件固定套设在靠近所述软铁芯抵接于金属壳体内壁的一端上，所述弹性部件套设在所述线圈与撞击部件之间；

设置在所述金属壳体内的主控模块，所述主控模块包括激励单元、信号采集单元、无线通信单元，其中，所述激励单元与所述电磁铁的线圈电性连接、用于为电磁铁提供PWM脉冲波的激励单元。

本发明还提供一种基于定向敲击的可植入式混凝土构件损伤监测方法，其包括如下步骤：

在构件上开设监测槽孔，将基于定向敲击的可植入式混凝土构件损伤监测装置植入所述监测槽孔中；

外部监测系统通过基于定向敲击的可植入式混凝土构件损伤监测装置中的无线通信单元给主控模块下发电磁铁敲击指令；

主控模块通过激励单元给电磁铁通电，电磁铁中的软铁芯与线圈之间产生瞬变磁场并相对排斥，线圈在排斥力的作用下与撞击部件发生撞击，并通过软铁芯与金属内接触的一端传递给金属壳体，再透射到混凝土结构中；

PZT传感器采集遇到损伤部位反射到金属壳体上的高能量应力波，并转换为电信号，由信号采集单元接收转换，并通过无线通信单元发送给外部监测系统进行分析处理。

与现有技术相比，本发明所述基于定向敲击的可植入式混凝土构件损伤监测装置及方法，其采用可植入式设计架构将激励源与信号监测部件集成设计在一起，在便于维修和更换的同时，通过采用电磁铁定向敲击金属壳体作为激励源，能够保证信号的稳定一致性好，且信号能量大、传输距离远，对混凝土构建损伤的监测效果更加精准，而且采用应力波反射监测法识别结构损伤，还可以减少可植入式监测装置的数量。