[发明专利]一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置

说明书

本发明属于桥梁工程安全技术领域，具体为一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置，包括仿生传感元件、传感元件夹具、数据采集单元、供电单元、数据无线传输单元、服务器、监测数据分析系统；所述传感元件夹具由铜制成；所述数据采集单元包括控制器、滤波器、数据存储器；所述供电单元包括太阳能板、铅蓄电池、逆变器，分别与数据采集单元、数据无线传输单元相连，其结构合理，具有安装简单、灵敏度高、监测范围大、自动化程度高、传感元件价格低廉、适用范围广的优势。

技术领域

本发明涉及桥梁工程安全技术领域，具体为一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置。

背景技术

桥梁服役环境日趋复杂严苛，随着服役年限的增长，桥梁工程安全问题日益凸显，桥梁垮塌事故造成巨大生命财产损失和恶劣的社会影响。因此，针对既有桥梁的长期安全监控是保证其具备良好的服役性能及服务功能的重要工作。梁体裂缝是桥梁结构安全性评价的主要指标，也是桥梁相关规范如技术状况评定及耐久性评价规程中重要的量化指标。因此，准确检测桥梁表面混凝土材料的应变，是判断梁体开裂前后状态的关键。

现有桥梁表面应变及裂缝监控技术主要依赖应变计配合裂缝观测仪、光纤光栅应变/裂缝计。应变计的监控范围约为15厘米，监测范围较小，当监测应变达到混凝土极限应变后需要配合裂缝观测仪对裂缝宽度进行测试，依赖人工；光纤光栅应变/裂缝计的感知范围约为20厘米，监测范围较小，且量程有限，当混凝土表面裂缝达到0.2毫米时容易断裂；此外，现阶段常用的裂缝检测技术主要利用桥梁检测车、升降车对桥梁表面进行近距离观测，需要巨大人力物力且测试难度大、主观性强、精度差。综上，现有桥梁应变及裂缝测试技术难以全程监控梁体裂缝的发展过程，监控范围有限且测试灵敏度较低。

为此，我们提出一种新型的基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置解决上述问题。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

针对现有技术缺陷，本发明提供一种基于高性能仿生柔性传感元件的桥梁应变及裂缝检测方法及装置，具有安装简单、灵敏度高、监测范围大、自动化程度高、传感元件价格低廉、适用范围广的优势。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置，其包括：仿生传感元件、传感元件夹具、数据采集单元、供电单元、数据无线传输单元、服务器、监测数据分析系统；所述传感元件夹具由铜制成；所述数据采集单元包括控制器、滤波器、数据存储器；所述供电单元包括太阳能板、铅蓄电池、逆变器，分别与数据采集单元、数据无线传输单元相连。

作为本发明所述的一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置的一种优选方案，其中：包括如下步骤：

步骤一：在待监测桥梁待测位置布设高性能仿生传感元件；

步骤二：数据采集单元将实时获取多路传感元件采集到的数据，并由数据无线传输模块发送至服务器；

步骤三：最终由监测数据分析系统接收并通过计算识别桥梁应变及裂缝。

作为本发明所述的一种基于仿生传感元件的桥梁应变及裂缝监测方法与装置的一种优选方案，其中：所述的仿生传感元件是一种柔性碳基导电高分子材料，分为导电涂层及基底层，所述仿生传感元件的导电涂层由导电碳基纳米材料与粘合剂制成；所述仿生传感元件的基底由绝缘的轻质高分子材料构成；所述导电涂层设置有若干个仿生缝；所述仿生缝为基于蝎子缝感受器仿生而成。