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专利名称：基于压电陶瓷和小波包分析的钢管混凝土构件钢管壁剥离监测方法
基于压电陶瓷和小波包分析的钢管混凝土构件钢管壁剥离 监测方法 技术领域
本发明涉及钢管混凝土构件钢管壁剥离状况的监测方法，进一步是指基于压电陶 瓷技术与小波包分析的监测混凝土与钢管壁粘结情况的监测方法。
技术背景
钢管混凝土作为结构的主要承重体系，其中混凝土与钢管壁的剥离可削弱构件的 受力性能。
目前，进行钢管混凝土剥离检测的方法有光纤法和超声波法。然而光纤抗剪能力 差，传感测试系统价格昂贵，而超声波检测需要耦合介质使声能透入被测物，对操作人员的 技术水平有较高要求。
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一种基于压电陶瓷 和小波包分析的钢管混凝土构件钢管壁剥离监测方法，该监测方法可对钢管混凝土的剥离 实施高灵敏度、快速的主动监测。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，基于压电陶瓷和小波包分析的钢 管混凝土构件钢管壁剥离监测方法，其特点是，包括基于智能骨料和压电陶瓷测量的监测 系统的建立和钢管混凝土构件钢管壁剥离的监测和评价方法；
所述基于智能骨料和压电陶瓷测量的监测系统的建立步骤为
在钢管混凝土构件可能出现界面剥离损伤和不可能出现剥离损伤的对应钢管外 壁上均粘贴多个作为压电陶瓷传感器的压电陶瓷片，在钢管混凝土内部不同高度处埋入作 为驱动器的压电陶瓷埋入型智能骨料，然后由任意信号函数发生器产生的信号激励智能骨 料，所述传感器与高频信号采集系统相连，由高频信号采集系统将数据传至计算机分析系 统；
所述钢管混凝土壁剥离监测方法为
首先通过对所有传感器的电压信号分别单独进行三层小波包分析，于是每一个传 感器的时域测量信号Vk可以表示为
6= UlUl+1Ia+1V,，(k=lA^K) ⑴
式(1)中Vu是小波包分解后的时域信号，k是压电陶瓷传感器的编号，K是钢管 混凝土柱某一监测面上的压电陶瓷传感器的总数量，i是频段编号，其中Vu又可表示为
vkji = [vkjia Vkjij2 L vkjijJ L Vkjij^1 V1^J, (j = 1，Λ，Μ) (2)
式O)中M是时域信号的采集数据点的个数，其中第k个压电陶瓷传感器的能量 指标戽可表示为
Ek = ^ekl eK2 L ekl L 广丨，。.=1’八’2") (k = lA K)⑶
式(3)中％」是小波分解后第i频段的能量，其中％」可定义成
M
权利要求
1.一种基于压电陶瓷和小波包分析的钢管混凝土构件钢管壁剥离监测方法，其特征 是，包括基于智能骨料和压电陶瓷测量的监测系统的建立和钢管混凝土构件钢管壁剥离的 监测和评价方法；所述基于智能骨料和压电陶瓷测量的监测系统的建立步骤为在钢管混凝土构件可能出现界面剥离损伤和不可能出现剥离损伤的对应钢管(1)外 壁上均粘贴多个作为压电陶瓷传感器O)的压电陶瓷片，在钢管混凝土(8)内部不同高度 处埋入作为驱动器的压电陶瓷埋入型智能骨料(3)，然后由任意信号函数发生器(10)产生 的信号激励智能骨料(3)，所述压电陶瓷传感器( 与高频信号采集系统(11)相连，由高频 信号采集系统(11)将数据传至计算机分析系统；所述钢管混凝土壁剥离监测方法为首先通过对所有压电陶瓷传感器O)的电压信号分别单独进行三层小波包分析，于是 每一个压电陶瓷传感器O)的时域测量信号Vk可以表示为
2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征是，所述任意信号函数发生器(10)与智能骨料C3)之间设有可将激励信号放大的高压放大器(12)。
3.根据权利要求1所述的监测方法，其特征是，所述智能骨料C3)包括压电陶瓷片 (4)，与压电陶瓷片(4)相连的导线(5)，混凝土块；所述压电陶瓷片(4)和导线(5)连接后 涂有防水层，然后埋入该混凝土块中间。
4.根据权利要求1所述的监测方法，其特征是，所述压电陶瓷传感器O)的安装位置 预先设有绝缘层，该压电陶瓷传感器( 的结构为，一压电陶瓷片GO)的一极和一铜片(7) 的一极通过导电胶(6)相连，压电陶瓷片00)的另一极通过与导线(5)相连，一铜片(7) 的另一极与另一导线(50)相连。
5.根据权利要求1所述的监测方法，其特征是，所述任意信号函数发生器(10)产生的 信号的频率为500Hz-10KHz。
6.根据权利要求4所述的监测方法，其特征是，所述绝缘层为一层均勻的环氧树脂绝 缘层，该绝缘层厚度控制在0. 08-0. 12mm范围内。
全文摘要
本发明公开了一种基于压电陶瓷和小波包分析的钢管混凝土构件钢管壁剥离监测方法，属于钢管混凝土构件钢管壁剥离状况的监测领域，具体方法为在钢管外壁上粘贴多个压电陶瓷传感器，在钢管混凝土内部埋入智能骨料，通过高频信号激励智能骨料，由高频信号采集系统采集钢管壁上传感器的输出信号并将该信号数据传至计算机分析系统；然后进行小波包分析，得出所定义的各传感器的能量指标并选取所监测面最不易产生剥离损伤位置的能量指标代表无剥离损伤处的能量水平；最后定义一个损伤指标，对钢管壁各个传感器所在位置的粘结状态进行评估。本发明实现了钢管壁粘结状况的快速监测、能精确地找到损伤位置，灵敏度高、响应快、操作简便、价格低廉。
文档编号G01N27/00GK102062747SQ201010544540
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月15日 优先权日2010年11月15日
发明者宋钢兵, 张婷, 许斌 申请人:湖南大学