申请/专利权人：武汉大学

申请日：2021-09-28

公开（公告）日：2022-12-02

公开（公告）号：CN113899789B

主分类号：G01N27/04

分类号：G01N27/04;G01N29/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2022.12.02#授权;2022.01.25#实质审查的生效;2022.01.07#公开

摘要：本发明公开了一种混凝土结构全生命周期监测系统及监测方法，由水泥基压电传感器、混凝土结构早期强度发展监测系统、服役混凝土结构损伤破坏过程监测系统三部分组成。在混凝土浇筑阶段，采用机电阻抗技术对混凝土结构早期强度发展进行监测。在混凝土服役阶段，采用声发射技术对服役混凝土结构的损伤破坏过程进行监测。本发明所提出的一种混凝土结构全生命周期监测系统及监测方法利用同一水泥基压电传感器即可对混凝土结构的全生命周期进行连续监测，这对于混凝土结构的健康监测具有重要意义。

主权项：1.一种混凝土结构全生命周期监测系统，其特征在于，包括水泥基压电传感器、阻抗测试仪器、阻抗分析PC、电荷放大器、数据采集卡和声发射分析PC，所述水泥基压电传感器包括压电元件和将压电元件包裹封装在内的水泥封装层，所述压电元件的两个电极通过屏蔽线缆引出分别能与阻抗测试仪器、电荷放大器相连，阻抗测试仪器与阻抗分析PC相连，电荷放大器通过数据线与数据采集卡、声发射分析PC依次相连，所述水泥基压电传感器预埋在待监测的混凝土结构中；其中，所述水泥基压电传感器的制备方法如下：101将压电元件的正负极均通过导线引出；102采用防水材料在压电元件外部制备防水层，并固化；103将上述压电元件正负极的连接导线与屏蔽线缆相连；104采用水泥封装材料对压电元件进行整体封装，并固化，形成水泥封装层；105采用屏蔽材料在水泥封装层外部外制备屏蔽层，完成所述水泥基压电传感器的制备；当混凝土结构处于养护阶段，将压电元件通过屏蔽线缆与阻抗测试仪器相连，通过水泥基压电传感器在不同养护天数下测得的频率-导纳曲线图中谐振峰峰值频率的变化来监测混凝土结构的早期强度增长；水泥基压电传感器用于机电阻抗技术的分析模型包含两组SMD系统，第一个SMD系统为水泥基压电传感器的水泥封装层，水泥封装层的机械阻抗ω为驱动频率，ωn1为封装层水泥的谐振频率，k1、m1和c1为第一个SMD系统的系统参数，分别为刚度、质量和阻尼，i为虚数单位；第二个SMD系统为待测混凝土结构，待测混凝土结构的机械阻抗ωn2为待测混凝土结构的谐振频率，k2、m2和c2为第二个SMD系统的系统参数，分别为刚度、质量和阻尼；水泥封装层与待测混凝土结构看作并联关系，所组成的耦合结构的总阻抗因此水泥基压电传感器用于机电阻抗技术的分析公式如下： 为导纳，ω为驱动频率，w、h和l分别代表压电材料的宽、厚度和长度的一半，为压电材料受3轴方向恒定力作用下的复介电常数，为压电材料的介电常数，δ为压电材料的介电损耗因子，d31为压电常数，为恒定电场作用下压电材料的复弹性模量，YE为压电材料的弹性模量，式中η表示压电材料的机械损耗因子，ZA为压电材料的机械阻抗；当水泥基压电传感器埋入混凝土结构内部进行监测时，水泥封装层已经养护硬化，因此认为第一个SMD系统的系统参数相对不变，即水泥封装层的机械阻抗不变；待测混凝土结构硬化过程中，第二个SMD系统的系统参数会发生变化；最终反映在频率-导纳曲线图上谐振峰峰值频率的变化；因此，根据公式2，利用水泥基压电传感器在不同养护天数下测得的频率-导纳曲线图中谐振峰峰值频率的变化来监测混凝土结构的早期强度增长；当混凝土结构处于服役阶段，将压电元件通过屏蔽线缆与电荷放大器相连，以压电元件作为声发射探头，采用声发射技术监测服役混凝土结构的损伤破坏；所述声发射技术的监测方法具体为：水泥基压电传感器收到破坏时释放的应力波信号，应力波信号经压电效应转换为电信号，电信号经由屏蔽线缆传入电荷放大器，电荷放大器放大滤波后的信号经由数据传输线传入数据采集卡，通过数据传输线输入声发射分析PC中进行存储分析处理。

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百度查询： 武汉大学 一种混凝土结构全生命周期监测系统及监测方法

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