CN103776904A - 一种基于声发射技术的桥梁健康监测系统 - Google Patents

一种基于声发射技术的桥梁健康监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于声发射技术的桥梁健康监测系统，包括多个声发射数据采集器、声发射信号处理器、监控平台系统、CAN总线及互联网，声发射数据采集器以串联方式连接在CAN总线一端，CAN总线的另一端连接声发射信号处理器，声发射信号处理器与监控平台系统通过互网络连接；所述声发射数据采集器由声发射传感器、信号采集器和CAN总线收发器组成，声发射传感器输出端连接信号采集器输入端，信号采集器输出端连接CAN总线收发器输入端，CAN总线收发器输出端连接CAN总线。本发明的优点是：采用声发射传感器可以实时监控桥梁各个主要部位安全健康状况，对桥梁的任何疲劳方面的安全隐患提供预警，可以及时对桥梁进行维护，较好地解决了桥梁健康监测的难题。

Description

一种基于声发射技术的桥梁健康监测系统
技术领域
本发明涉及桥梁健康监测技术领域，且特别涉及一种基于声发射技术的桥梁健康监测系统。
背景技术
近年来国家大力投资基础建设，各种类型桥梁的建设得到全面发展，如高速公路桥梁、高速铁路桥梁等。但是桥梁坍塌等事故也层出不穷，有些是偷工减料等人为因素造成的，也有些是桥梁健康检测/监测技术缺陷导致。目前尚未有一种技术可以有效地检测/监测桥梁健康问题，实时监控桥梁的健康状况。因此，如何设计一种能够有效地监控桥梁健康状况的系统，使得当事故发生时，能产生预警，从而避免伤亡事件的发生，成为当前国内国际研究的热点。
声发射是一种常见的物理现象，当材料受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式释放出应力应变能的现象称为声发射(Acoustic Emission，简称AE)。声发射技术是一种用仪器检测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术。它可以在构件或材料的内部结构、缺陷或潜在缺陷处于运动变化的过程中进行检测。其主要特点在于能对材料的疲劳过程进行实时的动态分析，以及动态检测/监测和评价构件的结构完整性。这种声发射技术在检测材料的健康疲劳方面具有广泛的应用，也是目前国内外研究机构研究的热点。
发明内容
本发明提供了一种基于声发射技术的桥梁健康监测系统，对斜拉桥的健康状况进行检测分析，可以实时监控斜拉桥各个部位的健康状况。
一种基于声发射技术的桥梁健康监测系统，其特征在于：所述监测系统包括多个声发射数据采集器、声发射信号处理器、监控平台系统、CAN总线及互联网，声发射数据采集器以串联方式连接在CAN总线一端，CAN总线的另一端连接声发射信号处理器，声发射信号处理器与监控平台系统通过互网络连接。
进一步地，所述声发射数据采集器由声发射传感器、信号采集器和CAN总线收发器组成，声发射传感器输出端连接信号采集器输入端，信号采集器输出端连接CAN总线收发器输入端，CAN总线收发器输出端连接CAN总线。
本发明各部分功能如下：
所述声发射数据采集器，其功能是探测和采集声发射信号，并通过CAN总线把采集到的声发射信号传送到声发射信号处理器进行分析和处理。
所述声发射传感器，其作用是探测声发射信号，并将其转换成电信号。
所述信号采集器，其作用是采集声发射传感器输出的电信号，并进行简单的预处理，如果预处理的结果有异常事件发生，则通过CAN总线收发器把声发射信号发送到声发射信号处理器做进一步的分析和处理。
所述CAN总线收发器，其作用是：1、接收来自监控平台系统的指令；2、发送信号采集器采集到的信号到声发射信号处理器。
所述声发射信号处理器，其作用是接收来自各个声发射数据采集器发送过来的声发射信号，并对其进行分析和处理，并把分析的结果通过互联网发送给监控平台系统。
所述监控平台系统，其作用是通过互联网接收来自声发射信号处理器所发送过来的桥梁各个部位的健康状况信息，实时显示桥梁的健康状况，如果某桥梁某个部位出现了异常状况，则定位出该部位的位置，并产生报警信号，提醒执勤人员做进一步的确认和处理。
本发明一种基于声发射技术的桥梁健康监测系统中的声发射传感器布置在斜拉桥的索塔、主梁、每根斜拉锁和每个桥墩上，每个部位安装的声发射传感器数量根据现场情况来定，可以灵活安装一个或多个；其实现对桥梁的监测的过程如下：
第一步，当桥梁某个部位(如某根斜拉锁)发生如断裂、形变、接头部位产生裂纹等疲劳状况时，布防于该部位的声发射传感器就会探测到声发射信号，并将其转换成电信号输入到信号采集器；
第二步，信号采集器采集到声发射传感器输出的电信号后，对其进行简单的预处理，如果预处理的结果有异常事件发生(如探测到强度较大的声发射信号)则通过CAN总线收发器把声发射信号发送到声发射信号处理器做进一步的分析和处理。
第三步，声发射信号处理器接收到的各个声发射数据采集器发送过来的声发射信号(通过算法)做进一步分析，获取桥梁各个部位的疲劳(过程)状况，并把分析的结果通过互联网发送给监控平台系统。
第四步，监控平台系统通过互联网接收来自声发射信号处理器所发送过来的桥梁各个部位的健康状况信息，实时显示桥梁的健康状况，如果某桥梁某个部位出现了异常状况，则定位出该部位的位置，并产生报警信号，提醒执勤人员做进一步的处理。
本发明的有益效果在于：采用声发射传感器来监控桥梁的疲劳状况，实时监控了桥梁各个主要部位如索塔、主梁、斜拉锁、桥墩的安全健康状况，对桥梁的任何疲劳方面的安全隐患提供了预警，进而及时对桥梁进行维护，系统灵敏度高，较好地解决了桥梁健康监测的难题。
附图说明
图1为斜拉桥结构示意图。
图2为本发明结构示意图。
图3为本发明声发射数据采集器结构示意图。
具体实施方式
本发明主要用于监测斜拉桥的健康状况，斜拉桥主要由索塔、主梁、斜拉锁、桥墩和桥面组成。声发射传感器布置在斜拉桥的索塔、主梁、每根斜拉锁和每个桥墩上，每个部位安装的声发射传感器数量根据现场情况来定，可以灵活安装一个或多个。
一种基于声发射技术的桥梁健康监测系统，其特征在于：所述监测系统包括多个声发射数据采集器1、声发射信号处理器2、监控平台系统3、CAN总线4及互联网5，声发射数据采集器1以串联方式连接在CAN总线4一端，CAN总线4的另一端连接声发射信号处理器2，声发射信号处理器2与监控平台系统3通过互网络5连接。
进一步地，所述声发射数据采集器1由声发射传感器11、信号采集器12和CAN总线收发器13组成，声发射传感器输出端11连接信号采集器12输入端，信号采集器12输出端连接CAN总线收发器13输入端，CAN总线收发器13输出端连接CAN总线。
本发明各部分功能如下：
所述声发射数据采集器1，由声发射传感器11、信号采集器12和CAN总线收发器13组成，其功能是探测和采集声发射信号，并通过CAN总线(电缆)4把采集到的声发射信号传送到声发射信号处理器2进行分析和处理。
所述声发射传感器11，其作用是探测声发射信号，并转换成电信号；当桥梁的任何一个安装了声发射传感器11的部位(如斜拉锁)发生疲劳现象(如断裂、内部产生裂纹、发生形变等)时，其材料内部会产生声发射信号，声发射传感器11就能探测到声发射信号，并转换成电压或电流信号。
进一步地，声发射传感器11能探测的距离为几十米。
所述信号采集器12，其作用是采集声发射传感器11输出的电信号，并进行简单的预处理(如设置声发射门限阈值)，如果预处理的结果有异常事件发生(如探测到较大强度的声发射信号)则通过CAN总线收发器13把声发射信号发送到声发射信号处理器2做进一步的分析和处理。
所述CAN总线收发器13，其作用是：1接收来自监控平台系统3的指令(如调节声发射传感器11的灵敏度)；2发送信号采集器12采集到的信号到声发射信号处理器2。进一步地，收发信号都是通过CAN总线(电缆)4进行传输的。
所述声发射信号处理器2，其作用是接收来自各个声发射数据采集器1发送过来的声发射信号(经过预处理判断有异常事件发生的声发射信号)，并对其进行分析和处理，获取桥梁各个部位的疲劳(过程)状况，并把分析的结果通过互联网5发送给监控平台系统3。
监控平台系统3，其特征在于通过互联网5接收来自声发射信号处理器2所发送过来的桥梁各个部位的健康状况信息，实时显示桥梁的健康状况，如果某桥梁某个部位出现了异常状况，则定位出该部位的位置，并产生报警信号，提醒执勤人员做进一步的确认和处理。
所述一种基于声发射技术的桥梁健康监测系统，其工作过程如下：
第一步，当桥梁某个部位(如某根斜拉锁)发生如断裂、形变、接头部位产生裂纹等疲劳状况时，布防于该部位的声发射传感器11就会探测到声发射信号，并将其转换成电压或电流信号输入到信号采集器12；
第二步，信号采集器12采集到声发射传感器11输出的电信号后，对其进行简单的预处理，如果预处理的结果有异常事件发生(如探测到强度较大的声发射信号)则通过CAN总线收发器13把声发射信号发送到声发射信号处理器2做进一步的分析和处理。
第三步，声发射信号处理器2接收到的各个声发射数据采集器1发送过来的声发射信号(通过算法)做进一步分析，获取桥梁各个部位的疲劳(过程)状况，并把分析的结果通过互联网4发送给监控平台系统3。
第四步，监控平台系统3通过互联网4接收来自声发射信号处理器2所发送过来的桥梁各个部位的健康状况信息，实时显示桥梁的健康状况，如果某桥梁某个部位出现了异常状况，则定位出该部位的位置，并产生报警信号，提醒执勤人员做进一步的处理。
同样的原理，本发明也可以用来监测悬索桥的健康状况，但不限于斜拉桥和悬索桥。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。

Claims (2)

1.一种基于声发射技术的桥梁健康监测系统，其特征在于：所述监测系统包括多个声发射数据采集器、声发射信号处理器、监控平台系统、CAN总线及互联网，声发射数据采集器以串联方式连接在CAN总线一端，CAN总线的另一端连接声发射信号处理器，声发射信号处理器与监控平台系统通过互网络连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于声发射技术的桥梁健康监测系统，其特征在于：所述声发射数据采集器由声发射传感器、信号采集器和CAN总线收发器组成，声发射传感器输出端连接信号采集器输入端，信号采集器输出端连接CAN总线收发器输入端，CAN总线收发器输出端连接CAN总线。
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