CN106706758A - 一种混凝土结构开裂监控系统及其开裂监控方法 - Google Patents

一种混凝土结构开裂监控系统及其开裂监控方法 Download PDF

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李进辉
李顺凯
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Abstract

本发明公开了一种混凝土结构开裂监控系统及其开裂监控方法，其系统包括数据采集器、数据处理装置以及传感器组；其中，传感器组由至少四个传感器构成，每个传感器分别设置在混凝土结构内部的不同位置，以检测混凝土结构中的振动信号；数据采集器将各个传感器所检测到的振动信号传输至数据处理装置；数据处理装置判断接收的振动信号是否为混凝土结构开裂的特征信号，当振动信号为特征信号时，分别记录各个传感器检测到特征信号的时间信息，并根据各个传感器在混凝土结构中的位置信息和传感器之间检测到特征信号的时间差，计算出混凝土结构发生开裂的位置。因此，本发明能够实时获取凝土构筑物开裂时间和开裂位置，从而选择适当的修补方案和时机。

Description

一种混凝土结构开裂监控系统及其开裂监控方法
技术领域
本发明涉及土木工程建设领域，特别涉及一种混凝土结构开裂监控系统及其开裂监控方法。
背景技术
裂缝是混凝土结构中最常见的缺陷或损伤现象。由于裂缝的成因、状态、发展趋势以及在结构中的位置等的不同，对结构的危害性也有很大的区别。严重的裂缝可能危害结构的整体性和稳定性,对结构的安全运行产生很大影响，因此，有必要对结构中产生的裂缝进行监测和预警。
而且，对结构中的裂缝进行修补时，需要在明确裂缝的状态、成因的基础上才能合理、有效地进行裂缝充填和裂缝补强。因此，为了确定裂缝的状态、发展趋势和成因，以及合理评价裂缝对结构物的影响，选择适当的修补方案和时机，获取结构中裂缝开裂时间和开裂位置是非常重要的。
目前，往往要等到拆除模板后，通过肉眼检查混凝土结构是否存在裂缝，即使发现裂缝也无法确定何时产生，耽误修补裂缝的时机。另外还可以采用超声波设备扫描混凝土结构中的裂缝，确定混凝土结构内部不可见的裂缝以及确定裂缝的大小，针对一些大型的混凝土结构要实现全天候地超声波扫描，需要投入大量的超声波设备和，所以仍然无法及时、准确地获取结构中裂缝开裂的时间，不能进一步确定裂缝的状态、发展趋势和成因，以及合理评价裂缝对结构的影响。
发明内容
本发明的目的在于：解决目前混凝土构筑物中裂缝的开裂时间和开裂位置无法实时掌控的问题，尤其在混凝土构筑物成型过程中，实时地获取和确定裂缝的开裂时间与开裂位置。
为了实现上述发明目的，本发明提供一种混凝土结构开裂监控系统，其采用的技术方案为：
一种混凝土结构开裂监控系统，其包括数据采集器、数据处理装置以及埋设在混凝土结构内部的传感器组；其中，
所述传感器组由至少四个传感器构成，每个传感器分别设置在混凝土结构内部的不同位置，用于检测所述混凝土结构中的振动信号；
所述数据采集器，用于将各个传感器所检测到的振动信号传输至所述数据处理装置；
所述数据处理装置，用于判断传感器检测到的振动信号是否为混凝土结构开裂的特征信号，以及当所述振动信号为所述特征信号时，分别记录各个传感器检测到所述特征信号的时间信息，并根据各个传感器在混凝土结构中的位置信息和传感器之间检测到所述特征信号的时间差，计算出混凝土结构发生开裂的位置。
根据一种具体的实施方式，所述数据采集器具有至少四个信号采集端口，所述传感器组中的各个传感器分别与一个信号采集端口连接；并且，所述数据处理装置将各个传感器的所述位置信息与其对应连接的所述信号采集端口相关联。
根据一种具体的实施方式，所述传感器组由四个传感器构成，并且以传感器在混凝土结构中的位置为顶点，所述传感器组的空间结构呈三角锥体。
根据一种具体的实施方式，所述传感器组设置在固定支架上，其中，所述固定支架由三根支条构成，并且三根支条具有一个公共点，支条间两两垂直；所述传感器组的四个传感器，其中一个设置在公共点，其余三个分别设置在不同的支条上。
根据一种具体的实施方式，所述数据处理装置包括信号处理单元、时间记录单元、运算单元和存储单元；其中，
所述信号处理单元，用于对接收到的振动信号进行处理，转化为振幅数据和频率数据；
所述时间记录单元，用于在所述振动信号为所述特征信号时，分别记录各个传感器检测到所述特征信号的时间信息；
所述存储单元，用于缓存所述振幅数据和所述频率数据，以及保存各个传感器的位置信息和检测到所述特征信号的时间信息；
所述运算单元，用于根据所述振幅数据和所述频率数据，判断所述振动信号是否为混凝土结构开裂的特征信号，以及根据各个传感器的位置信息和传感器之间检测到所述特征信号的时间差，计算出混凝土结构发生开裂的位置。
基于同一发明构思，本发明还提供一种利用本发明混凝土结构开裂监控系统的开裂监控方法，其方法包括：
步骤1：在浇筑混凝土结构时，将由至少四个传感器构成的传感器组埋设在混凝土结构内部，并且每个传感器分别位于混凝土结构内部的不同位置，检测所述混凝土结构中的振动信号；
步骤2：采集各个传感器所检测到的振动信号，并判断传感器检测到的振动信号是否为混凝土结构开裂的特征信号，若所述振动信号为所述特征信号，分别记录下各个传感器检测到所述特征信号的时间信息，并根据各个传感器所在混凝土结构中的位置信息和传感器之间检测到所述特征信号的时间差，计算出混凝土结构发生开裂的位置。
根据一种具体的实施方式，将所述传感器组中的各个传感器在混凝土结构中所述位置信息与其检测到的振动信号相关联。
根据一种具体的实施方式，采用四个传感器构成所述传感器组，并使所述传感器组的空间结构呈三角锥体，其中，所述传感器在混凝土结构中的位置为所述三角锥体的顶点。
根据一种具体的实施方式，将所述传感器组中的一个传感器定义为原点传感器，其余的三个传感器分别与所述原点传感器的连线两两垂直。
根据一种具体的实施方式，采集到振动信号后，先对振动信号进行处理，将其转化为相应的振幅数据和频率数据，再根据所述振幅数据和所述频率数据，判断所述振动信号是否为混凝土结构开裂的特征信号，若所述振动信号为混凝土结构开裂的特征信号，则根据各个传感器的位置信息和传感器之间检测到所述特征信号的时间差，计算出混凝土结构发生开裂的位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明将由至少四个传感器构成的传感器组埋设在混凝土结构内部，并通过数据采集器将各个传感器检测的振动信号传输至数据处理装置，数据处理装置对振动信号进行分析处理，判断接收的振动信号是否为混凝土结构开裂的特征信号，并且当振动信号为开裂的特征信号，记录各个传感器检测到特征信号的时间，同时由于各个传感器的在混凝土结构中的位置是已知，振动信号(混凝土结构开裂而产生的声波)在混凝土内部传播的速度为常数，根据传感器之间检测到特征信号的时间差，从而计算出混凝土结构内部发生开裂的位置。因此，本发明能够实时地获取凝土构筑物开裂时间和开裂位置，并根据裂缝的开裂时间和开裂位置，确定裂缝的状态、发展趋势和成因，并合理评价裂缝对结构物的影响，从而选择适当的修补方案和时机。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明传感器组的实施结构示意图；
图3是本发明数据处理装置的结构示意图。
1-混凝土结构 2-传感器组 3-裂缝
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
如图1所示的本发明的结构示意图；其中，本发明混凝土结构开裂监控系统包括数据采集器、数据处理装置以及埋设在混凝土结构1内部的传感器组2。
其中，传感器组2由至少四个传感器构成，每个传感器分别设置在混凝土结构1内部的不同位置，用于检测混凝土结构中的振动信号。
数据采集器分别与各个传感器连接，并将各个传感器所检测到的振动信号传输至数据处理装置。
数据处理装置接收到数据采集器传输的振动信号，并判断传感器检测到的振动信号是否为混凝土结构开裂的特征信号。数据处理装置判断接收到的振动信号为特征信号时，则分别记录各个传感器检测到特征信号的时间信息，并根据各个传感器在混凝土结构中的位置信息和传感器之间检测到特征信号的时间差，计算出混凝土结构发生开裂的位置。
具体的，本发明中的数据采集器具有至少四个信号采集端口，传感器组中的各个传感器分别与一个信号采集端口连接；并且，数据处理装置将各个传感器的位置信息与其对应连接的信号采集端口相关联。如此，数据处理装置记录传感器检测到特征信号的时间后，能够将记录的时间与传感器的位置信息相对应，避免发生由于连接不对应问题，造成计算出的混凝土结构发生开裂的位置与实际发生开裂的位置不相符。
在实施时，传感器组2由四个传感器构成，并且以传感器在混凝土结构1中的位置为顶点，传感器组2的空间结构呈三角锥体。
在实际使用过程中，由于传感器组埋设在混凝土结构内部，需要保证各个传感器之间的相对位置不发生过大的变化，影响对裂缝的定位精度。因此，结合图2所示的本发明传感器组的实施结构示意图；其中，传感器组设置在固定支架上，该固定支架由三根支条构成，并且三根支条具有一个公共点，支条间两两垂直。而且传感器组的四个传感器，其中一个设置在公共点，其余三个分别设置在不同的支条上。
结合图3所示的本发明数据处理装置的结构示意图；其中，数据处理装置包括信号处理单元、时间记录单元、运算单元和存储单元。
具体的，信号处理单元用于对接收到的振动信号进行处理，转化为振幅数据和频率数据。时间记录单元用于在振动信号为特征信号时，分别记录各个传感器检测到特征信号的时间信息。存储单元用于缓存振幅数据和频率数据，以及保存各个传感器的位置信息和检测到特征信号的时间信息。运算单元用于根据振幅数据和频率数据，判断振动信号是否为混凝土结构开裂的特征信号，以及根据各个传感器的位置信息和传感器之间检测到特征信号的时间差，计算出混凝土结构发生开裂的位置。
基于同一发明构思，本发明还提供一种利用本发明混凝土结构开裂监控系统的开裂监控方法，其方法包括：
步骤1：在浇筑混凝土结构时，将由至少四个传感器构成的传感器组埋设在混凝土结构内部，并且每个传感器分别位于混凝土结构内部的不同位置，检测混凝土结构中的振动信号。
步骤2：采集各个传感器所检测到的振动信号，并判断传感器检测到的振动信号是否为混凝土结构开裂的特征信号，若振动信号为特征信号，分别记录下各个传感器检测到特征信号的时间信息，并根据各个传感器所在混凝土结构中的位置信息和传感器之间检测到特征信号的时间差，计算出混凝土结构发生开裂的位置。
具体的，将传感器组中的各个传感器在混凝土结构中位置信息与其检测到的振动信号相关联。避免发生由于传感器的位置信息与检测到的振动信号不对应问题，造成计算出的混凝土结构发生开裂的位置与实际发生开裂的位置不相符。
在实施时，采用四个传感器构成传感器组，并使传感器组的空间结构呈三角锥体，其中，传感器在混凝土结构中的位置为三角锥体的顶点。
为了避免将传感器组埋设在混凝土结构内部，各个传感器之间的相对位置容易变化，影响对裂缝的定位精度，同时出于方便实施的考虑。将传感器组中的一个传感器定义为原点传感器，其余的三个传感器分别与原点传感器的连线两两垂直。在计算裂缝产生的位置时，直接采用三维直角坐标系，从而简化运算。
具体的，，采集到振动信号后，先对振动信号进行处理，将其转化为相应的振幅数据和频率数据，再根据振幅数据和频率数据，判断振动信号是否为混凝土结构开裂的特征信号，若振动信号为混凝土结构开裂的特征信号，则根据各个传感器的位置信息和传感器之间检测到特征信号的时间差，计算出混凝土结构发生开裂的位置。
上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (10)

1.一种混凝土结构开裂监控系统，其特征在于，包括数据采集器、数据处理装置以及埋设在混凝土结构内部的传感器组；其中，
所述传感器组由至少四个传感器构成，每个传感器分别设置在混凝土结构内部的不同位置，用于检测所述混凝土结构中的振动信号；
所述数据采集器，用于将各个传感器所检测到的振动信号传输至所述数据处理装置；
所述数据处理装置，用于判断传感器检测到的振动信号是否为混凝土结构开裂的特征信号，以及当所述振动信号为所述特征信号时，分别记录各个传感器检测到所述特征信号的时间信息，并根据各个传感器在混凝土结构中的位置信息和传感器之间检测到所述特征信号的时间差，计算出混凝土结构发生开裂的位置。
2.如权利要求1所述的混凝土结构开裂监控系统，其特征在于，所述数据采集器具有至少四个信号采集端口，所述传感器组中的各个传感器分别与一个信号采集端口连接；并且，所述数据处理装置将各个传感器的所述位置信息与其对应连接的所述信号采集端口相关联。
3.如权利要求1或2所述的混凝土结构开裂监控系统，其特征在于，所述传感器组由四个传感器构成，并且以传感器在混凝土结构中的位置为顶点，所述传感器组的空间结构呈三角锥体。
4.如权利要求3所述的混凝土结构开裂监控系统，其特征在于，所述传感器组设置在固定支架上，其中，所述固定支架由三根支条构成，并且三根支条具有一个公共点，支条间两两垂直；所述传感器组的四个传感器，其中一个设置在公共点，其余三个分别设置在不同的支条上。
5.如权利要求1所述的混凝土结构开裂监控系统，其特征在于，所述数据处理装置包括信号处理单元、时间记录单元、运算单元和存储单元；其中，
所述信号处理单元，用于对接收到的振动信号进行处理，转化为振幅数据和频率数据；
所述时间记录单元，用于在所述振动信号为所述特征信号时，分别记录各个传感器检测到所述特征信号的时间信息；
所述存储单元，用于缓存所述振幅数据和所述频率数据，以及保存各个传感器的位置信息和检测到所述特征信号的时间信息；
所述运算单元，用于根据所述振幅数据和所述频率数据，判断所述振动信号是否为混凝土结构开裂的特征信号，以及根据各个传感器的位置信息和传感器之间检测到所述特征信号的时间差，计算出混凝土结构发生开裂的位置。
6.一种利用如权利要求1～5之一所述的混凝土结构开裂监控系统的开裂监控方法，其特征在于，包括，
步骤1：在浇筑混凝土结构时，将由至少四个传感器构成的传感器组埋设在混凝土结构内部，并且每个传感器分别位于混凝土结构内部的不同位置，检测所述混凝土结构中的振动信号；
步骤2：采集各个传感器所检测到的振动信号，并判断传感器检测到的振动信号是否为混凝土结构开裂的特征信号，若所述振动信号为所述特征信号，分别记录下各个传感器检测到所述特征信号的时间信息，并根据各个传感器所在混凝土结构中的位置信息和传感器之间检测到所述特征信号的时间差，计算出混凝土结构发生开裂的位置。
7.如权利要求6所述的开裂监控方法，其特征在于，将所述传感器组中的各个传感器在混凝土结构中所述位置信息与其检测到的振动信号相关联。
8.如权利要求6或7所述的混凝土结构开裂监控方法，其特征在于，采用四个传感器构成所述传感器组，并使所述传感器组的空间结构呈三角锥体，其中，所述传感器在混凝土结构中的位置为所述三角锥体的顶点。
9.如权利要求8所述的开裂监控方法，其特征在于，将所述传感器组中的一个传感器定义为原点传感器，其余的三个传感器分别与所述原点传感器的连线两两垂直。
10.如权利要求6所述的开裂监控方法，其特征在于，采集到振动信号后，先对振动信号进行处理，将其转化为相应的振幅数据和频率数据，再根据所述振幅数据和所述频率数据，判断所述振动信号是否为混凝土结构开裂的特征信号，若所述振动信号为混凝土结构开裂的特征信号，则根据各个传感器的位置信息和传感器之间检测到所述特征信号的时间差，计算出混凝土结构发生开裂的位置。
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