CN109298075B - 一种传感检测模块及建筑幕墙结构安全检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于结构健康检测技术领域，公开了一种传感检测模块及建筑幕墙结构安全检测系统，其中传感检测模块包括吸盘、固定架、引线接口、压电传感器，固定架内嵌于吸盘中，固定架设置有引线接口，压电传感器固定在固定架上，压电传感器的连接线通过引线接口引出；建筑幕墙结构安全检测系统包括多个传感检测模块，且分布式地设置在建筑幕墙结构件上，一个传感检测模块作为激励传感器，其余传感检测模块作为接收传感器，激励传感器用于产生激励信号，接收传感器用于接收激励信号，获取建筑幕墙结构件的安全检测信息。本发明能够克服现有建筑幕墙结构安全检测技术和装备的缺点和不足，用于对复杂曲面幕墙结构件进行在线监测。

Description

一种传感检测模块及建筑幕墙结构安全检测系统

技术领域

本发明涉及结构健康检测技术领域，尤其涉及一种传感检测模块及建筑幕墙结构安全检测系统。

背景技术

结构健康检测在航空航天、桥梁建筑、交通和能源等行业中都具有非常重要的作用，尤其在建筑幕墙领域，对幕墙结构健康进行检测，有利于了解幕墙结构的内部信息，以便了解结构的损伤及退化的改变，及时的对结构的安全性做出评价，从而确保建筑幕墙的稳定性和整体安全性能，保障人们的生命财产安全。

目前针对建筑幕墙的结构健康检测技术主要有人工检查法、无人机排查法、GPS定位检测系统和光纤在线检测系统。

使用人工检查法进行检测主要是通过眼睛直观的观察幕墙的结构，看是否存在大的变形，幕墙玻璃是否出现破裂、面板松动以及剥离等现象，以及面板之间是否有不正常的挤压、导致龙骨错位变形的情况。使用人工检查法能够快速的了解建筑幕墙结构的宏观安全状况，但是其缺陷也较明显，无法对建筑幕墙的微观结构进行深入检测。众所周知，结构损伤都是微观积累所导致的，所以使用这种方法局限性较为突出，在大型建筑结构中并不适用。

无人机排查法是最近几年兴起的一项健康检测技术，主要是对高层建筑的幕墙外侧进行检测，利用地面遥控和拍照相结合实现对建筑幕墙安全隐患情况进行排查。使用这种方法的优势是能够对高层建筑的幕墙外部进行检查，但是每次检测耗时长，且要求检测者具有较高的无人机操纵技术，才能实现对幕墙的宏观观察。

GPS定位检测系统主要用来检测建筑幕墙结构中龙骨的变形情况，用于较远距离的垂直检测，验证幕墙的横梁是否发生了变形。这种方法能够较好检测出钢结构的微观变形，可是对于幕墙结构其它构件的安全检测却并不适用。

光纤在线检测系统则是一种利用光纤传感器进行结构检测的现代化高精度测量技术，利用光纤传感器能高精度分辨微小应变的原理，将其布置在建筑幕墙结构上，通过对捕获的数据进行分析，能够了解结构件的健康安全信息。但是这种方法需要配套的高精度设备，价格昂贵，而且光纤传感器在布置铺设起来周期较长，人工成本大。同时由于光纤传感器质地的原因不能贴附于复杂的曲面幕墙进行精确检测。

除此之外，随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们越来越重视建筑幕墙结构在他们使用寿命之内的安全性，提出需要对复杂曲面幕墙结构安全进行在线检测的要求。同时建筑幕墙结构安全的在线检测不会对整体结构的美观性造成影响，检测成本低，适应性广。

综上，研制一种适用于建筑幕墙结构安全在线检测的智能系统成为本领域急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有建筑幕墙结构安全检测技术和装备的缺点和不足，提出一种用于对复杂曲面幕墙结构件进行在线监测的传感检测模块及建筑幕墙结构安全检测系统。

本申请实施例提供一种传感检测模块，包括：吸盘、固定架、引线接口、压电传感器；所述固定架内嵌于所述吸盘中，所述固定架设置有所述引线接口，所述压电传感器固定在所述固定架上，所述压电传感器的连接线通过所述引线接口引出。

优选的，所述压电传感器采用柔性薄膜式锆钛酸铅压电陶瓷传感器。

优选的，所述吸盘采用硅胶材料制成。

优选的，所述压电传感器通过胶水粘接在所述固定架上。

另一发明，本申请实施例提供一种建筑幕墙结构安全检测系统，包括上述的传感检测模块，所述传感检测模块为多个，多个所述传感检测模块分布式地设置在建筑幕墙结构件上，一个所述传感检测模块作为激励传感器，其余所述传感检测模块作为接收传感器；所述激励传感器用于产生激励信号，所述接收传感器用于接收所述激励信号，获取建筑幕墙结构件的安全检测信息。

优选的，所述建筑幕墙结构安全检测系统还包括：信号调理模块、测量反馈模块；

所述信号调理模块用于对所述安全检测信息进行消噪和信号转换处理；

所述测量反馈模块用于对处理后的安全检测信息进行分析显示。

优选的，所述信号调理模块包括程控电荷放大级、有源高通滤波级、有源低通滤波级、反向级、程控电压放大级；所述程控电荷放大级、所述有源高通滤波级、所述有源低通滤波级、所述反向级、所述程控电压放大级依次连接；

所述程控电荷放大级用于对所述接收传感器接收到的电荷量信号进行放大，并转换成电压信号；

所述有源高通滤波级用于滤除所述电压信号中的低频干扰、滤除所述建筑幕墙结构件的低频振动及载荷产生的响应信号；

所述有源低通滤波级用于滤除响应信号中的高频干扰；

所述反向级用于对被所述程控电荷放大级反向的信号进行相位补偿；

所述程控电压放大级用于对信号进行放大处理。

优选的，所述有源高通滤波级采用二阶滤波器。

优选的，所述测量反馈模块包括单片机、数据显示器；

所述单片机用于对所述信号调理模块传递来的信息进行分析；

所述数据显示器用于对分析结果进行显示。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，传感检测模块采用吸盘的方式进行固定，在检测时能够快速的进行安装，从而降低人工安装成本。吸盘为柔韧性较好的硅橡胶材料，具备一定的共形能力，能够贴附于建筑幕墙复杂的曲面结构件上进行检测。采用吸盘的方式也便于拆卸，实现检测模块的重复利用。使用的传感器为柔性PZT薄膜传感器，具有质地坚硬、结构稳定和测量精度高等优点，因此能够实现建筑幕墙结构微小变形的检测。建筑幕墙结构安全检测系统包括多个传感检测模块，多个传感检测模块分布式地设置在建筑幕墙结构件上，一个传感检测模块作为激励传感器，其余传感检测模块作为接收传感器，激励传感器用于产生激励信号，接收传感器用于接收激励信号，获取建筑幕墙结构件的安全检测信息。综上，本发明提供的一种传感检测模块及建筑幕墙结构安全检测系统能够在不影响建筑幕墙美观的前提下，对复杂建筑幕墙结构件进行快速检测，从而有效避免危险的发生，且结构简单，价格便宜，易于操作，可以广泛的应用在建筑幕墙的结构安全检测领域。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种建筑幕墙结构安全检测系统的原理框图；

图2为本发明实施例提供的一种传感检测模块的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种传感检测模块沿A—A方向的剖视图；

图4为本发明实施例提供的一种传感检测模块应用在建筑曲面幕墙上的实施示意图；

图5为本发明实施例提供的一种建筑幕墙结构安全检测系统中信号调理模块的结构示意图。

其中，1-吸盘，2—固定架，3—引线接口，4—压电传感器，5—曲面测件，6—传感检测模块。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本实施例提供一种建筑幕墙结构安全检测系统，系统的原理框图如图1所示，主要包括传感检测模块、信号调理模块以及测量反馈模块三部分。其中，所述传感检测模块主要用于探测建筑幕墙结构件的安全信息；所述信号调理模块主要用于对采集的信号进行消噪和信号的转换；所述测量反馈模块主要用于对处理的信号进行分析并输出显示分析结果，以供检测人员对被测件进行预判，确定玻璃幕墙的被测件内部结构是否超出安全范围，从而做出是否对建筑幕墙结构进行维护的决定。

所述传感检测模块如图2、图3所示，包括吸盘1、固定架2、引线接口3和压电传感器4这四个部分。所述固定架2内嵌于所述吸盘1中，所述固定架2设置有所述引线接口3，所述压电传感器4固定在所述固定架2上，所述压电传感器4的连接线通过所述引线接口3引出。具体的，所述压电传感器4通过所述固定架2固定在所述吸盘1的中央，所述固定架2中间设置有中空的所述引线接口3。所述压电传感器4与所述固定架2之间可采用具有超强粘性的硅胶粘硅胶专用胶水(康利邦)粘接，既能保证二者完全贴合密封，又有一定的柔性。

所述压电传感器4可采用柔性薄膜式锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)传感器，此传感器具有尺寸小、性能稳定、高灵敏度和精确度的优点，薄膜式结构能够确保所述压电传感器4贴附于建筑幕墙的复杂曲面上而不影响正常的传感功能。

所述吸盘1的主要作用是将所述压电传感器4固定在待测的建筑幕墙结构件上，其工作的原理是挤压吸盘的时候排出了吸盘内部的空气，使得吸盘内部的气压远远小于外界气压，这样在吸盘外部表面就有极大的压力将吸盘压在墙上。所述吸盘1紧固在被测件的同时，内部的所述压电传感器4也被固定架紧紧的将其贴附在被测件上，从而进行精确的测量。

为了使所述吸盘1能够应用于不同的曲面形状，所述吸盘1可采用硅胶材料制成，具体如聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯(Ecoflex)等。上述材料具备一定的柔韧性，能够在与被测件贴附时共形，从而使所述压电传感器4适用于各种复杂检测情形，对曲面幕墙进行检测。

将所述传感检测模块应用在建筑曲面幕墙上的实施示意图如图4所示，多个所述传感检测模块6分布式地设置在建筑幕墙结构件即曲面测件5上。多个所述传感检测模块6利用自身材料的柔韧性很好地贴附在被测的曲面测件5上。进行测试时，至少需要设置两个所述传感检测模块6，其中任意一个所述传感检测模块6作为激励传感器，产生一个激励信号即振动信号，其余所述传感检测模块6作为接收传感器，接收由激励传感器发出的信号，获得安全检测信息。之后系统通过对接收的信号进行分析，从而能够测试出幕墙结构的安全性。

所述信号调理模块，用于对获得的所述安全检测信息进行消噪和信号转换处理。具体的，根据所述压电传感器的测量需求，即对所激励产生的Lamb波进行检测，调理电路一共分为五级，如图5所示。其中，第一级是程控电荷放大级，包括电容C1、电阻R1和放大器U1，主要是对所述压电传感器接收的电荷量信号进行放大同时将其转换成电压信号。第二级是有源高通滤波级，包括电容(C2、C3)、电阻(R2、R3、R4、R5)和放大器U2，其作用是滤除转换的电压信号里面夹杂有低频干扰和由于结构的低频振动及载荷产生的响应信号成分，为了尽可能消除无关信号的干扰，所述有源高通滤波级由一个二阶滤波器组成。第三级为有源低通滤波级，包括电阻(R6、R7、R8、R9)、电容(C4、C5)和放大器U3，其目的是滤除响应信号中的高频干扰。第四级为反向级，包括电阻(R10、R11、R12)和放大器U4，其作用是对被程控电荷放大级反向的信号进行相位补偿。第五级为程控电压放大级，包括电阻(R13、R14、R15)和放大器U5，用于对输出处理的信号进行放大处理，使之达到信号采集的电压范围。

所述测量反馈模块，用于对所述信号调理模块处理后的安全检测信息进行分析显示。所述测量反馈模块包括单片机、数据显示器两个部分。经过所述信号调理模块处理的输出信号将输入到所述单片机内，所述单片机对信息进行分析，通过所述数据显示器对分析结果进行显示。检测人员通过观察所述数据显示器呈现的结果对其进行预判，确定玻璃幕墙的被测件内部结构是否超出安全范围，从而做出是否对建筑幕墙结构进行维护的决定。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种建筑幕墙结构安全检测系统，其特征在于，包括：传感检测模块、信号调理模块以及测量反馈模块；多个传感检测模块分布式地设置在建筑幕墙结构件上，一个所述传感检测模块作为激励传感器，其余所述传感检测模块作为接收传感器；所述激励传感器用于产生激励信号，所述接收传感器用于接收所述激励信号，获取建筑幕墙结构件的安全检测信息；所述信号调理模块用于对所述安全检测信息进行消噪和信号转换处理；所述测量反馈模块用于对处理后的安全检测信息进行分析显示；

所述传感检测模块包括：吸盘、固定架、引线接口、压电传感器；所述吸盘采用硅胶材料制成，所述吸盘贴附于建筑幕墙的曲面结构上进行检测，所述固定架内嵌于所述吸盘中，所述固定架设置有所述引线接口，所述压电传感器通过胶水粘接在所述固定架上，所述压电传感器的连接线通过所述引线接口引出；所述压电传感器采用柔性薄膜式锆钛酸铅压电陶瓷传感器。

2.根据权利要求1所述的建筑幕墙结构安全检测系统，其特征在于，所述信号调理模块包括程控电荷放大级、有源高通滤波级、有源低通滤波级、反向级、程控电压放大级；所述程控电荷放大级、所述有源高通滤波级、所述有源低通滤波级、所述反向级、所述程控电压放大级依次连接；

所述程控电荷放大级用于对所述接收传感器接收到的电荷量信号进行放大，并转换成电压信号；

所述有源高通滤波级用于滤除所述电压信号中的低频干扰、滤除所述建筑幕墙结构件的低频振动及载荷产生的响应信号；

所述有源低通滤波级用于滤除响应信号中的高频干扰；

所述反向级用于对被所述程控电荷放大级反向的信号进行相位补偿；

所述程控电压放大级用于对信号进行放大处理。

3.根据权利要求2所述的建筑幕墙结构安全检测系统，其特征在于，所述有源高通滤波级采用二阶滤波器。

4.根据权利要求1所述的建筑幕墙结构安全检测系统，其特征在于，所述测量反馈模块包括单片机、数据显示器；

所述单片机用于对所述信号调理模块传递来的信息进行分析；

所述数据显示器用于对分析结果进行显示。

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