CN114136769A - 基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板及使用方法，属于预应力碳纤维板技术领域。它包括预应力碳板，还包括二维码或字符串，所述二维码或字符串喷涂在预应力碳板上。使用时首先使用高频工业相机，识别预应力碳板上二维码或字符串的图形变化情况；再根据预应力碳板上二维码或字符串的图形变化情况，获取预应力碳板上的应力变化；最后再根据预应力碳板上的应力变化，判断预应力碳板上预应力的损失情况以及应力分布情况。本发明整个方案无需时刻保持监测状态，可随时测得碳板多个部位的应力应变情况，精度可达0.005mm。
Description
技术领域
本发明属于预应力碳纤维板技术领域，更具体地说，涉及一种基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板及使用方法。
背景技术
碳纤维板加固系统已广泛应用于结构构件的受弯加固，施加预应力的碳纤维板可代替钢绞线进行体外张拉，具有提高构件抗弯承载力，调节构件应力状态，控制混凝土裂缝以及控制构件变形的效果。
碳纤维板的应力应变监测始终是该技术工程运维的难题之一。目前的监测手段是利用应变片、加速度传感器，压阻传感器以及光纤传感器等，测试结构实时的应变和振动频率等参数，判断结构服役情况，或采用X光等设备，对含损伤位置进行探测。此类方法对设备要求较高，且较难对局部裂纹情况做全面评估，并且都或多或少存在一些缺陷。
针对上述问题也进行了相应的改进，如中国专利申请号CN201410763051.X，公开日为2015年04月01日，该专利公开了一种智能碳纤维板应变传感性能的测试方法，包括：1)在试件表面纵向均匀黏贴三个应变片，对试件进行预张拉，预加载至5kN，随后卸载至0kN；2)对试件进行重复加载，加载过程以0kN为加载起点，每级加载力为10kN，加载过程中记录应变片读数和光纤光栅中心波长，记录每级张拉的拉力数值和夹头的位移量；3)重复加载完成后，逐级加载至试件最终破坏，记录破坏时的应变片读数和光纤光栅中心波长。该发明在试件上贴有应变片，对试件进行重复分级加载后进行破坏性加载，对光纤光栅的中心波长及应变值进行检测，以便于测试评估智能碳纤维板材料性能，提高试验的准确度，便于对智能碳纤维板的进一步优化及应用。该专利的不足之处在于：应用监测时应变片需要与采集设备长期连接，限制了其使用。
中国专利申请号CN202021366388.4，公开日为2021年02月02日，该专利公开了一种预应力碳板检测工装，包括锚具，设置有两组，分别设置于碳板试样的两端，与碳板试样的端部固定连接；连接件，设置于锚具远离碳板试样的一端，通过连接螺杆与锚具固定连接；连接柱，设置于连接件远离锚具的一端，连接柱的一端与连接件固定连接，另一端的外壁上贯通的设置有第一连接孔，用于与检测设备相连接。本实用新型的检测工装固定效果好，不会出现脱锚现象，检测数据准确。该专利的不足之处在于：预应力碳纤维板使用过程中除两端锚具外，板面与构件间还存在胶粘剂，因此振动频率法也无法在预应力碳纤维板上使用。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有技术中存在的碳纤维板的应力应变监测无法时刻保持监测状态以及精度较低的问题，本发明提供一种基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板及使用方法，将高精度二维码或字符串喷印在预应力碳板指定位置，每条碳板可喷涂多个二维码或字符串，从而测得碳板应力应变分布及损失情况。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
作为本申请的其中一个方面，提供一种基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板，包括预应力碳板，还包括二维码或字符串，所述二维码或字符串喷涂在预应力碳板上。
其优选的技术方案为：
如上所述的基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板，每条预应力碳板喷涂多个二维码或字符串。
如上所述的基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板，所述预应力碳板设置有若干个预设位置，所述二维码或字符串喷涂在预设位置上。
如上所述的基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板，所述二维码或字符串的精度为碳板长度的1/105～1/106。
如上所述的基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板，所述二维码或字符串设置于预应力碳板的跨中、两端以及构件弯矩最大的位置。
作为本申请的第二个方面，提供一种基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100、使用高频工业相机，识别预应力碳板上二维码或字符串的图形变化情况；
步骤S200、根据预应力碳板上二维码或字符串的图形变化情况，获取预应力碳板上的应力变化；
步骤S300、根据预应力碳板上的应力变化，判断预应力碳板上的应力随时间推移预应力的损失情况以及应力分布情况。
其优选的技术方案为：
如上所述的基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板的使用方法，步骤S200中，根据预应力碳板上二维码或字符串的图形变化情况，利用下述公式计算预应力碳板上的应力变化：
上式中，E是弹性模量，e是沿轴向的形变量，o是应力损失，L和L'分别是变形前后高频工业相机捕捉图像中任意两像素点之的距离。
如上所述的基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板的使用方法，步骤S300中，根据预应力碳板上的应力变化，判断预应力碳板上预应力的损失情况以及应力分布情况具体包括：对比当前各部位的应变情况，若某处应力出现明显变化，判断存在脱胶情况。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明通过将高精度散点码喷印在预应力碳板指定位置，每条碳板可喷涂多个散点码，从而测得碳板应力是否存在损失；需获取碳板应变时，只需使用高频照相机，识别图形变化情况，即可获取碳板上的应变，从而推算碳纤维板的应力情况。整个方案无需时刻保持监测状态，可随时测得碳板多个部位的应力应变情况，精度可达0.005mm。
附图说明
图1为本申请的基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板的结构示意图；
图2为本申请中的高精度散点码原始喷涂图像和发生应变后图像之间的对比图；
图中：100、预应力碳板；200、散点码；300、混凝土构件；400、锚具。
具体实施方式
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。首先对本申请中的部分用语进行解释说明，以便干本领域技术人员理解。
如图1所示，预应力碳板一般通过胶浆贴附于混凝土构件的表面，其两端分别设置有一个锚具，其中一个锚具用于对预应力碳板进行锚固，另一个锚具用于对预应力碳板进行张拉，以方面对预应力碳板的张力进行测量。
实施例1
请继续参考图1，本实施例提供一种基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板，包括预应力碳板，还包括二维码或字符串，所述二维码或字符串喷涂在预应力碳板上，具体的，所述二维码或字符串可以为高精度的散点码，所述二维码或字符串的精度为碳板长度的1/105～1/106。例如10m长预应力碳板，精度为0.01mm-0.1mm即可。精度过高对工程无意义，过低无法精确反映碳板应变变化。
更具体的，每条预应力碳板喷涂多个二维码或字符串。所述预应力碳板设置有若干个预设位置，所述二维码或字符串喷涂在预设位置上。值得说明的是，理论上无粘接的碳纤维板应力所有位置应一致，但有粘接的碳纤维板在弯矩最大的位置应变最大，因此，本实施例中将所述二维码或字符串设置于预应力碳板的跨中、两端以及构件弯矩最大的位置。
本实施例中的基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板，仅需在碳板上喷涂散点码，几乎不增加成本；使用时无需时刻保持监测状态，可随时测得碳板多个部位的应力应变情况。该装置在使用时受时间、环境影响小，且耐久性好，可实现长时间有效。
实施例2
请参考图2，本实施例提供一种基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100、使用高频工业相机，识别预应力碳板上二维码或字符串的图形变化情况；具体方法为通过高频相机分别记录散点码初始状态以及变形后的图像，即相应像素点的位置情况，在原图像中选取两(或多)个像素点，并在变形后的图像中将该像素点进行定位，比较比较变形前后的两点间距离的像素差，其像素差即为变形量，通过形变量表征预应力碳板上二维码或字符串的图形变化情况；
步骤S200、根据预应力碳板上二维码或字符串的图形变化情况，获取预应力碳板上的应力变化；步骤S200中，根据预应力碳板上二维码或字符串的图形变化情况，获取预应力碳板上的应力变化具体包括：通过前述的方法计算得到的变形量，利用下述公式计算出应力的损失量(通长是呈减小趋势)：
上式中，E是弹性模量，e是沿轴向的形变量，o是应力，L和L'分别是变形前后的两点间距离。具体实施时，还可取散点码上不同的点进行分析，得到多组数据，从而确保可靠性。
步骤S300、根据预应力碳板上的应力变化，判断预应力碳板上预应力的损失情况以及应力分布情况。具体包括：对比当前各部位的应变情况，若某处应力出现明显变化，判断存在脱胶情况。
本实施例中的基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板，仅需在碳板上喷涂散点码，几乎不增加成本；使用时无需时刻保持监测状态，可随时测得碳板多个部位的应力应变情况。该装置在使用时受时间、环境影响小，且耐久性好，可实现长时间有效。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板，包括预应力碳板，其特征在于：还包括二维码或字符串，所述二维码或字符串喷涂在预应力碳板上。
2.根据权利要求1所述的基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板，其特征在于：每条预应力碳板喷涂多个二维码或字符串。
3.根据权利要求1所述的基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板，其特征在于：所述预应力碳板设置有若干个预设位置，所述二维码或字符串喷涂在预设位置上。
4.根据权利要求1所述的基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板，其特征在于：所述二维码或字符串的精度为碳板长度的1/105～1/106。
5.根据权利要求1所述的基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板，其特征在于：所述二维码或字符串设置于预应力碳板的跨中、两端以及构件弯矩最大的位置。
6.根据权利要求1～5任一项所述的基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100、使用高频工业相机，识别预应力碳板上二维码或字符串的图形变化情况；
步骤S200、根据预应力碳板上二维码或字符串的图形变化情况，获取预应力碳板上的应力变化；
步骤S300、根据预应力碳板上的应力变化，判断预应力碳板上预应力的损失情况以及应力分布情况。
7.根据权利要求6所述的基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板的使用方法，其特征在于，步骤S200中，根据预应力碳板上二维码或字符串的图形变化情况，利用下述公式计算预应力碳板上的应力变化：
上式中，E是弹性模量，e是沿轴向的形变量，o是应力损失，L和L'分别是变形前后高频工业相机捕捉图像中任意两像素点之的距离。
8.根据权利要求6所述的基于图像处理的可进行应变检测的碳纤维板的使用方法，其特征在于，步骤S300中，根据预应力碳板上的应力变化，判断预应力碳板上预应力的损失情况以及应力分布情况具体包括：对比当前各部位的应变情况，若某处应力出现明显变化，判断存在脱胶情况。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115144259A (zh) * | 2022-08-30 | 2022-10-04 | 张家港广大特材股份有限公司 | 一种钢材抗形变性能检测方法及系统 |
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2021
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