CN114623757A - 一种监测混凝土裂缝的直立型石墨烯无线传感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种监测混凝土裂缝的直立型石墨烯无线传感装置，包括保护装置和智能监测数据传输系统，保护装置内设有传感器本体；传感器本体包括直立型石墨烯敏感元件、可拉伸高分子复合材料基底、固定夹具，直立型石墨烯敏感元件位于可拉伸高分子复合材料基底层上。本发明通过直立型石墨烯传感装置的电阻值随之发生变化的特征，通过错位接线端子将信号引出，对输出的电阻值和裂缝形成的形变值进行标定，最后达到监测裂缝的目的，具有高精度、大量程，优于二维平面石墨烯，能长期有效地监测混凝土结构物裂缝。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种监测混凝土裂缝的直立型石墨烯无线传感装置。
背景技术
混凝土结构物是现代化城市必不可少的基础设施之一，而对于施工及后期维护运营期间的变形监测也是一项重要工作。在我国，桥梁、房屋、地铁建设的大规模工程，结构裂缝问题也越来越受到重视。例如：施工过程地上混凝土结构裂缝问题、混凝土结构物沉降、混凝土结构物变形、接缝位移、路面倾斜、管片倾斜。与此同时，逐渐新兴的智慧城市是未来的大趋势，利用计算机视觉和众包等间接传感方法，借助微型传感器提供的大量数据来量化建筑环境，达到人们远程监控混凝土结构物变形的目的，更好地实现数据驱动的定量决策，实现预测性维护。对于传统的传感器，通常具有生命周期短、灵敏度低、响应时间滞后等缺点。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种监测混凝土裂缝的直立型石墨烯无线传感装置，从而解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种监测混凝土裂缝的直立型石墨烯无线传感装置，包括保护装置和智能监测数据传输系统，所述保护装置内设有传感器本体；
传感器本体包括直立型石墨烯敏感元件、可拉伸高分子复合材料基底、固定夹具、错位接线端子以及连接器，所述直立型石墨烯敏感元件位于所述可拉伸高分子复合材料基底层上。
优选地，所述直立型石墨烯敏感元件为直立型石墨烯。
优选地，所述固定夹具包括上下两片夹片，夹片可起保护错位接线端子作用。
优选地，所述智能监测数据传输系统包括嵌入式部分和上位机部分，所述嵌入式部分与固定夹具相连接；
所述上位机内包括采集模块、数字信号处理模块和信号输出模块，所述采集模块与嵌入式部分相连接。
优选地，所述保护装置为粘贴式防水层覆盖片。
优选地，所述保护装置为保护壳，所述传感器本体安装于保护壳一侧，所述保护壳一侧外围固定连接密封圈。
本发明的优点在于：本发明所提供的一种监测混凝土裂缝的直立型石墨烯无线传感装置利用三维直立型石墨烯具有非常高的灵敏度，当裂缝产生时发生形变，其直立型石墨烯传感装置的电阻值将随之发生变化的特征，通过错位接线端子信号引出，对输出的电阻值和裂缝形成的形变值进行标定，最后达到监测裂缝的目的，具有高精度、大量程，优于二维平面石墨烯，能长期有效地监测混凝土结构物裂缝，同时结构简单，设置合理，使用方便。
本发明通过移动车配合摄像头采集的数据，使得浮动板上的刮刀伸入裂隙内，支撑框摆动到合适的位置后，电动推杆推动浮动板滑动，浮动板顺应裂缝的走势形成侧向滑动，便于对裂隙边缘锋利的突刺进行清理，同时蘸取酒精的海绵辊及时形成清理，便于传感器的粘贴。
附图说明
图1是本发明传感器本体的基本结构示意图；
图2是本发明中直立型石墨烯微观结构示意图；
图3是本发明中连接器的两种结构示意图；
图4是本发明的实施例2的工作原理图；
图5是本发明的实施例3的工作原理图；
图6是本发明的裂隙清理装置的结构示意图；
图7是图6中的E处局部放大图；
图8是本发明的浮动板的连接结构示意图；
图9是本发明的工作原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-5和图9所示，本发明提供的一种监测混凝土裂缝的直立型石墨烯无线传感装置，包括保护装置和智能监测数据传输系统，保护装置内设有传感器本体10；
传感器本体10包括直立型石墨烯敏感元件1、可拉伸高分子复合材料基底2、固定夹具3以及错位接线端子4以及连接器，连接器的结构在进行标定实验过程中，为了方便固定，设计不同的连接器满足使用场景的要求，直立型石墨烯敏感元件1位于可拉伸高分子复合材料基底层2上，利用膨胀螺丝或环氧树脂胶将其固定于混凝土结构物表面，从而监测裂缝的形成。
直立型石墨烯敏感元件1为直立型石墨烯，区别于二维平面石墨烯，此为三维立体石墨烯。
固定夹具3包括上下两片夹片，夹片之间通过螺栓连接，夹片可起保护错位接线端子4作用，用于安装信号接收端口，以此满足信号传输需求。
连接器作为一个连接传感器本体10的中间转换器。连接器可以适应标定试验时实验平台的要求，适应不同测试的要求，如图3所示，连接器可以呈T型板31结构并设置通孔用于螺钉穿过，连接器还可以呈平板32结构用于直接粘贴到建筑物上，固定夹具3内置于T型板31或平板32内部。
智能监测数据传输系统包括嵌入式部分和上位机部分，嵌入式部分与固定夹具3相连接；上位机内包括采集模块、数字信号处理模块和信号输出模块，上位机属于现有技术，根据具体的应用环境进行开发，数字信号处理模块根据所得裂缝形变量，通过相应的控制算法，给出相关信息，采集模块与嵌入式部分相连接；采集模块将采集的信号通过变送器转化为电阻信号进行无线传输，传输方式为LORA协议或5G。
本发明的设计思想为：利用直立型石墨烯具有非常高的灵敏度，直立型石墨烯位移变化引起直立型石墨烯传感装置的电阻值随之发生变化的特征，通过错位接线端子4将信号引出，对输出的电阻值和裂缝形成的形变值进行标定，最后达到监测裂缝的目的，具有高精度、大量程，优于二维平面石墨烯，能长期有效地监测混凝土结构物裂缝，即当其发生形变时，其传感器本体10的电阻值将随之发生变化的特征，通过计算得出传感器本体10发生形变后电阻值及对应形变信息，从而得出标定参数。
实施例2
实施例1中的保护装置为粘贴式防水层覆盖片，用于干燥场景的裂缝监测，如图4所示，图中标号如下：裂缝41、粘贴式防水层覆盖片42、待监测混凝土结构物43、传感器本体10；
考虑到传感器使用场景有所区别，若混凝土结构物表面干燥光滑，则采用粘贴式防水层覆盖片42，将传感器本体10胶粘于混凝土结构物表面，外部采用防水层覆盖片42保护，封装胶粘剂为环氧树脂。
当传感器本体10用于桥梁、房屋建筑等地上混凝土结构物，或待测混凝土结构物表面干燥时，可采用粘贴式。在安装前，先用酒精将待检测混凝土结构物表面擦拭干净，然后用502胶将装置粘贴在混凝土结构物表面，通过接线端引出接线对装置进行监测，以此监测裂缝的变形情况。
实施例3
实施例1中的保护装置为保护壳52，传感器本体10安装于保护壳52一侧，保护壳52一侧外围固定连接密封圈55。
如图5所示，图中标号如下：图示为裂缝51、保护外壳52、待监测混凝土结构物53、传感器本体10、防潮密封圈55；
当装置用于监测易损坏、易受撞击的情况，或者潮湿场景，例如：地下空间地铁建设施工过程、隧道管片错台、隧道沉降等。可采用保护壳52，即利用膨胀螺丝将传感器本体10固定于混凝土结构物表面，外加保护壳52密封。安装步骤完成以后，即传感器本体10两端与裂缝两侧混凝土体牢固结合定位，使传感器本体10随裂缝的伸缩张合而伸缩应变，通过接线端引出接线进行监测，可实时长期地对裂缝实现自动测量及监控。
工作过程为：利用三维直立型石墨烯具有非常高的灵敏度，当裂缝产生时发生形变，其直立型石墨烯传感装置的电阻值将随之发生变化的特征，通过错位接线端子4将信号引出，对输出的电阻值和裂缝形成的形变值进行标定，最后达到监测裂缝的目的，具有高精度、大量程，优于市面使用的二维平面石墨烯，能长期有效地监测混凝土结构物裂缝，同时结构简单，设置合理，使用方便。
实施例4
如图6-8所示，由于裂隙的边缘存在突刺，对粘贴起到不利影响，本发明公开一种裂隙清理装置，该裂隙清理装置，包括移动车6，移动车6上车固定连接竖杆61，竖杆61上端一侧固定连接第一电机62，第一电机62的主轴固定连接摆动杆63，摆动杆63端头固定连接旋转电机64，旋转电机64的主轴固定连接支撑框65，支撑框65一侧设置摄像头66，支撑框65上侧固定连接电动推杆7，电动推杆7的伸缩杆伸入支撑框65内并固定连接燕尾块71，支撑框65内滑动连接浮动板8，浮动板8上侧设置燕尾槽81，燕尾块71与燕尾槽81滑动连接，浮动板8两端设置滑槽82，滑槽82内部设置导向孔83，导向孔83内滑动连接导向柱84，导向柱84一端固定连接平板85，导向柱84另一端与导向孔83的孔底之间装有支撑弹簧，浮动板8远离旋转电机64的一侧设置刮刀86，浮动板8远离旋转电机64的一侧围绕刮刀86设置多个海绵辊9。
移动车6配合摄像头66采集的数据，使得浮动板8上的刮刀86伸入裂隙内，支撑框65摆动到合适的位置后，电动推杆7推动浮动板8滑动，浮动板8顺应裂缝的走势形成侧向滑动，便于对裂隙边缘锋利的突刺进行清理，同时蘸取酒精的海绵辊9及时形成清理，便于传感器的粘贴。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种监测混凝土裂缝的直立型石墨烯无线传感装置，包括保护装置和智能监测数据传输系统，其特征在于：所述保护装置内设有传感器本体(10)；
传感器本体(10)包括直立型石墨烯敏感元件(1)、可拉伸高分子复合材料基底(2)、固定夹具(3)、错位接线端子(4)以及连接器，所述直立型石墨烯敏感元件(1)位于所述可拉伸高分子复合材料基底层(2)上。
2.如权利要求1所述的一种监测混凝土裂缝的直立型石墨烯无线传感装置，其特征在于：所述直立型石墨烯敏感元件(1)为直立型石墨烯。
3.如权利要求1所述的一种监测混凝土裂缝的直立型石墨烯无线传感装置：所述固定夹具(3)包括上下两片夹片，夹片可起保护错位接线端子(4)作用。
4.如权利要求3所述的一种监测混凝土裂缝的直立型石墨烯无线传感装置，其特征在于：所述智能监测数据传输系统包括嵌入式部分和上位机部分，所述嵌入式部分与固定夹具(3)相连接；
所述上位机内包括采集模块、数字信号处理模块和信号输出模块，所述采集模块与嵌入式部分相连接。
5.如权利要求1所述的一种监测混凝土裂缝的直立型石墨烯无线传感装置，其特征在于：所述保护装置为粘贴式防水层覆盖片(42)。
6.如权利要求1所述的一种监测混凝土裂缝的直立型石墨烯无线传感装置，其特征在于：所述保护装置为保护壳(52)，所述传感器本体(10)安装于保护壳(52)一侧，所述保护壳(52)一侧外围固定连接密封圈(55)。
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