CN1721854A - 一种用于结构损伤监测的网络传感系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于智能结构技术领域，公开了一种用于结构损伤监测的网络传感系统。其主要实施步骤是：将传感线材按纵横两向或多向分层设置为平面坐标系的网络结构，粘贴或植入待监测的工程结构中；网络结构中同向传感线材的一端通过多路信道开关直接或再通过信号转换装置与微处理器相连；另一端通过一根集总线与微处理器相连；微处理器通过集总线发出或接收信号，通过多路信道开关分时依次选择接收或发送信号的传感线材通道；当结构发生损伤裂纹时，相应区域的两向或多向传感线材即发生断裂；微处理器根据中断信号传递的纵横两向或多向传感线材的坐标位置，分析判定结构损伤裂纹发生的位置、范围和程度并报告给上位处理器。本发明可对工程结构进行全方位监测，实现对结构损伤的早期识别。

Description

一种用于结构损伤监测的网络传感系统
本发明属于智能结构技术领域，尤其涉及一种用于结构损伤监测的网络传感系统。
工程结构安全事关重大，可能影响到整个地区甚至国家的政治经济状况及社会稳定，为此，世界各国的专家学者都对工程结构损伤监测作了广泛的探索和研究。现有用于工程结构安全监测的传感技术有：a.将功能光导纤维植入或粘贴在结构上，通过测量光纤变形或断裂实时判断结构中的变形或断裂；b.将应变片、磁-弹性应变传感器、压电传感器、加速度传感器等埋入或粘贴在结构上实时测量结构局部位置的变形以分析其总体安全状态；c.利用电时域反射传感器实时测量结构中变形或断裂；d.利用雷达波、声波、应力波等扫描实时分析结构安全状态；e.利用全球定位系统(GPS)实时分析结构的位移和变形情况以判断其总体安全状态；f.通过空中或卫星照相长期监测结构的位移与变形判断其总体安全状态等等。现有结构安全监测技术可归结为在结构的理论关键点设置传感元件，通过有限点的监测来推断结构的安全状况。鉴于材料的原始缺陷、设计施工偏差、使用及环境劣化具有不可预期性，结构损伤发生的时间、部位难以预期，现有有限点的监测方法难以捕捉因结构损伤产生的初始病害，即使监测点显示了异常测试数据，也难以明确指出损伤的具体部位。
本发明的目的在于提供一种使用方便、结果可靠，可对工程结构实施连续的、全方位的损伤状况监测，并明确指出其损伤具体部位和程度的网络传感系统。
本发明的目的以如下技术步骤实现：A.将传感线材按纵横两向或纵横斜多向分层设置为平面坐标系的网络结构，同一方向的传感线材构成一层，各层间传感线材的接触点用基体材料隔离，保证不同层的信号不相互干扰，粘贴或植入待监测的工程结构中；B.网络结构中同向传感线材的一端通过多路信道开关或信号转换装置直接与微处理器相连；C.网络结构中同向传感线材的另一端通过一根集总线与微处理器相连；D.微处理器通过集总线发出或接收信号，通过多路信道开关直接或再通过信号转换装置分时依次选择接收或发出信号的传感线材通道；E.当结构发生损伤裂纹时，相应区域的两向传感线材即发生断裂，从而中断信号传递，据此判定损伤裂纹的发生；F.微处理器根据中断信号传递的两向或多向传感线材的坐标位置，分析判定结构损伤裂纹发生的位置、范围和程度；并将损伤情况报告给上位处理器，上位处理器负责对结构安全状况进行判断。
本网络传感系统的网络结构可根据不同结构实际监测需要采用不同传感线材的材质和网络尺寸。当仅需监测结构表面损伤裂纹时，可将网络传感线材结构铺设于适合的基层布上形成损伤监测布，现场安装时直接将此损伤监测布牢固粘贴于结构表面；当需对结构整体进行全方位监测时，可将上述平面网络传感线材结构竖向多层设置构成空间坐标系的空间网络传感线材结构，将此空间网络传感线材结构植入结构中，即可感知结构内部的损伤裂纹的位置、范围和程度。
本发明的积极效果是：将以前只能对工程结构进行有限点的监测扩展到可以对工程结构进行全方位监测，并可判定结构损伤裂纹的位置、范围和程度，实现对结构损伤的早期(裂纹萌生期)识别和跟踪分析。
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明网络传感系统实施结构示意图
图2是本发明损伤监测原理示意图
件1是上位处理器，件2是微处理器，件3是多路信道开关，件4是网络状传感结构，件5是集总线，件6是待监测的工程结构，件7是结构出现的裂纹，件8是中断信号传递的传感线材。
本发明以如下技术步骤按四道主要工序实现：
第一道主要工序：A.将传感线材按纵横两向或纵横斜多向分层设置为平面坐标系的网络状结构4，同一方向的传感线材构成一层，各层间传感线材的接触点用基体材料隔离，保证不同层的信号不相互干扰，粘贴或植入待监测的工程结构6中；当仅需监测结构表面损伤裂纹时，可将网络状传感线材结构铺设于适合的基层布上形成损伤监测布；当需对结构整体进行全方位监测时，可将平面网络传感线材结构4竖向多层设置构成空间坐标系的空间网络传感线材结构；网络传感系统可根据不同结构实际监测需要采用不同的传感线材的材质和网络尺寸
第二道主要工序：B.网络结构4中同向传感线材的一端通过多路信道开关3直接或再通过信号转换装置与微处理器2相连；C.网络结构4中同向传感线材的另一端通过一根集总线5与微处理器2相连；D.微处理器2通过集总线5发出或接收信号，通过多路信道开关3分时依次选择接收或发送信号的传感线材通道；
第三道主要工序：E.当待监测的工程结构6产生损伤裂纹7时，相应区域的两向传感线材8即发生断裂，从而中断信号传递，据此判定损伤裂纹的发生位置；F微处理器2根据中断信号传递的纵横两向传感线材的坐标位置，分析判定结构损伤裂纹发生的位置、范围和程度；并将损伤情况报告给上位处理器1，上位处理器1负责对结构安全状况进行判断，提出处理意见。

Claims (3)

1、一种用于结构损伤监测的网络传感系统，其特征在于：A.将传感线材按纵横两向或纵横斜多向分层设置为平面坐标系的网络状结构(4)，同一方向的传感线材构成一层，各层间传感线材的接触点用基体材料隔离，保证不同层的信号不相互干扰，粘贴或植入待监测的工程结构(6)中；当仅需监测结构表面损伤裂纹时，可将网络状传感线材结构铺设于适合的基层布上形成损伤监测布；当需对结构整体进行全方位监测时，可将平面网络传感线材结构(4)竖向多层设置构成空间坐标系的空间网络传感线材结构；网络传感系统可根据不同结构实际监测需要采用不同的传感线材的材质和网络尺寸
2、根据权利要求1所述的结构损伤监测传感系统，其特征在于：B.网络结构(4)中同向传感线材的一端通过多路信道开关(3)，直接或再通过信号转换装置与微处理器(2)相连；C.网络结构(4)中同向传感线材的另一端通过一根集总线(5)与微处理器(2)相连；D.微处理器(2)通过集总线(5)发出或接收信号，通过多路信道开关(3)分时依次选择接收或发送信号的传感线材通道；
3、根据权利要求1和2所述的结构损伤监测传感系统，其特征在于：E.当待监测的工程结构(6)产生损伤裂纹(7)时，相应区域的两向或多向传感线材(8)即发生断裂，从而中断信号传递，据此判定损伤裂纹的发生位置；F.微处理器(2)根据中断信号传递的纵横两向或多向传感线材的坐标位置，分析判定结构损伤裂纹发生的位置、范围和程度；并将损伤情况报告给上位处理器(1)，上位处理器(1)负责对结构安全状况进行判断，提出处理意见。
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