CN208672036U - 一种实时监测混凝土结构破坏程度的监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种实时监测混凝土结构破坏程度的监测装置，包括应力应变传感器、位移传感器、倾角传感器、信号放大器、滤波器、中央处理器、数据存储器及警报器，其中应力应变传感器、位移传感器和倾角传感器分别埋设在建筑物监测区内的混凝土结构内部，所述的应力应变传感器、位移传感器和倾角传感器分别与信号放大器的输入端相连，所述的信号放大器的输出端与滤波器的输入端相连，所述的滤波器的输出端与中央处理器相连，所述的中央处理器分别与数据存储器及警报器相连。本实用新型可以实时监测被监测区域的混凝土结构变化情况，为我国的防灾减灾、灾害预警、了解混凝土结构损伤情况具有非常大的帮助。

Description

一种实时监测混凝土结构破坏程度的监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种监测装置，特别涉及一种实时监测混凝土结构破坏程度的监测装置。

背景技术

随着混凝土材料被大范围的应用于建筑结构中，结构在遭受碰撞、大风、爆炸、地震、台风等荷载作用以及使用荷载超过设计荷载时，混凝土结构内部将会发生损坏，结构的部分构件也会发生一定的倾斜等对结构正常使用不利的变化。

目前比较常用的检测混凝土结构损伤情况的方法主要有以下两种：1)通过肉眼外部观察与探测设备大范围测试；2)通过计算分析软件进行近似模拟。第一种方案，通过肉眼外部观察与探测设备大范围测试会造成二次装修成本，还会影响结构的正常使用，通过这种方式仅仅可以检测出本次检测之前结构发生的损伤情况，未来一旦再次承受大的荷载作用时，还是需要再次或是多次检测。第二种方案虽然可以避免大范围的现场检测所造成的损失，但是由于目前结构计算模型的准确程度不高，外部荷载大小、持续时间也无法准确获知，所以对于结构的关键部位的损伤情况依然需要通过第一种检测手段。因此如何通过一种实时监测混凝土破坏程度的监测系统，准确获取被监测结构体在极端条件下的混凝土破坏过程和损伤程度，对混凝土结构设计、后期加固、教学研究等方面具有非常大的帮助。目前，有很多混凝土损伤检测方法，如回弹法、同位素探测法、红外热像法及声发射、超声波检测法、实时监测混凝土结构破坏程度的实验装置等。这些检测方法中回弹法、同位素探测法和红外热像法的不足之处在于：(1)必须实时在人的操作和判断下进行；(2)只能定性测试，无法给出结构损坏的演化过程信息；(3)测试过程繁琐；(4)设备笨重、成本高昂；(5)必须在现场进行操作。目前主流的声发射、超声波检测方法以及最近刚刚被提出的实时监测混凝土结构破坏程度的实验装置具有以下几个缺点：(1)必须实时在人的操控下进行；(3)测试数据量极大；(4)无法获知混凝土内部的破坏过程；(5)无法实现长期监测；(6)一些测试方法的传感器需要埋入已有的结构中，而这些传感器的自身强度不高，与混凝土粘合力不大，会对结构构件造成前期损伤。(7)对于实时监测混凝土结构破坏程度的实验装置的不足之处主要在于,虽然可以长时期大范围获取混凝土内部破坏过程的数据，但由于该装置每一个监测点都需要一个信号发射设备端和一个信号接收设备端，监测成本相对昂贵，且此此系统在正常监测前每一个监测位置都需要进行前期定频，这一过程不但需要耗费大量的人力、物力，也容易造成不可避免的人为误差。

因此，如何通过一种监测装置，可以实时监控并判断出整个结构以及重要的部分的破坏情况，确定是否需要加固改造，是目前结构工程界比较急需解决的问题。

发明内容

本实用新型为了解决目前混凝土结构破坏程度监控设备的不足，提供了一种实时监测混凝土结构破坏程度的监测装置。

本实用新型包括应力应变传感器、位移传感器、倾角传感器、信号放大器、滤波器、中央处理器、数据存储器和警报器，所述应力应变传感器、位移传感器和倾角传感器分别埋设在建筑物监测区内的混凝土结构内部，所述的应力应变传感器、位移传感器和倾角传感器分别与信号放大器的输入端相连，所述的信号放大器的输出端与滤波器的输入端相连，所述的滤波器的输出端与中央处理器相连，所述的中央处理器分别与数据存储器及警报器相连。

所述的应力应变传感器、位移传感器和倾角传感器分别设有应变外壳，所述的应变外壳能过与混凝土结构相贴合，并起到支撑作用。

本实用新型的工作原理：

包括以下几个步骤：

1)确定监测区域；利用两种及两种以上不同计算理论的软件模拟被监测对象，获得被监测结构易损伤点。根据被监测对象的结构构件尺寸，受力特点，建立软件计算模型，模拟在不同受荷工况条件下，被监测结构的易损位置，以及不同损伤情况下结构的安全等级。

2)优化布置整个结构的数据采集点：根据模拟软件的结构分析结果，并针对不同传感器的自身特点，以及不同结构形式，不同结构位置处结构构件内部应力、应变以及倾角的差异，将相应的应力应变传感器、位移传感器和倾角传感器分别布置于相应的结构监测位置以实现快速准确地获取被监测结构单体的实时损伤情况。

3)设定数据自动触发采集机制：应力应变传感器、位移传感器和倾角传感器在受到不同的外部压力或产生不同的倾斜角度时会产生相应的数据信号，该信号会发送到中央处理器内，在中央处理器内设定压力、位移和倾角触发机制，即当检测结构主要几个测试点收集的数据超过了储存在数据存储器内的正常使用数据时，整个系统将会自动开始采集数据信息，并将数据储存在数据存储器内，否则将会继续等待触发。

4)噪音信号过滤：所采集的有用信号是有其特定的频率范围，将所采集的数据信号在触发以及存储前进行信号放大及滤波，从而可以放大有用信号，过滤噪音等无用信号，可以节省存储空间，避免误触发。

5)设置危险信号预警、报警功能：利用不同的结构在不同的荷载作用下，发生破坏的位置、破坏的过程的相似性，以及其破坏程度与结构主要构件的响应程度也是有着一定的线型关系的特点，实时监测主要的几个被监测点，一旦被监测位置的混凝土内部应力或是结构位移和倾角超出正常值，中央处理器将会自动发送危险预警信号给警报器，由警报器发出报警信号。

本实用新型的有益效果：

本实用新型可以在不损伤原有被监测对象的前提下，获取建筑的混凝土结构在地震、爆炸、台风、碰撞、大风等灾害条件下的内部损伤数据，并获知其内部破坏情况，本实用新型设计合理，重复性好，成本较低，操作简单，减少人力物力的投入，可以直接大范围布置于多个被监测单体中，实时监测被监测区域的混凝土结构变化情况，构成整个区域的混凝土建筑结构监测网，为我国的防灾减灾、灾害预警、了解混凝土结构损伤情况具有非常大的帮助。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为本实用新型操作流程示意图。

1、应力应变传感器 2、位移传感器 3、倾角传感器 4、信号放大器

5、滤波器 6、中央处理器 7、数据存储器 8、警报器

9、混凝土结构。

具体实施方式

请参阅图1至图2所示：

本实用新型包括应力应变传感器1、位移传感器2、倾角传感器3、信号放大器4、滤波器5、中央处理器6、数据存储器7及警报器8，其中应力应变传感器1、位移传感器2和倾角传感器3分别埋设在建筑物监测区内的混凝土结构9内部，所述的应力应变传感器1、位移传感器2和倾角传感器3分别与信号放大器4的输入端相连，所述的信号放大器4的输出端与滤波器5的输入端相连，所述的滤波器5的输出端与中央处理器6相连，所述的中央处理器6分别与数据存储器7及警报器8相连。

所述的应力应变传感器1、位移传感器2和倾角传感器3分别设有应变外壳，所述的应变外壳能过与混凝土结构9相贴合，所述的应变外壳与正常的混凝土内部骨料结构特性相似，因此可以在保证测试数据在相对准确的前提下不对原结构造成任何损坏，并能够起到支撑作用。

本实用新型的工作原理：

包括以下几个步骤：

1)确定监测区域：利用两种及两种以上不同计算理论的软件模拟被监测对象，获得被监测结构易损伤点。根据被监测对象的结构构件尺寸，受力特点，建立软件计算模型，模拟在不同受荷工况条件下，被监测结构的易损位置，以及不同损伤情况下结构的安全等级。

2)优化布置整个结构的数据采集点：根据模拟软件的结构分析结果，并针对不同传感器的自身特点，以及不同结构形式，不同结构位置处结构构件内部应力、应变以及倾角的差异，将相应的应力应变传感器1、位移传感器2和倾角传感器3分别布置于相应的结构监测位置的混凝土结构9内，以实现快速准确地获取被监测结构单体的实时损伤情况。

3)设定数据自动触发采集机制：应力应变传感器1、位移传感器2和倾角传感器3在受到不同的外部压力产生倾斜角度时会产生相应的数据信号，该信号会发送到中央处理器6内，在中央处理器6内设定压力、位移和倾角触发机制，即数据在中央处理器6内与储存在数据存储器7内的正常使用数据进行对比，当检测结构主要几个测试点收集的数据超过了数据存储器7内的正常使用数据时，整个系统将会自动开始采集数据信息，并将采集到的数据储存在数据存储器7内，否则将会继续等待触发。

4)噪音信号过滤：所采集的有用信号是有其特定的频率范围，将所采集的数据信号在触发以及存储前通过信号放大器4和滤波器5进行信号放大及滤波，在发送到中央处理器6，从而可以放大有用信号，过滤噪音等无用信号，可以节省存储空间，避免误触发。

5)设置危险信号预警、报警功能：利用不同的结构在不同的荷载作用下，发生破坏的位置、破坏的过程的相似性，以及其破坏程度与结构主要构件的响应程度也是有着一定的线型关系的特点，实时监测主要的几个被监测点，一旦被监测位置的混凝土内部应力、结构位移或倾角超出数据存储器7内的正常值时，中央处理器6将会自动发送危险预警信号给警报器8，由警报器8发出报警信号。

Claims (2)

1.一种实时监测混凝土结构破坏程度的监测装置，其特征在于：包括应力应变传感器(1)、位移传感器(2)、倾角传感器(3)、信号放大器(4)、滤波器(5)、中央处理器(6)、数据存储器(7)及警报器(8)，其中应力应变传感器(1)、位移传感器(2)和倾角传感器(3)分别埋设在建筑物监测区内的混凝土结构(9)内部，所述的应力应变传感器(1)、位移传感器(2)和倾角传感器(3)分别与信号放大器(4)的输入端相连，所述的信号放大器(4)的输出端与滤波器(5)的输入端相连，所述的滤波器(5)的输出端与中央处理器(6)相连，所述的中央处理器(6)分别与数据存储器(7)及警报器(8)相连。

2.根据权利要求1所述的一种实时监测混凝土结构破坏程度的监测装置，其特征在于：所述的应力应变传感器(1)、位移传感器(2)和倾角传感器(3)分别设有应变外壳，所述的应变外壳能过与混凝土相贴合，并起到支撑作用。