埋入式超声传感器混凝土测强曲线研究

采用可埋入的超声压电传感器与商用超声检测仪相连,测试了不同强度等级装配式建筑梁板柱节点处的混凝土在不同龄期的强度与波速,建立了埋入式传感器专用测强曲线,并与传统方法进行了对比,验证了传感器的测试精确度。结果表明,埋入式自制传感器与传统传感器测试数据吻合度高,相同强度下两者测强曲线拟合相关系数接近1,平均相对误差满足规范中小于12%的要求。埋入式自制传感器可与现有超声测试技术兼容,有效地对缺少操作面及复杂的构件进行强度检测。

压电埋入式混凝土应力及温度传感器

根据前期对埋入混凝土立方体模块中的压电陶瓷应力及温度特性,提出了一种旨在监测混凝土结构内部静应力及温度的压电埋入式应力温度传感器。该传感器以混凝土为基底材料,以压电陶瓷为敏感单元,通过测量压电材料中等效电路参数来反映混凝土结构中的静态或准静态应力及温度变化。同时,提出了一种新的方法来减小在传感器工作工程中由于应力-温度交叉传感导致的测量误差。该方法利用埋入混凝土中压电陶瓷材料特征频率对温度敏感而对应力不敏感的特性来修正等效电路参数的测量值。实验表明,这种方法可以将测量误差降低到5%以内,提高了测量的可靠性。为提高测量系统的通用性,并降低仪器系统的成本,建立了基于虚拟仪器方法的计算机数据采集、处理和分析传感器后端仪器系统。该系统集传感器标定、初始化、数据采集及结果显示为一体,能够高效地完成大量实际工程应用的需要。通过将该测量系统移植到笔记本电脑,还可以完成野外作业。

基于提升小波的压电埋入式超声信号的改进阈值降噪

在传统小波阈值降噪的基础上,提出了一种基于提升小波的改进阈值降噪方法,用于不同信噪比条件下实测压电传感器输出声信号的降噪,并与传统的硬、软阈值降噪方法进行对比。结果表明:该方法降低了硬、软阈值法降噪后信号的振荡,相比于硬阈值和软阈值降噪,信噪比SNR值最多可提高58.32%,降噪均方差MSE值最多可降低64.28%。最后通过Wigner-Ville时频分布进一步验证了该方法的有效性。

新型埋入式长距离应变光纤传感器研制及性能研究

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术可检测长距离光纤沿线的分布式应变和温度,非常适用于结构健康监测。但如何保证传感光纤在铺设及后期监测过程中的安全性是其应用于土木工程领域的关键问题。介绍了一种新型埋入式长距离光纤传感器的研制方法,首先在结构施工过程中根据监测网设计预埋微管,再通过气吹技术将传感光纤铺设至微管内部,最后利用真空辅助灌浆技术将水泥净浆灌入微管以固定传感光纤。通过理论分析和实验研究分别对影响该光纤传感器性能的填充层厚度、微管物理特性等因素进行了分析研究。分析结果表明埋入式长距离光纤传感器应变测量精度随外径减小、微管弹性模量增大而提高。标定试验结果表明各传感器工作性能和理论分析结果一致,均能准确感应结构内部应变信息。

埋入式BRAGG光纤光栅应变传感器的应用原理分析

对BRAGG光纤光栅作为应变传感器的基本原理作了分析，重点讨论了该传感器作为埋入式应变传感器时，被埋入主体的横向应变和温度变化对测量结果的影响。分析表明埋入主体的横向应变对光纤光栅传感器测量结果有影响；尽管温度的变化会影响测量结果，但当温度变化不是很大时，这种影响是可以忽略的。

嵌入式超声传感器的混凝土损伤非线性检测研究

对建筑结构在其生命周期中的损伤状态进行实时监测十分重要,借助埋在混凝土构件内部的压电传感器对结构进行无损检测是一种新型的检测手段。该文将压电传感器嵌入混凝土试件内部,通过超声二次谐波法对信号进行分析处理得到表征材料损伤的非线性系数,以此来监测混凝土的早期强度并对混凝土试件受压和钢筋混凝土梁受弯的不同损伤程度进行检测。结果证明,非线性系数可以反映混凝土养护过程的强度增长情况,也可以表征不同损伤形式下试件的损伤程度。

基于白光干涉原理的光纤传感技术—Ⅳ.埋入式光纤传感器基础实验

发展了可埋入混凝土基复合材料内部的白光光纤引伸计,用于测量混凝土内部的应变或裂纹尖端张开位移,并对这些混凝土试件进行了实验研究。实验结果表明,光纤传感器不仅可以测量1D应变,也可以在2D方向上测量应变。对埋入土体内部的三包层光纤土力学传感器进行了标定实验,实验结果表明,传感器能够较好的反映土体形变,设计并制作了土体坝段和高边坡的模型,将经过标定的光纤土力学传感器埋设于模型内部,利用光纤白光干涉测量技术,对外部载荷作用下不同结构的土体模型进行了实验研究,对其变形量进行了测量。

基于白光干涉原理的光纤传感技术——Ⅲ.埋入式光纤传感器的设计、集成与安装

讨论了光纤传感器在复合材料或混凝土结构中的集成与安装问题。设计了用于混凝土结构的预埋式金属基、环氧基和混凝土基白光干涉光纤传感器。这种预埋式白光干涉光纤传感器可满足结构传感领域的要求,并且在此基础上可以发展用于实际工程建筑中的长光纤结构传感系统。

常用埋入式静力传感器的力学传递性能及数据处理

本文通过对常用的钢弦式钢筋计、钢弦式砼应变计和差动式砼应变计的砼模型试验,着重对介质与传感器的变形协调问题和元件的率定及测试数据的转换处理方法进行了分析和研究。结果表明:对于测试元件必须具有稳定的工作性能和合理的结构尺寸,对于复杂受力状态下的应力型传感器,应通过“贴片率定法”将其转变为应变型后使用,并采用广义虎克定律进行数据转换处理,而“常用率定法”仅适用于简单受力状态下的数据处理。

混凝土结构埋入式光纤应变传感器的耐用性解决方案

埋入式光纤应变传感器在混凝土结构的健康监测中应用日益广泛,但其有效寿命远低于结构的使用寿命,不能实现对结构的全周期监测。基于可更换的思路,提出了一种新型的传感器设计方案,通过对老化的主要应变传感部件(光纤光栅、基底和传输光纤)进行更新来使应变监测得以长期连续进行,从而简便可靠地解决了埋入式光纤应变传感器的耐用性问题。

埋入式光纤Bragg光栅应变传感器在隧道二次衬砌中的监测研究

隧道二次衬砌性能劣化是影响隧道健康运营的主要病害,对隧道二次衬砌进行监测是保证隧道健康运营的重要手段。应用埋入式光纤Bragg光栅应变传感器深入研究了隧道二次衬砌的变化。通过FBG(Fiber Bragg Grating)传感器在隧道内的布设及温度补偿技术,对隧道断面的应变变化情况进行了分析。结果表明,数据的曲线走势在一定程度上反映了隧道二次衬砌的变化,为进一步的病害预报提供了有效的支持。

埋入式传感器与机场刚性道面的协同施工方法

为实现埋入式传感器与机场刚性道面的协同施工,分析了两者的协同工作特点,从工程的角度提出了两者在施工质量和进度上存在冲突。将道面安全,安装精度和存活率作为施工质量评价要素,通过分析道面浇筑过程总结了传感器损伤源,提出了兼顾结构安全和测量要求的传感器支护方法。从时间和空间两个角度细化了施工进度上的冲突,并通过支护装置设计、线路规划、安装流程协调等方面实现了传感器同步安装。介绍了评价两者协同工作效果的方法,并用浦东机场在线监测项目作为示范,证明了所述工法切实可行。

埋入式FBG传感器护套参数设计

介绍了混凝土埋入式FBG传感器的基本原理与结构。考虑如何设置传感器中护套的相关参数,使得传感器的性能得以优化。主要通过护套在服役过程中压杆稳定性和对应变传递的影响2个方面来分析,得出相关参数对此的影响。结合两者得出,护套柔度取最大临界值,护套厚度为0.2～0.3 mm时,可使传感器护套对被测结构影响最小;同时满足传感器制作的可行性,并且使应变传递效率达到99%,从而实现传感器标准化封装。

混凝土结构埋入式传感器的耐久性研究

埋入式传感器在混凝土结构的健康监测中应用日益广泛,但其有效寿命远低于结构的使用寿命,为了解决这一问题,尽管学者们对传感器的封装和保护方法做了很多研究和探讨,但是若不解决埋入式传感器的更换问题,对结构的全生命周期监测实际上是不可能的。本文介绍了作者最近完成的有关混凝土结构埋入式传感装置的新型专利技术,通过对老化的传感装置进行替换来使应变监测得以长期连续进行,从而简便可靠地解决了埋入式传感器的耐久性问题。为验证专利技术的可行性,设计了相关试验以证明其可行性和实用意义。本文所介绍的专利技术不仅可以实现传感器的替换,而且可以保证替换过程中的连续监测及替换后的测量精度。

埋入式多参量传感器系统研究

针对当前结构健康监测系统无法对重大工程结构体的内部变化进行监测的不足,提出了一种基于"汽车级"芯片处理器C8051F530的多参量传感器系统的设计方案。阐述了系统硬件结构组成和软件流程。采用ATA5824射频芯片实现系统中信号采集模块和汇聚节点模块之间的无线射频通信,并运用"自触发"和"指令触发"并行工作模式的方法降低系统功耗。经长时间、多次试运行,结果表明该系统功耗低、性能稳定,可埋入到重大工程结构内部进行实时监测。

热和机械载荷共同作用下涂层特性对埋入式光纤传感器性能的影响

研究在热载及拉伸共同作用下，光纤传感器涂层的材料特性和厚度变化对光纤－涂层－基体整体性能的影响．分析表明在埋入式光纤附近的应力集中与涂层的特性有关．在热应力和机械应力共同作用下，对于给定的基体材料和裸光纤，存在可减少基体、涂层与裸光纤之间或裸光纤中应力集中的涂层性能和尺寸的最优组合．

光纤传感器埋入沥青路面基体的应变传递误差

介绍了光纤传感涉及的应变传递理论,基于该理论建立了基体和感知光纤应变的定量关系,以消除应变传递误差,提高测试精度。针对埋入式光纤传感器用于高黏度的柔性沥青路面基体的最普遍形态,建立了含感知光纤、封装层和基体的典型三层力学模型。采用Goodman假设描述层间剪应力关系,引入傅里叶级数法求解微分方程,建立了基体和感知光纤的平均应变传递关系。通过室内试验论证了推导的应变传递理论公式的有效性,并对影响平均应变传递效率的几何参数和材料参数进行了灵敏度分析。分析结果表明:光纤粘贴长度越长,光纤和封装层的层间黏结越紧密,平均应变传递系数越大,应变传递效果越好。本文的研究可广泛用于埋入式光纤传感器的应变传递误差修正及封装设计。

基于超声波的GIS盆式绝缘子螺栓松动程度监测方法

GIS中的重要组成部分盆式绝缘子主要通过法兰螺栓进行固定,但螺栓松动会导致盆式绝缘子受力不均甚至气体泄漏等问题,严重影响GIS运行的可靠性和安全性。文中提出了一种GIS盆式绝缘子法兰螺栓松动程度的超声波监测方法,利用压电传感器进行超声信号的激励与接收,并将压电传感器安装在待测螺栓所连接的法兰两侧,根据超声响应信号的能量衰减率来判断螺栓松动程度。通过实验研究了不同工况下超声响应信号能量及其衰减率的变化规律。结果表明,随着螺栓松动程度的增加,响应信号幅值逐渐下降,信号能量衰减率逐渐增大,单个螺栓松动且松动等级为3时信号能量衰减率可达40.8%;同时发现距离松动螺栓最近的压电传感器接收信号能量衰减率最大。该方法可实现GIS盆式绝缘子法兰螺栓松动程度监测,具有一定的工程应用价值。

埋入传感器对发动机界面粘接性能影响试验研究

针对固体火箭发动机健康监检测中埋入传感器后对发动机界面粘接性能的影响,自制埋入传感器的粘接试件,通过对粘接试件的CT无损探伤与力学性能试验,得到传感器的埋入方法可靠、埋入传感器对发动机界面粘接性能无明显影响;通过对自然贮存粘接试件的力学性能监测试验,得到粘接界面力学变化规律,进而确定埋入式传感器在发动机界面中至少可以稳定工作3个月以上。

不同频率对埋入式压电陶瓷辐射声波的影响

不同频率激励埋入式压电陶瓷,辐射声波的声压、声强和指向性不同.为提高超声无损检测的精度,正确选用激励频率十分重要.通过ANSYS软件对埋入式压电陶瓷进行有限元分析,得到在20～100kHz频率范围内不同振动模态对应的固定频率,使用所得频率对压电陶瓷进行激励,分析不同频率激励压电陶瓷辐射超声波的影响,选定最佳固定频率.结果表明在20～100kHz频率范围内,共有14个振动模态,9个振动模态的振幅达到极值,声压随频率的增大逐渐增强,当频率达到79.666kHz时为最大值,而后逐渐衰减,且在67.301～84.895kHz频段内变化十分迅速.