主被動波導監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種主被動波導監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，所述傳感裝置包括一與所述橋梁拉吊索直徑相匹配的卡箍；所述卡箍的軸向上開設有5道第一刻槽；上箍體和下箍體分別在周向上開設有2道第二刻槽；上箍體和下箍體一側(cè)面分別開設有一與卡箍同長的線槽；所述刻槽上設置有20個壓電陶瓷傳感器；所述壓電陶瓷傳感器的上表面焊接一根信號傳輸線，傳輸線沿著線槽進行走線，所述傳輸線為高屏蔽同軸電纜，所述傳感裝置表面布設有一絕緣層；所述絕緣層表面布設有一電磁屏蔽層，且電磁屏蔽層與絕緣層通過環(huán)氧樹脂進行連接。本實用新型能很好地采集橋梁拉吊索損傷的數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)無損探測全橋梁拉吊索的損傷提供了一個硬件平臺。
【專利說明】
【技術(shù)領域】
[0001] 本實用新型涉及建筑工程【技術(shù)領域】，特別涉及一種主被動波導監(jiān)測橋梁拉吊索損 傷的傳感裝置。 主被動波導監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 大跨橋梁結(jié)構(gòu)是一個國家和地區(qū)的經(jīng)濟命脈，橋梁的建造和維護是一個國家基礎 設施的重要部分。在大跨橋梁結(jié)構(gòu)中，拉吊索是主要的受力構(gòu)件。在長達幾十年的使用期 內(nèi)，環(huán)境侵蝕、材料老化和荷載的長期效應、疲勞效應和突然災變效應等因素的耦合作用 下，將不可避免地導致結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的損傷積累和抗力衰減，從而抵抗自然災害、甚至正常環(huán) 境作用下的能力下降，極端情況下將引發(fā)災難性的突發(fā)事故。新建橋梁拉吊索的造價一般 占全橋的25%?30%，如果對其進行換索，換索的價錢為新建的3?4倍。目前橋梁拉吊 索損傷監(jiān)測方法有人工檢測法，該方法主要通過肉眼或者放大鏡進行結(jié)構(gòu)表面觀測，對內(nèi) 部缺陷無能為力；超聲波檢測方法通過回波時間及信號強度，獲知損傷的位置。該方法在 橋梁拉吊索檢測中效果不理想，主要是因為拉吊索內(nèi)部鋼絲（鋼絞線）之間存在一些空隙， 表面凸凹不平，損傷區(qū)域不固定，導致回波信號不清晰。射線檢測只能一段檢測，檢測費用 比較高、儀器昂貴、具有一定的輻射性。漏磁檢測法盡管可以較清楚地判斷斷絲的位置和數(shù) 量，但是該設備復雜，對于有外保護層的拉吊索，檢測精度不高、同一缺陷空間分辨率不高， 對于埋在梁內(nèi)的拉吊索損傷，檢測效果更差。
[0003] 自從壓電效應被發(fā)現(xiàn)以來，對壓電材料的研究和應用在橋梁拉吊索損傷監(jiān)測中的 應用得到了廣泛關(guān)注。壓電陶瓷具有正逆壓電效應。利用壓電陶瓷的正效應，發(fā)展了主動 波導監(jiān)測技術(shù)（超聲導波），通過"詢問"結(jié)構(gòu)來檢測損傷的存在，并估計其程度；利用它的 逆效應，發(fā)展成了被動波導監(jiān)測技術(shù)（聲發(fā)射技術(shù)），通過"聽"結(jié)構(gòu)的響應而不需要其相 互作用，監(jiān)測結(jié)構(gòu)損傷。波導檢測技術(shù)有很多突出的優(yōu)點：傳播距離長、靈敏度高、不同的模 態(tài)對不同的損傷類型敏感、檢測面廣。導波在拉吊索的內(nèi)部和表面都有質(zhì)點的振動，聲場遍 及整個波導，接收到的信號包含拉吊索內(nèi)部及接觸界面的整體性信息，因此導波檢測技術(shù) 可以檢測整個波導的信息，而不是一個點或一個面。目前基于主動波導監(jiān)測技術(shù)（超聲導 波）已經(jīng)在橋梁拉吊索的損傷監(jiān)測得到一些應用，該方法對已經(jīng)存在的損傷有很好的檢測 精度，但是對于拉吊索的損傷演化監(jiān)測效果不理想。而被動波導監(jiān)測技術(shù)（聲發(fā)射）對橋 梁拉吊索中已經(jīng)存在的損傷無能無力，但對拉吊索損傷演化具有較高的監(jiān)測精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型要解決的技術(shù)問題，在于提供一種主被動波導監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的 傳感裝置，能很好地采集橋梁拉吊索損傷的數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)無損探測全橋梁拉吊索的損傷提 供了一個硬件平臺。
[0005] 本實用新型是這樣實現(xiàn)的：一種主被動波導監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，所 述傳感裝置包括一與所述橋梁拉吊索直徑相匹配的卡箍；所述卡箍的軸向上開設有至少5 道第一刻槽，且各第一刻槽均勻分布；所述卡箍包括上、下兩箍體；所述上箍體和下箍體分 別在周向上開設有至少2道第二刻槽；上箍體和下箍體總的4道第二刻槽均勻分布，且上箍 體和下箍體扣緊后兩對角線的第二刻槽成90度夾角；所述上箍體和下箍體一側(cè)面分別開 設有一與卡箍同長的線槽；所述5道第一刻槽上的第1、3、5道上均設置有4個壓電陶瓷傳 感器，且各4個壓電陶瓷傳感器的長邊沿卡箍周向布置并位于4道第二刻槽上，作為產(chǎn)生扭 轉(zhuǎn)模態(tài)的傳感裝置；5道第一刻槽上的第2、4道上均設置有4個壓電陶瓷傳感器，且各4個 壓電陶瓷傳感器的長邊沿卡箍軸向布置并位于4道第二刻槽上，作為產(chǎn)生縱向模態(tài)的傳感 裝置；所述壓電陶瓷傳感器的上表面焊接一根信號傳輸線，傳輸線沿著線槽進行走線，所述 傳輸線為高屏蔽同軸電纜，所述傳感裝置表面布設有一絕緣層；所述絕緣層表面布設有一 電磁屏蔽層，且電磁屏蔽層與絕緣層通過環(huán)氧樹脂進行連接。
[0006] 進一步地，所述卡箍為圓柱形卡箍。
[0007] 進一步地，所述5道第一刻槽的相鄰兩第一刻槽之間距離為15?25mm。
[0008] 進一步地，所述各第二刻槽深度為3?4mm，長度為20?30mm ;所述線槽的寬度為 5 ?10mm η
[0009] 進一步地，所述壓電陶瓷傳感器采用粘結(jié)劑固定在第一刻槽或第二刻槽上。
[0010] 進一步地，所述絕緣層厚度為〇. 1?〇. 3_ ;電磁屏蔽層的厚度為0. 5?2_。
[0011] 進一步地，所述絕緣層為熱固性亞胺薄粘帶；所述電磁屏蔽層為超高導電硅橡膠。
[0012] 本實用新型的優(yōu)點在于：本實用新型把產(chǎn)生縱向模態(tài)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)的兩種傳感器集 成到一起，形成5道探測，并在卡箍上設置有高屏蔽同軸電纜、絕緣層以及電磁屏蔽層；從 而形成具有電磁屏蔽和濾波功能的主被動波導測試傳感器；其中三道傳感器作為主動監(jiān) 測、剩下的兩道傳感器作為被動監(jiān)測；或者兩道傳感器作為主動監(jiān)測、剩下的三道傳感器作 為被動監(jiān)測。本實用新型能很好地采集橋梁拉吊索損傷的數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)無損探測全橋梁拉 吊索的損傷提供了一個硬件平臺。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是本實用新型去掉絕緣層和電磁屏蔽層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2是本實用新型的截面示意圖。

【具體實施方式】
[0015] 請參閱圖1和圖2所示，一種主被動波導監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，所述傳 感裝置包括一與所述橋梁拉吊索直徑相匹配的卡箍1 ;所述卡箍1的軸向上開設有至少5 道第一刻槽11，且各第一刻槽11均勻分布；所述卡箍1包括上、下兩箍體（12、13);所述上 箍體12和下箍體13分別在周向上開設有至少2道第二刻槽14 ;上箍體12和下箍體13總 的4道第二刻槽14均勻分布，且上箍體12和下箍體13扣緊后兩對角線的第二刻槽14成 90度夾角α ;所述上箍體12和下箍體13 -側(cè)面分別開設有一與卡箍1同長的線槽（未圖 示）；所述5道第一刻槽11上的第1、3、5道上均設置有4個壓電陶瓷傳感器3,且各4個壓 電陶瓷傳感器3的長邊沿卡箍周向布置并位于4道第二刻槽14上，作為產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)模態(tài)的傳 感裝置；5道第一刻槽11上的第2、4道上均設置有4個壓電陶瓷傳感器，且各4個壓電陶瓷 傳感器的長邊沿卡箍軸向布置并位于4道第二刻槽14上，作為產(chǎn)生縱向模態(tài)的傳感裝置； 所述壓電陶瓷傳感器3的上表面焊接一根信號傳輸線（未圖示），傳輸線沿著線槽進行走 線，所述傳輸線為高屏蔽同軸電纜，所述傳感裝置表面布設有一絕緣層4 ;所述絕緣層4表 面布設有一電磁屏蔽層5,且電磁屏蔽層5與絕緣層4通過環(huán)氧樹脂（未圖示）進行連接。
[0016] 在本實用新型中所述卡箍1為圓柱形卡箍。也實際應用中也可以為其他形狀的只 要能將橋梁拉吊索抱緊即可。
[0017] 其中，所述5道第一刻槽11的相鄰兩第一刻槽之間距離為15?25mm。所述各第 二刻槽深度為3?4mm，長度為20?30mm ;所述線槽的寬度為5?10mm。
[0018] 另外，所述壓電陶瓷傳感器3采用粘結(jié)劑固定在第一刻槽11或第二刻槽14上。所 述絕緣層4厚度為0· 1?0· 3mm ;電磁屏蔽層5的厚度為0· 5?2mm。所述絕緣層為熱固性 亞胺薄粘帶；所述電磁屏蔽層為超高導電硅橡膠。
[0019] 總之，本實用新型把產(chǎn)生縱向模態(tài)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)的兩種傳感器集成到一起，形成5 道探測，并在卡箍上設置有高屏蔽同軸電纜、絕緣層以及電磁屏蔽層；從而形成具有電磁屏 蔽和濾波功能的主被動波導測試傳感器；其中三道傳感器作為主動監(jiān)測、剩下的兩道傳感 器作為被動監(jiān)測；或者兩道傳感器作為主動監(jiān)測、剩下的三道傳感器作為被動監(jiān)測。本實用 新型能很好地采集橋梁拉吊索損傷的數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)無損探測全橋梁拉吊索的損傷提供了一 個硬件平臺。
[0020] 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型申請專利范圍所做的均 等變化與修飾，皆應屬本實用新型的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種主被動波導監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，其特征在于：所述傳感裝置包括 一與所述橋梁拉吊索直徑相匹配的卡箍；所述卡箍的軸向上開設有至少5道第一刻槽，且 各第一刻槽均勻分布；所述卡箍包括上、下兩箍體；所述上箍體和下箍體分別在周向上開 設有至少2道第二刻槽；上箍體和下箍體總的4道第二刻槽均勻分布，且上箍體和下箍體扣 緊后兩對角線的第二刻槽成90度夾角；所述上箍體和下箍體一側(cè)面分別開設有一與卡箍 同長的線槽；所述5道第一刻槽上的第1、3、5道上均設置有4個壓電陶瓷傳感器，且各4個 壓電陶瓷傳感器的長邊沿卡箍周向布置并位于4道第二刻槽上，作為產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)模態(tài)的傳感 裝置；5道第一刻槽上的第2、4道上均設置有4個壓電陶瓷傳感器，且各4個壓電陶瓷傳感 器的長邊沿卡箍軸向布置并位于4道第二刻槽上，作為產(chǎn)生縱向模態(tài)的傳感裝置；所述壓 電陶瓷傳感器的上表面焊接一根信號傳輸線，傳輸線沿著線槽進行走線，所述傳輸線為高 屏蔽同軸電纜，所述傳感裝置表面布設有一絕緣層；所述絕緣層表面布設有一電磁屏蔽層， 且電磁屏蔽層與絕緣層通過環(huán)氧樹脂進行連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的主被動波導監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，其特征在于： 所述卡箍為圓柱形卡箍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的主被動波導監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，其特征在于： 所述5道第一刻槽的相鄰兩第一刻槽之間距離為15?25mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的主被動波導監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，其特征在于： 所述各第二刻槽深度為3?4mm，長度為20?30mm ;所述線槽的寬度為5?10mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的主被動波導監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，其特征在于： 所述壓電陶瓷傳感器采用粘結(jié)劑固定在第一刻槽或第二刻槽上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的主被動波導監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，其特征在于： 所述絕緣層厚度為〇· 1?〇· 3mm ;電磁屏蔽層的厚度為0· 5?2mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的主被動波導監(jiān)測橋梁拉吊索損傷的傳感裝置，其特征在于： 所述絕緣層為熱固性亞胺薄粘帶；所述電磁屏蔽層為超高導電硅橡膠。
【文檔編號】G01N29/04GK203894197SQ201420312029
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】楊偉, 張文耀, 張偉, 夏堅, 陳松, 葉健 申請人:福建省建筑科學研究院