[发明专利]压电阵列融合机敏网结构裂缝监测系统及监测和安装方法

权利要求书

1.压电阵列融合机敏网结构裂缝监测系统，包括由多条相互绝缘的机敏线 (1)交叉组成的仿生监测单元，所述仿生监测单元紧密粘贴于待监测结构上构 成平面坐标系的机敏神经网络，其特征在于：还包括信号处理装置(2)，所述 机敏线(1)接入信号处理装置(2)的多路选择单元形成回路；所述每条机敏 线(1)上至少连接有一个压电传感器元件(3)，多个压电传感器元件(3)组 成紧密布置于待监测结构上的压电传感阵列；

还包括上位计算机(7)，所述信号处理装置(2)的信号输出端与上位计算 机(7)的通信端口相联。

2.根据权利要求1所述的压电阵列融合机敏网结构裂缝监测系统，其特征在 于：所述机敏线(1)由两根以上直径不同且表面绝缘的导线组成，所有导线的 一端聚集形成信号输入总线(5)，另一端聚集形成信号输出总线(6)，所述信 号输入总线(5)与信号输出总线(6)分别连接于信号处理装置(2)的与之对 应的多路选择单元。

3.根据权利要求2所述的压电阵列融合机敏网结构裂缝监测系统，其特征在 于：所述机敏线(1)上设置有专用于传输压电传感器元件(3)的压电信号的 压电导线(4)，所述压电导线(4)与压电传感器元件(3)相连后再与信号处 理装置(2)的相应端口相连形成信号回路。

4.根据权利要求3所述的压电阵列融合机敏网结构裂缝监测系统，其特征在 于：还包括总线保护装置(8)，所述信号输入总线(5)和信号输出总线(6) 设置在总线保护装置(8)内部实现密封。

5.一种权利要求1所述的压电阵列融合机敏网结构裂缝监测系统的监测方 法，其特征在于：包括以下步骤：

1)在上位计算机中根据仿生监测单元和压电阵列建立相应的网络坐标系；

2)通过信号处理装置检测、接收和处理由各个压电传感器元件发出的压电 信号以及经机敏线传输进来的检测信号，判断所有机敏线是否导通，如果存在 断线，进入步骤3)；如果导通正常，则将接收到的各压电信号与正常值进行比 较，判断是否存在变化，如果变化程度在正常范围内，则返回检测的初始状态； 如果变化程度不在正常范围内，通过压电阵列测量的表面应力场数据和上位计 算机自带数据库及相应数据分析算法，通过反演得到相关基础信息，所述基础 信息至少包括结构内部应力场和结构承载能力数据；记录下相关基础信息和检 测时间后，进入下一个检测周期；

3)如果存在断线，通过网络坐标系记录断线的网络坐标位置和断线时间； 上位计算机通过断裂的机敏线得到结构裂缝的表面状态信息，根据结构裂缝的 表面状态信息，在坐标系中计算出裂缝的位置和形状，并结合由压电阵列测量 的表面应力场数据和上位计算机自带数据库及相应数据分析算法，测算出结构 内部应力场，再在已知结构裂缝的表面状态信息和内部应力场的情况下计算出 结构裂缝的内部状态参数，所述结构裂缝的内部状态参数至少包括裂缝的深度 和延伸面积。

6.如权利要求5所述的压电阵列融合机敏网结构裂缝监测系统的监测方法， 其特征在于：还包括步骤4)和步骤5)：

4)根据断裂的机敏线的直径和裂缝宽度的对应关系，得到裂缝的宽度信息， 并将裂缝信息存储进上位计算机；根据新增的断裂机敏线的位置和数量，计算 已有裂缝的发展状况和新增裂缝的发生状况；

5)将测得的裂缝宽度、长度和结构裂缝的内部状态参数与前次测得的相关 数据进行比较，如果长度、宽度和内部状态参数值呈扩大趋势，则在坐标系中 计算出其发展趋势。

7.如权利要求6所述的压电阵列融合机敏网结构裂缝监测系统的监测方法， 其特征在于：针对所测得的相关参数信息，还可实现自动报警，所述上位计算 机连接有报警装置，在步骤2)中，通过相关基础信息判断待监测结构是否存在 裂缝可能，如果存在则通过报警装置发出报警信号，如果不存在裂缝可能，记 录下相关基础信息和检测时间后，进入下一个检测周期；

在步骤5)中，上位计算机内部存储有状态阈值，所述状态阈值至少包括长 度阈值和宽度阈值，将裂缝表面裂缝信息与状态阈值进行比较，如果裂缝信息 超过状态阈值则通过报警装置发出报警信号。