[发明专利]一种应力分布监测装置及方法

权利要求书

1.一种应力分布监测装置，其特征在于：它包括多路模拟开关（6）、与多路模拟开关（6）两连接的多个压力感应器， A/D转换器（7）和微处理器（8），所述压力感应器包括压电纤维（1）、输出跟随器（2）、电荷放大器（3）、微分器（4）和信号采用保持电路（5），其中压电纤维（1）设置于被测装置上，压电纤维（1）一端接地，一端与输出跟随器（2）相连接，输出跟随器（2）的输出端分别与电荷放大器（3）和微分器（4）的输入端相连接，电荷放大器（3）和微分器（4）的输出端分别与两个信号采用保持电路（5）的输入端相连接，两个信号采用保持电路（5）的输出端分别与多路模拟开关（6）的输入端相连接，所述多路模拟开关（6）的输出端顺序与A/D转换器（7）和微处理器（8）相连接。

2.根据权利要求1所述的应力分布监测装置，其特征在于：所述的输出跟随器（2）由运算放大器（9）和电阻R1构成，运算放大器（9）的通向输出端上设有电阻R1，反向输出端与输出端串联，R1取值为100k，运算放大器型号为ADA4891。

3.根据权利要求1所述的应力分布监测装置，其特征在于：所述的电荷放大器（3）由运算放大器（9）和电阻R2、电阻R3和电容C1构成；其中运算放大器（9）的反向输入端上分别连接有电阻R2、电阻R3和电容C1的一端，电阻R2和电容C1的另一端与运算放大器（9）的输出端相连接，运算放大器（9）的正相输入端接地电位，电阻R2取值10k，电阻R3取值1G，电容C1取值100p，运算放大器型号为ADA4891。

4.根据权利要求1所述的应力分布监测装置，其特征在于：所述的微分器（4）由运算放大器（9）、电阻R4和电容C2，其中微分器（4）的输入端通过电容C2接运算放大器（9）的反相输入端，电阻R4作为负反馈元件，电阻R4两端分别接运算放大器（9）的反相输入端和输出端，运算放大器（9）的正相输入端接地，电阻R4取值100k，电容C2取值0.22uF，运算放大器型号为ADA4891。

5.一种使用权利要求1所述装置的应力分布监测方法，其特征在于包括如下步骤：

a、将多个压力感应器中的压电纤维（1）分为横向压电纤维与纵向压电纤维相互交叉成压电纤维网设置在被测物品上，当被测物品应力变化时，输出跟随器（2）将检测到压电纤维（1）上的应力变化信息分别输入电荷放大器（3）和微分器（4），此时电荷放大器（3）输出静态电荷信号，微分器（4）输出电荷变化动态信号；

b．每个压力感应器均将采集到的压电纤维（1）上的电荷变化动态信号和静态电荷信号通过信号采用保持电路（5）输入到多路模拟开关（6），并通过多路模拟开关（6）的通道，将采集的信号经由A/D转换器（7）从模拟信号转换为数字信号后发送到微处理器（8）中；

c．微处理器（8）将横向放置的压电纤维（1）发送的信号归为横向压电纤维信号，将纵向放置的压电纤维（1）发送的信号归为纵向压电纤维信号；

d．微处理器（8）将横向压电纤维的电荷变化动态信号依次与纵向压电纤维的电荷变化动态信号进行矢量加法运算，将结果从大到小依次排列；将横向压电纤维的静态电荷信号依次与纵向压电纤维的静态电荷信号进行矢量加法运算，将结果从大到小依次排列；

e、将采集的横向压电纤维的信号与纵向压电纤维的信号的进行求矢量和，得到横向压电纤维的信号与纵向压电纤维交叉点处的应变数值，其中两个电荷动态信号矢量之和表示交叉点的动态应变数值，两个静态电荷信号的矢量之和表示交叉点的静态应变数值；依此，即可得到交叉设置的压电纤维（1）上横向放置的压电纤维（1）与纵向放置的压电纤维（1）交叉点处的动态应变数值和静态应变数值组；

F、微处理器（8）通过将得到的动态应变数值和静态应变数值组数值进行比较，从而选取出这个压电纤维分布区域的最大动态应变数值和静态应变数值，判断此点为被测物品在压电纤维网中受力结构的最大应变点，将最大应变点的数值与预设值比较，从而判断出压电纤维网是否受力过大。

6.根据权利要求5所述的应力分布监测方法，其特征在于：使用简单插值方法可以根据压电纤维分布网络交叉点处的动态应变数值和静态应变数值组计算得到压电纤维网络分布区域的任何一点的应力分布值。