[发明专利]一套无线智能应力发光结构健康监测系统

说明书

本发明的方法涉及利用一种应力发光传感器和一种简便的无线通讯技术，辅以电源及信号管理模块，组合成一套结构健康监测系统。该系统利用应力发光传感器能根据受到外力大小发出不同强度的光的特点，来对各种结构体的健康状况进行实时监测。

技术领域

本发明涉及结构健康的检测方法。本发明特别涉及无线智能的应力发光传感系统。

背景技术

随着国家对基础设施投入的加大，我国的各种建筑结构如桥梁、管道等飞速发展。不论数量还是质量，我国在基础设施领域都处在世界前列。但是，这些建筑结构在建成以后，受到载荷、事故及外部环境影响，所用材料容易老化，导致结构损伤不断积累，使得结构健康程度随使用时间的增加而下降，容易引发严重的安全事故。例如，2012年8月24日发生的哈尔滨阳明滩大桥坍塌事故；2013年11月22日发生的青岛输油管道爆炸事故。这些安全事故往往导致严重的生命财产损失。对此，除了加强对各类建筑结构的规范管理外，对结构健康的监测也是必不可少的。

目前，用于结构健康监测的技术可以分为超声检测法，压电检测法，X射线检测及光纤传感四种类别（Olawale, D. O.; Dickens, T.; Sullivan, W. G.; Okoli, O. I.;Sobanjo, J.O.; Wang, B. Journal of Luminescence. 2011,131,1407–1418.）。但是，现有的监测技术存在几点不足之处，如缺乏原位实时检测功能，信号处理过程负责，成本较高施工困难，组网不易等。因此，开发一款简便实用，能原位实时监测，具有组网功能的结构健康监测系统显得十分重要。

应力发光现象是指材料受到外部应力刺激而产生的发光现象，如弯曲，压力，震动，切割等。基于这种现象所制成的应力发光薄膜或者传感器，可以原位实时地形成结构受到的载荷分布的你图像，具备检测结构损伤，形变，破损的应用潜力。目前，应力发光检测技术在国际研究者中收到了广泛关注，例如：使用应力发光薄膜来检测高压氢气储藏罐的内部破损（Fujio, Y.; Xu, C. N.; Terasawa, Y.; Sakata, Y.; Yamabe, J.; Ueno, N.;Murakami, Y.. International Journal of Hydrogen Energy, 2016.41(2), 1333-1340.）；将应力发光技术应用于观测裂纹的动态扩展（Kim, J. S., Kwon, Y. N., Shin,N., Sohn, K. S. Applied physics letters, 2007,90(24), 241916）；用应力发光材料来检测桥梁上的裂纹（8.Terasaki, N., Xu, C. N., Li, C., Zhang, L., Li, C., Ono,D., ... & Shinokawa, T. (2012, April). In SPIE Smart Structures and Materials+ Nondestructive Evaluation and Health Monitoring (pp. 83482D-83482D). SanDiego, California, USA. March 11, 2012. International Society for Optics andPhotonics.）。与其他检测技术相比，应力发光材料具有原位实时监测，信号处理简单，可图像化等优势。在已发现的应力发光材料中，SrAl₂O₄:Eu,Dy拥有最好的应力发光性能，其在500N的应力下可以发出肉眼可见的绿光。

发明内容

本发明旨在开发一种无线、智能、基于应力发光传感器的结构健康监测系统。

本发明的方法涉及利用一种应力发光传感器和一种简便的无线通讯技术，辅以电源及信号管理模块，组合成一套结构健康监测系统。该系统利用应力发光传感器能根据受到外力大小发出不同强度的光的特点，来对各种结构体的健康状况进行实时监测。