[发明专利]一种3D打印隧道模型应用压电传感器的监测方法

说明书

本发明公开了一种3D打印隧道模型应用压电传感器的监测方法：利用3D打印隧道模型，将压电传感器埋设在指定位置；包括至少一组压电陶瓷机敏模块驱动器和压电陶瓷机敏模块接收器，布设在隧道模型洞口周向的同一截面；波形发生器发射激励信号，激励压电陶瓷机敏模块驱动器发射应力波信号，压电陶瓷机敏模块接收器接收应力波信号并传输至隧道模型外部的数字化采集器，达到结构损伤的监控；本发明利用3D打印技术在隧道模型中埋设压电传感器的方式，实现对压电传感器埋入的精准定位，同时，压电传感器具有频响范围宽、响应速度快、结构简单、功耗少、成本低等优点，由其构成的结构健康监测系统能够灵敏的感应监测到结构损伤的存在和强度的变化情况。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种3D打印隧道模型应用压电传感器的监测方法。

背景技术

地质试验模型是岩体工程安全性研究的重要手段，可以为岩土科学项目研究提供基础性、机理性和直观性的结果。传统地质模型制作通常采用块体堆砌或者相似材料填筑的方法，不仅需要大量不规则的模板辅助模型成型，而且成型精度难以保证，特别是无法制作地质模型内部的结构面、夹层和洞室等隐蔽缺陷。

目前基于传统浇筑和混凝土3D打印这两种模型制作方式，模型内部监测构件的埋设方法有直埋法和钻孔灌浆(水泥砂浆或硅胶)法。但直埋法适用于少量传感器以线型等简单形式埋设，对于单层布设多根传感器、埋设方式复杂的情况，具有人工定位速度缓慢、精度差等缺点，并且由于上层混凝土的浇筑和振捣使得传感器产生一定的位移；钻孔灌浆法具有影响结构整体性和强度、减弱模型内部监测构件的监测精度等缺陷，且对于模型内部监测构件的选择上普遍达不到频响范围宽、响应速度快、结构简单、功耗少、成本低的目的。因此，为了解决上述问题，本发明提供一种3D打印隧道模型应用压电传感器的监测方法来解决压电传感器埋设精确度不高，且模型内部监测精度不高的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D打印隧道模型应用压电传感器的监测方法来达到提高压电传感器埋设精确度和模型内部监测精度的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种3D打印隧道模型应用压电传感器的监测方法，包括以下步骤：

利用3D打印设备打印隧道模型，并将压电传感器埋设在指定位置；

所述压电传感器包括至少一组压电陶瓷机敏模块驱动器和压电陶瓷机敏模块接收器，所述压电陶瓷机敏模块驱动器和压电陶瓷机敏模块接收器布设在所述隧道模型洞口周向的同一截面；

利用在所述隧道模型外部的与所述压电陶瓷机敏模块驱动器相连接的波形发生器发射激励信号，激励所述压电陶瓷机敏模块驱动器发射应力波信号，所述压电陶瓷机敏模块接收器接收所述应力波信号并传输至所述隧道模型外部的数字化采集器；

所述数字化采集器对所述应力波信号进行分析，分解不同结构状态下的应力波信号，获取不同节点的应力波节点能量，通过同一所述节点能量下的变化情况判断结构的健康状况，最终达到结构损伤的监控。

优选的，所述压电陶瓷机敏模块接收器与所述数字化采集器之间连接有数字滤波器。

优选的，所述压电陶瓷机敏模块驱动器与所述波形发生器通过信号线连接，所述压电陶瓷机敏模块接收器与所述数字化采集器之间通过信号线连接。

优选的，所述压电陶瓷机敏模块驱动器和压电陶瓷机敏模块接收器在安装之前用酒精除去表面的氧化膜，待表面干燥后在其外围覆盖一层液体绝缘胶。

优选的，所述压电陶瓷机敏模块驱动器和压电陶瓷机敏模块接收器在埋入所述隧道模型之前两侧均粘接有粘结块，所述粘结块对所述压电陶瓷机敏模块驱动器和压电陶瓷机敏模块接收器形成包裹状态。

优选的，所述压电陶瓷机敏模块驱动器和压电陶瓷机敏模块接收器均通过粘接剂与所述粘结块粘接，所述粘接剂为加入水泥干粉的环氧树脂。