專利名稱：碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工程結(jié)構(gòu)傳感器測(cè)試系統(tǒng)，屬于工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在橋梁、隧道、公路、大壩等眾多大型土木工程建筑領(lǐng)域以及軍事應(yīng)用領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)、多功能、分布式的實(shí)時(shí)、傳感檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)一直是我們的研究目標(biāo)。大型的土木工程建筑長(zhǎng)期受到環(huán)境的荷載作用、材料腐蝕老化等災(zāi)變的耦合因素，不可避免的產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損傷和抗力衰減，從而導(dǎo)致對(duì)自然災(zāi)害的抵抗能力下降，引發(fā)突發(fā)的災(zāi)難性事故。為了使大型建筑結(jié)構(gòu)壽命及服務(wù)能力減緩受其影響，避免引起突發(fā)事故，有必要對(duì)土木建筑結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、在線的自動(dòng)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)。
工程結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，傳感器子系統(tǒng)作為健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最前端和最基本的子系統(tǒng)，由多個(gè)各類傳感器及傳感網(wǎng)絡(luò)組成。傳感器可以用來(lái)感知結(jié)構(gòu)的荷載和響應(yīng)信息，并以電、光、聲等物理量形式輸出。目前發(fā)展起來(lái)的感知材料與傳感元件主要有光導(dǎo)纖維、電阻應(yīng)變絲、疲勞壽命絲、壓電材料、碳纖維、半導(dǎo)體材料和形狀記憶合金等。用這些感知材料和傳感元件可以制作大規(guī)模表面附著式或埋入式傳感分布陣列，從而使結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件或整體具有感知特性，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警的功能。這些傳感器在混凝土工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中應(yīng)用也存在一些弊端和問(wèn)題。如光纖傳感器的需要大量的輔助設(shè)備，布控困難，成本昂貴；壓電材料(如壓電陶瓷等)在應(yīng)用中多用于簡(jiǎn)單構(gòu)件，而且與混凝土材料在材質(zhì)上不匹配，而且缺少工程檢驗(yàn)；形狀記憶合金要么較昂貴，要么性能不穩(wěn)定，而且在非彈性階段，電阻與應(yīng)變的關(guān)系呈非線性，給信號(hào)分析帶來(lái)困難等。為了減少測(cè)量誤差，保證傳感器與環(huán)境介質(zhì)的匹配是非常重要的。在大型混凝土工程結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)中，需要利用與水泥混凝土介質(zhì)匹配的新敏感材料開發(fā)研制新型傳感器(如碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器，專利號(hào)ZL201220106580. 9)，達(dá)到傳感器與環(huán)境介質(zhì)完全匹配的良好效果。隨著監(jiān)測(cè)要求的提高，傳感器數(shù)目、有待處理的數(shù)據(jù)量以及系統(tǒng)的復(fù)雜性都將大大增加。如果采用傳統(tǒng)有線的方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，不僅接線繁瑣，而且大量布線會(huì)增加監(jiān)測(cè)對(duì)象的負(fù)重，后期維護(hù)所耗費(fèi)的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)也是相當(dāng)可觀。同時(shí)這種傳統(tǒng)的串行集中式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也會(huì)在很大程度上影響系統(tǒng)的可靠性和靈活性。因此，有必要研究采用分布式無(wú)線技術(shù)來(lái)替代傳統(tǒng)的集中式有線技術(shù)。采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理和傳送。利用新型碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器組建傳感器測(cè)試系統(tǒng)，采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)成碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器測(cè)試系統(tǒng)，不僅解決了布線的問(wèn)題、傳輸距離得到了很大的提高，而且系統(tǒng)穩(wěn)定，不易受環(huán)境的破壞。對(duì)工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)將具有極其重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明利用碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)，采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用于工程結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)，技術(shù)方案如下1、利用碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器制作應(yīng)變傳感器單元，在需測(cè)試節(jié)點(diǎn)進(jìn)行嵌入布置，對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)荷載與效應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并以電信號(hào)進(jìn)行輸出。同時(shí)在該節(jié)點(diǎn)處安放溫濕度補(bǔ)償傳感器單元，進(jìn)行監(jiān)測(cè)區(qū)域的溫濕度指標(biāo)。碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器與溫濕度補(bǔ)償傳感器構(gòu)成傳感器子系統(tǒng)，是健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最基礎(chǔ)和最前端的子系統(tǒng)。2、建立數(shù)據(jù)采集處理及通信子系統(tǒng)，對(duì)接收的數(shù)字信號(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波去噪等操作，通過(guò)供電單元與射頻功率放大器的支持，將數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線發(fā)送。
3、基站節(jié)點(diǎn)接收并處理數(shù)據(jù)信息，和基站節(jié)點(diǎn)相連的網(wǎng)關(guān)設(shè)備用于將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換為IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它和基站節(jié)點(diǎn)共同組成基站。在IP網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，可以通過(guò)因特網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，建立基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明內(nèi)容產(chǎn)生以下有益效果
(1)碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器與環(huán)境介質(zhì)完全匹配，減少測(cè)量誤差；
(2)采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，不僅解決了布線的問(wèn)題、傳輸距離得到了很大的提高；
(3)利用溫濕度補(bǔ)償傳感器，保證系統(tǒng)穩(wěn)定，不易受環(huán)境的破壞。


附圖為碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器測(cè)試系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例詳細(xì)描述。在需測(cè)試節(jié)點(diǎn)嵌入30mmX30mmX 120mm碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器與溫濕度補(bǔ)償傳感器。建立數(shù)據(jù)采集處理及通信子系統(tǒng)，對(duì)接收的數(shù)字信號(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波去噪等操作，通過(guò)供電子系統(tǒng)與射頻功率放大器的支持，將數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線發(fā)送?；竟?jié)點(diǎn)接收并處理數(shù)據(jù)信息，相連的網(wǎng)關(guān)設(shè)備將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換為IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過(guò)因特網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，建立基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器測(cè)試系統(tǒng)，包括聯(lián)合利用碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器與溫濕度補(bǔ)償傳感器構(gòu)成傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理及無(wú)線通信子系統(tǒng)、基站與控制中心子系統(tǒng)，其特征是利用碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器與溫濕度補(bǔ)償傳感器構(gòu)成傳感器子系統(tǒng)，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，建立基于碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器的工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
全文摘要
一種碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器測(cè)試系統(tǒng)。利用碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器制作應(yīng)變傳感器單元，在需測(cè)試節(jié)點(diǎn)進(jìn)行嵌入布置，對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)荷載與效應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并以電信號(hào)進(jìn)行輸出。同時(shí)在該節(jié)點(diǎn)處安放溫濕度補(bǔ)償傳感器單元，進(jìn)行監(jiān)測(cè)區(qū)域的溫濕度指標(biāo)。碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器與溫濕度補(bǔ)償傳感器構(gòu)成傳感器子系統(tǒng)。配置數(shù)據(jù)采集處理及通信子系統(tǒng)，通過(guò)供電單元與射頻功率放大器的支持，將數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線發(fā)送?；竟?jié)點(diǎn)接收并處理數(shù)據(jù)信息，和基站節(jié)點(diǎn)相連的網(wǎng)關(guān)設(shè)備用于將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換為IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，共同組成基站。通過(guò)因特網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，建立基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G08C17/02GK103024940SQ201210571690
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者李云峰, 徐麗 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)