一种FRP‑混凝土粘结界面的剥离损伤检测系统的制作方法
本发明实施例涉及无损检测领域，特别是涉及一种frp-混凝土粘结界面的剥离损伤检测系统。
背景技术：
纤维增强型复合材料(fiberreinforcedpolymer/plastic，简称frp)是由纤维材料与基体材料(树脂)按一定的比例混合后形成的高性能型材料。由于纤维增强型复合材料具有很好地比强度、比刚度、质轻而硬、不导电、回收利用少以及耐腐蚀的优点，所以基于该材料的黏贴加固技术在国内外备受关注。采用基于frp材料的黏贴加固技术加固构件(或结构)时常用的方式是通过环氧树脂将frp材料与构件(或结构)的表面黏贴在一起，因此外贴的frp材料是否能够有效的提高加固后的构件(或结构)的承载力，主要取决于frp材料与构件(或结构)界面是否能够有效的传递应力。
目前，在采用frp材料加固混凝土结构时，被加固的结构最终破坏的主要原因是frp材料与混凝土之间的界面剥离，界面剥离属于脆性破坏，这种破坏发生突然，并且没有明显的预兆，破坏时frp材料的应变还处于较低的水平，frp材料的高抗拉强度并没有得到充分的发挥，使加固结构的可靠性大大降低。因此，需要对frp材料与混凝土之间的粘结界面进行检测，以便及时发现frp材料与混凝土粘结界面的剥离损伤，以对加固结构及时采取修复措施，进一步确保加固结构的可靠性。
现有技术中采用激光检测的方法对frp材料与混凝土之间的粘结界面进行检测，并且激光检测所使用的设备成本较高，以至于采用该方法检测frp材料与混凝土之间的粘结界面剥离损伤的检测成本较高。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的frp-混凝土粘结界面的剥离损伤检测系统成为本领域的技术人员需要解决的问题。
技术实现要素：
本发明实施例的目的是提供一种frp-混凝土粘结界面的剥离损伤检测系统，在使用过程中降低了整个检测系统的成本，进而降低了检测成本。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种frp-混凝土粘结界面的剥离损伤检测系统，包括：
信号发生器，用于产生激励信号；
压电陶瓷驱动器，用于依据所述激励信号产生第一应力波；
压电陶瓷传感器，用于接收第二应力波，并将所述第二应力波转换处理后得到相应的应力波数据，并发送所述应力波数据；所述第二应力波为所述第一应力波通过待检测frp-混凝土粘结界面后得到的；
数据分析装置，用于采用波动分析法对所述应力波数据进行分析得到相应的数据信息，并依据所述数据信息及预先存储的、与处于健康状态下的所述待检测frp-混凝土粘结界面对应的标准信息判断所述待检测frp-混凝土粘结界面是否发生剥离损伤；
所述压电陶瓷驱动器与所述待检测frp-混凝土结构相结合；所述压电陶瓷传感器粘贴于所述待检测frp-混凝土粘结界面的表面；所述压电陶瓷驱动器与所述压电陶瓷传感器分别位于所述待检测frp-混凝土粘结界面的两侧。
可选的，所述激励信号包括正弦信号；所述应力波数据包括正弦应力波数据；所述标准信息包括标准幅值；
所述数据分析装置包括：
幅值分析模块，用于采用幅值分析法对所述正弦应力波数据进行分析得到与所述正弦应力波数据对应的幅值；
比较模块，用于将所述幅值与所述标准幅值进行比较，得到所述幅值与所述标准幅值的幅值差；
判断模块，用于判断所述幅值差是否在预设范围内，如果是，则所述待检测frp-混凝土粘结界面没有发生剥离损伤；否则，所述待检测frp-混凝土粘结界面发生剥离损伤。
可选的，所述激励信号还包括扫频信号；所述应力波数据还包括扫频应力波数据；所述标准信息还包括标准能量值；
所述数据分析装置还包括：
能量分析模块，用于采用小波包能量分析法对所述扫频应力波数据进行分析，得到与所述扫频应力波数据对应的能量值；
所述比较模块，还用于将所述能量值与所述标准能量值进行比较，得到所述能量值与所述标准能量值的比值；
所述判断模块，还用于判断所述比值是否满足预设条件，如果是，则所述待检测frp-混凝土粘结界面没有发生剥离损伤；否则，所述待检测frp-混凝土粘结界面发生剥离损伤。
可选的，所述压电陶瓷传感器包括：
转换模块，用于接收第二应力波，并将所述第二应力波转换为初始应力波数据；
滤波模块，用于对所述初始应力波数据进行滤波处理，得到相应的应力波数据；
发送模块，用于发送所述应力波数据。
可选的，所述滤波模块包括带通滤波器。
可选的，还包括告警装置；
所述判断模块，还用于当所述待检测frp-混凝土结构的粘结界面发生剥离损伤时生成并发送触发指令；
所述告警装置，用于接收所述触发指令，并进行告警。
可选的，所述告警装置包括蜂鸣器。
可选的，所述压电陶瓷驱动器与所述待检测frp-混凝土结构相结合具体为：
所述压电陶瓷驱动器粘贴于所述待检测frp-混凝土结构的表面。
可选的，所述压电陶瓷驱动器与所述待检测frp-混凝土结构相结合具体为：
所述压电陶瓷驱动器预埋入所述待检测frp-混凝土结构的内部。
本发明实施例提供了一种frp-混凝土粘结界面的剥离损伤检测系统，包括信号发生器，用于产生激励信号；压电陶瓷驱动器，用于依据激励信号产生第一应力波；压电陶瓷传感器，用于接收第二应力波，并将第二应力波转换处理后得到相应的应力波数据，并发送应力波数据；第二应力波为第一应力波通过待检测frp-混凝土粘结界面后得到的；数据分析装置，用于采用波动分析法对应力波数据进行分析得到相应的数据信息，并依据数据信息及预先存储的、与处于健康状态下的待检测frp-混凝土粘结界面对应的标准信息判断待检测frp-混凝土粘结界面是否发生剥离损伤；压电陶瓷驱动器与待检测frp-混凝土结构相结合；压电陶瓷传感器粘贴于待检测frp-混凝土粘结界面的表面；压电陶瓷驱动器与压电陶瓷传感器分别位于待检测frp-混凝土粘结界面的两侧。
可见，本发明实施例通过信号发生器发送激励信号，压电陶瓷驱动器根据逆压电效应将该激励信号转换为相应的第一应力波，第一应力波的相关特性依据其传输介质的不同而发生改变，故本发明中的压电陶瓷传感器获取第一应力波在通过待检测frp-混凝土结构的粘结界面后形成的第二应力波，并根据正压电效应对该第二应力波进行转换，得到相应的应力波数据，再通过数据分析装置对该应力波数据进行分析，将分析得到的数据信息与健康状态下的待检测frp-混凝土结构对应的标准信息进行比较即可判断出该待检测frp-混凝土结构的粘结界面是否发生剥离损伤。本发明实施例在使用过程中可以及时发现剥离损伤的发生，以便及时对相应的frp-混凝土结构采取相应的修复措施，并且降低了整个检测系统的成本，进而降低了检测成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种frp-混凝土粘结界面的剥离损伤检测系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种frp-混凝土粘结界面的剥离损伤检测系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种frp-混凝土粘结界面的剥离损伤检测系统，在使用过程中降低了整个检测系统的成本，进而降低了检测成本。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种frp-混凝土粘结界面的剥离损伤检测系统的结构示意图。
该系统包括：
信号发生器1，用于产生激励信号；
压电陶瓷驱动器2，用于依据激励信号产生第一应力波；
压电陶瓷传感器3，用于接收第二应力波，并将第二应力波转换处理后得到相应的应力波数据，并发送应力波数据；第二应力波为第一应力波通过待检测frp-混凝土粘结界面后得到的；
数据分析装置4，用于采用波动分析法对应力波数据进行分析得到相应的数据信息，并依据数据信息及预先存储的、与处于健康状态下的待检测frp-混凝土粘结界面对应的标准信息判断待检测frp-混凝土粘结界面是否发生剥离损伤；
压电陶瓷驱动器2与待检测frp-混凝土结构相结合；压电陶瓷传感器3粘贴于待检测frp-混凝土粘结界面的表面；压电陶瓷驱动器2与压电陶瓷传感器3分别位于待检测frp-混凝土粘结界面的两侧。
需要说明的是，本发明实施例中的信号发生器1可以采用(但不仅限于采用)afg3000型的任意波形/函数发生器，该信号发生器1发出激励信号，例如可以发出正弦信号、扫频信号等激励信号。压电陶瓷驱动器2利用逆压电效应将所接收到的激励信号转换为第一应力波，由于压电陶瓷驱动器2与压电陶瓷传感器3位于待检测frp-混凝土粘结界面的两侧，所以第一应力波在传播过程中将经过待检测frp-混凝土粘结界面，将经过待检测frp-混凝土粘结界面后的应力波称为第二应力波，如果该待检测frp-混凝土粘结界面发生剥离损伤，则将导致待检测frp-混凝土粘结界面内部的介质分布不均匀，第一应力波在经过损伤处时，会产生散射、反射等从而导致第一应力波的相关特性也会发生相应的变化，例如第一应力波的幅值、能量等会依据传输介质的不同而发生变化。压电陶瓷传感器3接收到第二应力波后，将根据正压电效应将该第二应力波转换为电信号并获取相应的应力波数据，并将该应力波数据发送至数据分析装置4。数据分析装置4中预先存储有处于健康状态下的该待检测frp-混凝土粘结界面的标准信息，并且该标准信息是在该待检测frp-混凝土粘结界面处于健康状态下时通过与本发明相同的检测方法检测得到的，数据分析装置4通过波动分析法对接收到的应力波数据进行分析计算后得到相应的数据信息，并将该数据信息与预先存储的与该待检测frp-混凝土粘结界面对应的标准信息进行比对，从而判断该待检测frp-混凝土粘结界面是否发生了剥离损伤。
其中，健康状态即没有发生剥离损伤的状态，在实际应用中可以将刚制作而成的frp-混凝土粘结界面作为健康状态下的frp-混凝土粘结界面，对此时的frp-混凝土粘结界面进行检测分析即可得到相应的标准信息，将该标准信息进行存储，以便后续作为对该frp-混凝土粘结界面进行剥离损伤检测时的判断标准。
另外，本发明实施例中的压电陶瓷驱动器2和压电陶瓷传感器3均可以采用压电陶瓷片制作而成，且压电陶瓷片的成本较低。数据分析装置4可以采用lms-scmp5振动测试分析及数据采集装置，该装置具有信号采集、信号发生及信号的后处理分析等功能，其具备32个独立的数据采集通道，每个通道根据不同的模块可采集多种信号如电压、电荷、加速度等，采样频率可任意调整最高可达102400hz，将该设备与电脑工作站连接，利用配套软件完成数据的采集、储存和分析。当然，也不仅限于采用该系统，也可以采用其他的数据分析装置4，能实现本发明实施例的目的即可。
此外，本发明实施例中的frp-混凝土结构的粘结界面具体可以为frp以布缠绕包裹在混凝土构件的表面，从而形成的粘结界面，也可以为frp板与混凝土构件黏贴形成的粘结界面。当然，也可以是通过其他形式形成的frp-混凝土粘结界面，frp具体采用哪种形式与混凝土结构相结合本发明实施例对此不做特殊的限定，能实现本发明实施例的目的即可。
本发明实施例提供了一种frp-混凝土粘结界面的剥离损伤检测系统，包括信号发生器，用于产生激励信号；压电陶瓷驱动器，用于依据激励信号产生第一应力波；压电陶瓷传感器，用于接收第二应力波，并将第二应力波转换处理后得到相应的应力波数据，并发送应力波数据；第二应力波为第一应力波通过待检测frp-混凝土粘结界面后得到的；数据分析装置，用于采用波动分析法对应力波数据进行分析得到相应的数据信息，并依据数据信息及预先存储的、与处于健康状态下的待检测frp-混凝土粘结界面对应的标准信息判断待检测frp-混凝土粘结界面是否发生剥离损伤；压电陶瓷驱动器与待检测frp-混凝土结构相结合；压电陶瓷传感器粘贴于待检测frp-混凝土粘结界面的表面；压电陶瓷驱动器与压电陶瓷传感器分别位于待检测frp-混凝土粘结界面的两侧。
可见，本发明实施例通过信号发生器发送激励信号，压电陶瓷驱动器根据逆压电效应将该激励信号转换为相应的第一应力波，第一应力波的相关特性依据其传输介质的不同而发生改变，故本发明中的压电陶瓷传感器获取第一应力波在通过待检测frp-混凝土结构的粘结界面后形成的第二应力波，并根据正压电效应对该第二应力波进行转换，得到相应的应力波数据，再通过数据分析装置对该应力波数据进行分析，将分析得到的数据信息与健康状态下的待检测frp-混凝土结构对应的标准信息进行比较即可判断出该待检测frp-混凝土结构的粘结界面是否发生剥离损伤。本发明实施例在使用过程中可以及时发现剥离损伤的发生，以便及时对相应的frp-混凝土结构采取相应的修复措施，并且降低了整个检测系统的成本，进而降低了检测成本。
请参照图2，图2为本发明实施例提供的另一种frp-混凝土粘结界面的剥离损伤检测系统的结构示意图。在上述实施例的基础上：
进一步的，激励信号包括正弦信号；应力波数据包括正弦应力波数据；标准信息包括标准幅值；
数据分析装置4包括：
幅值分析模块，用于采用幅值分析法对正弦应力波数据进行分析得到与正弦应力波数据对应的幅值；
比较模块，用于将幅值与标准幅值进行比较，得到幅值与标准幅值的幅值差；
判断模块，用于判断幅值差是否在预设范围内，如果是，则待检测frp-混凝土粘结界面没有发生剥离损伤；否则，待检测frp-混凝土粘结界面发生剥离损伤。
需要说明的是，本发明实施例中的激励信号可以优选为正弦信号(例如其频率可以为10khz)，则相应的压电陶瓷驱动器2对该正弦信号进行转换后得到的第一应力波，进一步压电陶瓷传感器3对相应的第二应力波进行转换后即可得到包括正弦应力波数据的应力波数据。当正弦应力波在经过损伤处后其幅值会发生变化，此时，数据分析装置4可以根据正弦应力波数据计算相应的幅值，并将该幅值与相应的标准幅值进行比较。具体可以将检测数据对应的幅值与标准幅值做差，当该差值在预设范围内时，则可以说明该待检测frp-混凝土粘结界面没有发生剥离损伤，当该差值不在预设范围内时，则可以说明该待检测frp-混凝土粘结界面发生剥离损伤。
具体的，在实际应用中还可以通过计算关系式
还需要说明的是，本发明实施例中的预设范围可以根据实际情况进行确定，本发明实施例对此不作特殊的限定。
更进一步的，激励信号还包括扫频信号；应力波数据还包括扫频应力波数据；标准信息还包括标准能量值；
数据分析装置4还包括：
能量分析模块，用于采用小波包能量分析法对扫频应力波数据进行分析，得到与扫频应力波数据对应的能量值；
比较模块，还用于将能量值与标准能量值进行比较，得到能量值与标准能量值的比值；
判断模块，还用于判断比值是否满足预设条件，如果是，则待检测frp-混凝土粘结界面没有发生剥离损伤；否则，待检测frp-混凝土粘结界面发生剥离损伤。
具体的，由于信号的能量与信号的幅值的二次方成正比，因此本发明实施例还可以在对应力波数据进行幅值分析的基础上对其进行能量分析。具体的，此时，激励信号中还可以包括扫频信号，该扫频信号的频率范围可以为1khz～20khz，此时所获取的应力波数据也包括扫频应力波数据，数据分析装置4对该扫频应力波数据按照小波包能量分析法(例如时频域分析法)计算该扫频应力波数据对应的小波包能量得到相应的能量值，并将该能量值与标准能量值进行比较，并且当该能量值与标准能量值的比值满足预设条件时，则该待检测frp-混凝土粘结界面没有发生剥离损伤；否则，该待检测frp-混凝土粘结界面发生剥离损伤。
进一步的，可以通过计算关系式
需要说明的是，用于结构损伤检测的扫频信号是一种调频信号，其特点是瞬时频率在设定的时间范围内连续变化。在正弦信号的基础上将某些参数进行修改即可得到调频信号，例如依据关系式y(t)＝ysin(ωt+θ)，对y幅值、f频率、θ相位进行修改，分别对应调幅信号(am)、调频信号(fm)、调相信号(pm)。
另外，对于如何采用小波包能量分析法计算相应扫频数据的小波包能量为本领域技术人员熟知的，本申请在此不再赘述。
具体的，压电陶瓷传感器3包括：
转换模块，用于接收第二应力波，并将第二应力波转换为初始应力波数据；
滤波模块，用于对初始应力波数据进行滤波处理，得到相应的应力波数据；
发送模块，用于发送应力波数据。
可以理解的是，为了使获得的应力波数据更加精确，还可以对压电陶瓷传感器3转换后的初始应力波数据进行滤波处理，从而使数据分析装置4对滤波后得到的应力波数据进行分析处理，得到检测结果，进一步使检测结果更加准确。
更具体的，滤波模块包括带通滤波器。
当然，本发明实施例中的滤波模块不仅限于包括带通滤波器，还可以包括其他的滤波器，例如高通滤波器等。具体包括哪种滤波器本发明实施例对此不作特殊的限定，能实现本发明实施例的目的即可。
作为可选的，还包括告警装置5；
判断模块，还用于当待检测frp-混凝土结构的粘结界面发生剥离损伤时生成并发送触发指令；
告警装置5，用于接收触发指令，并进行告警。
需要说明的是，本发明实施例所提供的检测系统还可以包括告警装置5，当检测出待检测frp-混凝土结构的粘结界面发生剥离损伤时，可以通过该告警装置5进行告警，以便工作人员及时发现损伤，并及时采取修复工作。
作为可选的，告警装置5包括蜂鸣器。
当然，本发明实施例中的告警装置5不仅限于包括蜂鸣器，还可以包括其他的装置，例如闪烁显示屏。具体包括哪种告警设备本发明实施例对此不作特殊的限定，能实现本发明实施例的目的即可。
可选的，压电陶瓷驱动器2与待检测的frp-混凝土结构相结合具体为：
压电陶瓷驱动器2粘贴于待检测的frp-混凝土结构的表面。
需要说明的是，压电陶瓷驱动器2可以采用粘贴的方式粘贴于待检测frp-混凝土结构的表面，以使两者相结合。当然，也可以采用其他的方式使两者相结合，本发明实施例对此不做特殊的限定，能实现本发明实施例的目的即可。
可选的，压电陶瓷驱动器2与待检测frp-混凝土结构相结合具体为：
压电陶瓷驱动器2预埋入待检测的frp-混凝土结构的内部。
具体的，除了可以通过将压电陶瓷驱动器2通过粘贴的方式与待检测frp-混凝土结构相结合之外，还可以采用将驱动器预埋入待检测frp-混凝土结构内部的方式使压电陶瓷驱动器2与待检测frp-混凝土结构相结合。当frp-混凝土结构的粘贴界面在结构的中间位置时，采用该方法可以实现对结构内部的测量，增大了测量范围。
另外，本发明实施例提供的本发明实施例中的frp-混凝土粘结界面的剥离损检测系统不仅价格低廉，还具有灵敏度较高、相应时间快以及易于操作的优点。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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