一种空间桁架结构损伤检测装置的制作方法

本发明涉及土木工程学科的结构受损检测领域，具体涉及一种空间桁架结构损伤检测装置。

背景技术：

空间桁架结构广泛应用于工业及民用建筑，如屋架、输电塔架、桁架桥梁等。工程结构服役年限在几十年甚至上百年，环境侵蚀、材料老化、疲劳效应及突发灾难等将不可避免的导致结构的损伤积累和抗力衰减，必须对结构中的损伤状况作出及时准确的检测，以便于维修加固避免灾难性的后果发生。

传统的损伤检测装置，大多数是局部的实验方法，如超声波方法、温度场方法等。然而上述装置存在如下缺陷：首先，需要提前知道损伤的大概位置；其次，要求充分的空间满足检测设备使用。因此传统方法的预判性较低、工作量大、耗费高，不适用于大型土木工程结构的损伤检测。

有鉴于此，本发明人结合从事空间桁架结构损伤检测领域研究工作多年的经验及长期研究，本案由此产生。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种空间桁架结构损伤检测装置，成本低廉，易于操作实施，能检测出微小损伤，并能对空间桁架结构的健康工作状况作长期检测。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种空间桁架结构损伤检测装置，包括无线应变能传感器、无线数据采集仪和杆件损伤状况检测器；所述无线应变能传感器安装在待测空间桁架结构中的每根杆件的中部，用于接收该杆件全部弹性波信号并其转换成电信号，从而实现每根杆件在相同的静态条件下由电信号转化的应变能值的采集，并将采集到的数据通过无线数据采集仪发送到杆件损伤状况检测器；所述杆件损伤状况检测器用于接收无线数据采集仪所发送的各杆件的应变能值，并根据这些数据完成空间桁架结构损伤情况的评估。

优选地，所述杆件损伤状况检测器内设有求应变能变化率模块，用于根据所接收到的电信号转化的应变能值进行每根杆件应变能变化率的计算；

比较及检测输出模块，用于所得的根据应变能变化率与某一事先定义的阀值做比较并得出待测空间桁架结构中各杆件的损伤状况检测结论；

稳压电源模块，与上述两模块相连，并提供其所需电压。

优选地，所述求应变能变化率模块通过以下方法进行应变能变化率的计算：

设经过无线数据采集仪器第一次采集的应变能数据为第二次采集的应变能数据为则各杆件的应变能变化率δui可由下列公式求得：

其中，i＝1-n，其中n为空间桁架结构的杆件数目，上标“1”表示第一次测量，上标“2”表示第二次测量。

优选地，所述比较及检测输出模块用于将所得的应变能变化率值跟阀值做比较，小于阀值所对应的那些杆件即可检测为未损伤杆件，而大于阀值所对应的那些杆件即可检测为发生损伤的杆件，且应变能变化率越大则说明损伤程度越严重。

优选地，所述无线应变能传感器数量为多个。

本发明具有以下有益效果：

1)本发明不需要求事先知道损伤的大概位置，克服了现有技术预判性较差的缺陷；

2)本发明所需设备简单，易于操作实施；

3)本发明克服了现有技术工作量大、耗费高的缺陷，可方便适用于大型土木工程结构的损伤检测；

4)本发明能检测出微小损伤，并能对空间桁架结构的健康工作状况作长期检测。

附图说明

图1为本发明实施例的空间桁架结构损伤检测装置的结构示意图。

图2为一个待检测的空间桁架模型；

图中：s1-s10为空间桁架节点、t1-t25为空间桁架杆件。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种空间桁架结构损伤检测装置，包括无线应变能传感器1、无线数据采集仪2和杆件损伤状况检测器3，在空间桁架结构的每根杆件中部安装一个接受该杆件全部弹性波信号并其转换成电信号的无线应变能传感器1，用于采集每根杆件在相同的静态条件下由电信号转化的应变能值，并将采集到的数据通过无线数据采集仪发送到杆件损伤状况检测器；所述杆件损伤状况检测器用于接收无线数据采集仪所发送的各杆件的应变能值，并根据这些数据完成空间桁架结构损伤情况的评估。

在本实施例中，无线应变能传感器的数目等于待测空间桁架结构中杆件的数目，且每个无线应变能传感器均安装于每根杆件的中部。所述的无线数据采集仪器可以由市场购买得到，根据情况定期(如每月一次)采集应变能数据，每次采集数据时应使结构处于相同的静态条件下(即结构完全静止，没有发生振动的情况)。

所述杆件损伤状况检测器包括可求出每根杆件应变能变化率模块，可根据应变能变化率与某一事先定义的阀值做比较并得出待测空间桁架结构中各杆件的损伤状况检测结论的比较及检测输出模块，以及与上述两模块相连并提供其所需电压的稳压电源模块。在具体实施中，阀值根据测试仪器的精度和检测经验来确定。

上述功能的各个模块，可以基于现有成熟电路集成在一个电路板中，也可以以软件的形式内载于其他电子处理设备，比如平板电脑或其他便携电子处理器等，只要包含有可实现上述功能的模块即可。

在本实施例中，所述求应变能变化率模块，是指可将每次采集的应变能数据和上一次采集的应变能数据求差值，然后再将差值除以上一次的的应变能值即得应变能变化率，并将该应变能变化率值传输给比较及检测输出模块；所述比较及检测输出模块，是指可将所得的应变能变化率值跟阀值做比较，小于阀值所对应的那些杆件即可检测为未损伤杆件，而大于阀值所对应的那些杆件即可检测为发生损伤的杆件，且应变能变化率越大则说明损伤程度越严重。

在本实施例中，上述模块采用了如下方式：

设经过无线数据采集仪器第一次采集的应变能数据为(i＝1-n，其中n为空间桁架结构的杆件数目，上标“1”表示第一次测量)，第二次采集的应变能数据为则各杆件的应变能变化率可由下列公式求得：

将各杆件的应变能变化率δui(i＝1-n)和一个事先给定的阀值θ做比较，θ可以根据测试仪器的精度水平和检测经验确定(如一般情况可取θ＝0.05)，小于θ的那些δui所对应的杆件即检测为未损伤杆件，而大于θ的那些δui所对应的杆件即检测为损伤杆件，且δui值越大则表明所对应的杆件损伤程度越严重。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。