一种应变场融合机敏网混凝土结构受力裂缝监测装置的制作方法

本实用新型属于混泥土监测技术领域，涉及一种应变场融合机敏网混凝土结构受力裂缝监测装置。

背景技术：

混凝土结构裂缝是影响混凝土结构安全的重要危害因素，严重的受力裂缝及其发展可能危害结构的整体性和稳定性，对结构的安全运行产生很大影响，稳定的在混凝土结构早期裂缝对结构的影响程度则要小得多，而由表面温度变化或干燥收缩引起的浅裂缝则无大的影响。

现有的监测装置仅能对裂缝的产生、宽度、深度等进行监测，但是无法在裂缝发生初期就对裂缝的类型(受力裂缝、非受力裂缝)进行有效检验，从而影响日后对混凝土病害部位的有效管养。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种应变场融合机敏网混凝土结构受力裂缝监测装置，本实用新型的监测装置可以在裂缝发生初期就对结构裂缝类型进行跟踪监测，从而为日后管养提供重要参考。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种应变场融合机敏网混凝土结构受力裂缝监测装置，该监测装置包含机敏网、应变丝网、发热元件阵列和控制器；

所述机敏网采用机敏线呈网状布置而成，所述应变丝网采用应变丝呈网格布置而成，且机敏线与应变丝之间有交叉但不重叠；

所述发热元件阵列由多个的发热元件呈阵列布置而成，所述控制器通过信号总线连接至机敏网、应变丝网以及发热元件阵列。

进一步，所述机敏线采用直径为0.05mm的漆包铜线，且机敏线之间的间距为10cm，倾斜角度为45°或者135°。

进一步，所述应变丝采用康铜丝或铜铬合金制成，应变丝间的间距为30cm，且在应变丝布置平面按照90°或者0°将应变丝布置成横纵结构的应变丝网，同时应变丝按照布置顺序焊接在转接板上。

进一步，所述发热元件采用PTC恒温发热元件构成，所述发热元件布置在每个应变丝网的网格中间位置，且每个发热元件使用单独的供电导线，且所述供电导线沿网格布置方向取最小路径汇总到信号总线。

进一步，所述控制器包含微控制器，多个的多路选择器和多个的多路模拟开关，其中，多个的多路选择器和多个的多路模拟开关的输出端均连接至所述微控制器，多个的多路选择器的信号输入端连接至机敏线进行信号采集，一部分的多路模拟开关的信号输入端连接至PTC恒温发热元件，其余的多路模拟开关的信号输入端连接至应变丝进行信号采集。

进一步，所述微控制器为STM32F103系列微控制器，所述多路选择器均为74LS151型多路选择器，所述多路模拟开关均为HC4067型多路模拟开关。

进一步，所述机敏网、发热元件和应变丝网均布置在具有粘性的不干胶基材上。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型在机敏网结构的基础上采用应变丝配合加热元件阵列，能够实现对混泥土结构裂缝进行跟踪监测，并采集多元化的数据，为判定混泥土裂缝类型提供依据，同时也为日后管养提供重要参考。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：

图1为本实用新型机敏网结构示意图；

图2为本实用新型应变丝网结构示意图；

图3为本实用新型发热元件阵列示意图；

图4为本实用新型融合后的一体结构示意图；

图5为本实用新型机敏网布置示意图；

图6为本实用新型控制器的电路结构图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。

本实用新型为一种应变场融合机敏网混凝土结构受力裂缝监测装置，该监测装置包含机敏网、应变丝网、发热元件阵列和控制器。

如图1所示，机敏网采用机敏线呈网状布置而成，如图2所示，应变丝网采用应变丝呈网格布置而成，且机敏线与应变丝之间有交叉但不重叠，如图3所示，发热元件阵列由多个的发热元件呈阵列布置而成。

其中，如图4所示，机敏网布置在具有粘性的不干胶基材上，应变丝网和发热元件阵列也用同样方法布置在不干胶基材上，从而将三种材料融合成一体结构，便于后期的安装施工。

本实施例中，如图5所示，机敏网由0.05mm的漆包铜线组成，每根漆包线按照一定规则进行绕制，最后变成网状结构。机敏线间隔10cm，倾斜角度为45°或135°。

应变丝由康铜丝(铜铬合金丝等)组成，在布置平面按照90°或者0°构成纵横网格，应变丝间距30cm。应变丝按照顺序焊接在转接板上，以便后期采集到的应变数据与应变丝布置位置相对应。

单个的发热元件由PTC恒温发热元件构成，PTC发热器使用AC 12V，产生120℃表面温度，PTC元件布置在应变丝构成的每个网格中间。供电导线使用较粗的漆包线沿应变丝网格布置方向取最小路径汇总到总线位置。

控制器的电路结构图如图6所示，整个电路以STM32F103系列32位微控制器作为处理核心，在进行机敏网信号采集的同时，也能对应变数据进行采集，同时控制PTC元件加热裂缝产生区域混凝土。

机敏线检测：利用74LS151多路选择器，对机敏网的每根线进行分时单路选通，在选通链路上加载检测信号，从而判断每一根机敏线的通断状态；该芯片为8选1芯片，单块芯片可以进行8根机敏线的选通，可以根据机敏线数量的多少增减74LS151芯片完成级联，从而适应不同数量机敏线的检测。

发热元件检测：使用多路模拟开关元件HC4067，完成对PTC发热元件的供电控制，该芯片是16选1模拟开关，单芯片可以进行16个PTC元件的分时供电控制，可以根据PTC元件的数量进行级联扩展，从而适应不同数量机敏线的检测。

应变丝检测：利用HC4067依次选通每根应变丝，选通后的应变丝接入电桥电路，根据惠斯通电桥原理，可以测得应变丝的电阻变化情况，将惠斯通电器的输出端接入由LM358构成的差分放大电路，然后由STM32芯片内部AD进行采样，就可以获得应变丝的电阻变化情况。

综上，本实用新型，应变丝按照预定规则布置成网状结构，并在该网状结构中分插一定数量的发热元件，应变丝随着机敏网一起定时采样，从而记录结构表面的裂缝发生情况以及表面应力分布情况。当机敏网检测到裂缝出现后，控制在裂缝出现区域的发热元件工作一段时间，对该区域混凝土进行加热，一定时间后停止加热，混凝土会因为热效应产生应力，停止加热后，监测应变丝的变化情况，记录混凝土表面应变，当温度下降过程会释放应力，采集上述数据，从而为判定混泥土裂缝类型提供依据，同时也为日后管养提供重要参考。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。