基于压电陶瓷自供电的伸缩缝振动监测系统及监测方法

文档序号:9725937阅读:526来源:国知局
基于压电陶瓷自供电的伸缩缝振动监测系统及监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及桥梁健康监测工程技术领域,具体涉及一种基于压电陶瓷自供电的伸缩缝振动监测系统及监测方法。
【背景技术】
[0002]桥梁在气温等环境参数发生变化时,有膨胀和收缩的纵向变形、竖向和横向的弯曲变形;在车辆载荷下,有纵向位移和竖向弯曲变形。为了满足桥梁变形要求,通常在梁端或者其与台背间设置伸缩缝装置,以容许纵向、竖向弯曲等自由变形。桥梁伸缩缝长期在车辆载荷作用下,容易发生损坏,因此,有效监测伸缩缝振动、变形等参数,为伸缩缝的维护,保证桥梁及行车安全提供决策依据显得尤为重要。对伸缩缝振动进行监测通常采用振动传感器,但是振动传感器需要供电,因此,存在伸缩缝振动长期监测供电问题。

【发明内容】

[0003]为了解决上述技术问题,本发明提出一种基于压电陶瓷自供电的伸缩缝振动监测系统及监测方法,能够有效解决伸缩缝振动长期监测供电问题,且具有结构简单、安装方便、绿色环保、经济实用等优点。
[0004]本发明的技术方案是这样实现的:
[0005]—种基于压电陶瓷自供电的伸缩缝振动监测系统,设于桥梁的箱体与桥墩之间,它包括弹性金属条、安装底座、振动传感器、压头、蓄电池和至少一压电陶瓷薄膜,所述压头包括横向设置的箱体连接部和竖向设置的指压部,所述指压部的末端形成尖端部,所述安装底座安装于所述桥墩上;所述箱体连接部固接于所述箱体上;所述弹性金属条的一端与所述安装底座固定连接,所述弹性金属条中部及另一端悬空,且所述弹性金属条的另一端上表面与所述尖端部紧密接触;所述压电陶瓷薄膜粘贴于所述弹性金属条上表面或/和下表面,且所述压电陶瓷薄膜的输出端通过电线与所述蓄电池的充电端口相连接,所述蓄电池供电端口通过电线与所述振动传感器相连接;所述振动传感器安装于所述箱体上。
[0006]进一步的,所述安装底座呈工字形,包括横向的金属条连接部、竖向的支撑部和横向的桥墩连接部;所述弹性金属条通过螺栓与所述金属条连接部固定连接,所述桥墩连接部通过螺栓与所述桥墩固定连接。
[0007]进一步的,设有两个所述压电陶瓷薄膜,两个所述压电陶瓷薄膜分设于所述弹性金属条的上下表面上。
[0008]进一步的,两个所述压电陶瓷薄膜通过导线并联起来,并与所述蓄电池相连接。
[0009]进一步的,两个所述压电陶瓷薄膜用AB胶粘贴于所述弹性金属条上下表面上,所述压电陶瓷薄膜表面均匀涂覆有一层用于防水的硅胶。
[0010]进一步的,所述弹性金属条为薄钢条。
[0011]—种基于压电陶瓷自供电的伸缩缝振动监测方法,设有一振动传感器,所述振动传感器安装于桥梁的箱体上,对桥梁的箱体振动进行监测;桥梁的箱体上下振动可带动一与其相连的压头上下振动,该压头上下振动驱动一弹性金属条产生周期性弯曲变形,该弹性金属条进而迫使至少一压电陶瓷薄膜变形产生电能;该压电陶瓷薄膜产生电能通过电缆传输给一蓄电池存储并向所述振动传感器供电。
[0012]进一步的,所述压头包括横向设置的箱体连接部和竖向设置的指压部,所述指压部的末端形成尖端部,所述箱体连接部固接于所述箱体上;所述弹性金属条的一端与一安装底座固定连接,所述弹性金属条中部及另一端悬空,且所述弹性金属条的另一端上表面与所述尖端部紧密接触;所述安装底座安装于所述桥墩上;所述压电陶瓷薄膜粘贴于所述弹性金属条上表面或/和下表面,且所述压电陶瓷薄膜的输出端通过电线与所述蓄电池的充电端口相连接,所述蓄电池供电端口通过电线与所述振动传感器相连接。
[0013]本发明的有益效果是:本发明提供一种基于压电陶瓷自供电的伸缩缝振动监测系统,通过设计弹性金属条,在弹性金属条上粘贴压电陶瓷薄膜,并通过一个压头将桥梁箱体的振动传导至弹性金属条,能够利用压电陶瓷薄膜的正压电效应,将桥梁伸缩缝结构的振动转化为电能并向振动传感器进行供电,从而解决桥梁伸缩振动等参量在线监测的能量供应问题。其工作原理如下:当桥梁箱体上下振动时带动与其相连的压头上下振动,与压头紧密相触的弹性金属条产生周期性弯曲变形,最终使压电陶瓷薄膜变形产生电能,该电能最终可由蓄电池存储并向振动传感器供电。因此,本发明能够有效解决伸缩缝振动长期监测供电问题,且具有结构简单、安装方便、绿色环保、经济实用等优点。
【附图说明】
[0014]图1是本发明结构示意图;
[0015]图2是本发明中弹性金属条和压电薄膜配合结构示意图;
[0016]图3是本发明中安装底座结构示意图;
[0017]图4是本发明中压头结构示意图;
[0018]图中:1-弹性金属条;2-安装底座,21-金属条连接部,22-支撑部,23-桥墩连接部;3-振动传感器;4-压头,41-箱体连接部,42-指压部,43-尖端部,5-蓄电池,6-压电陶瓷薄膜,7-螺栓。
【具体实施方式】
[0019]为使本发明能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0020]如图1、图2、图3和图4所示,一种基于压电陶瓷自供电的伸缩缝振动监测系统,设于桥梁的箱体与桥墩之间,它包括弹性金属条1、安装底座2、振动传感器3、压头4、蓄电池5和至少一压电陶瓷薄膜6,所述压头包括横向设置的箱体连接部41和竖向设置的指压部42,所述指压部的末端形成尖端部43,所述安装底座安装于所述桥墩上;所述箱体连接部固接于所述箱体上;所述弹性金属条的一端与所述安装底座固定连接,所述弹性金属条中部及另一端悬空,且所述弹性金属条的另一端上表面与所述尖端部紧密接触;所述压电陶瓷薄膜粘贴于所述弹性金属条上表面或/和下表面,且所述压电陶瓷薄膜的输出端通过电线与所述蓄电池的充电端口相连接,所述蓄电池供电端口通过电线与所述振动传感器相连接;所述振动传感器安装于所述箱体上。这样,通过设计弹性金属条,在弹性金属条上粘贴压电陶瓷薄膜,并通过一个压头将桥梁箱体的振动传导至弹性金属条,能够利用压电陶瓷薄膜的正压电效应,将桥梁伸缩缝结构的振动转化为电能并向振动传感器进行供电,从而解决桥梁伸缩振动等参量在线监测的能量供应问题。
[0021]优选的,所述安装底座呈工字形,包括横向的金属条连接部21、竖向的支撑部22和横向的桥墩连接部23;所述弹性金属
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