专利名称：一种机敏水泥基材料的感知信号的提取方法
技术领域：
本发明涉及一种机敏水泥基材料的感知信号的提取方法。
背景技术：
机敏水泥基材料在承受外力时，其自身的电阻会发生有规律的变化，从而可以监 测自身的应力、应变、裂纹或损伤情况。因而在结构健康监测、交通探测和军事警戒等方面 具有良好的应用前景。机敏水泥基材料主要通过掺加导电填料来获得，其导电由水泥基材 料基体和导电填料一起来承担，由于水泥基材料基体内部存在大量的离子，这些离子在电 场作用下会发生迁移，从而产生极化现象。极化会导致机敏水泥基材料感知信号不稳定， 通过交流测试的方法可以在一定程度上消除极化对感知信号的影响，但是交流测试比较复 杂，同时信号难以采集和处理。
发明内容
本发明是要解决目前机敏水泥基材料的感知信号的采集方法复杂且难以处理的 问题，而提供一种机敏水泥基材料的感知信号的提取方法。该方法的具体步骤为步骤一在机敏水泥基材料施加压力的受力部分施加直流电流，施加压力的方向 与电流的方向一致；步骤二 根据电流值的变化获得受力部分的原始感知信号；步骤三去除原始感知信号中线性增加的趋势量，即可提取到机敏水泥基材料的 感知信号。原始感知信号在极化作用的影响下会线性的增加，通过去掉原始感知信号的线性 增加项，可得到感知信号。本发明所述的感知信号为电压信号或电阻信号。本发明的方法通过对直流电阻信号进行后处理而提取在外力作用下的感知信号。 该方法具有简单易行的特点，可用于机敏水泥基材料、传感器及其智能结构中的感知信号处理。
图1为具体实施方式
五中线性增加的趋势量计算方法的示意图；图2为具体实施 方式九中机敏水泥基材料所受应力、获得的原始感知信号与提取的感知信号的对应关系示 意图；图3为具体实施方式
十中机敏水泥基材料所受应力、获得的原始感知信号与提取的 感知信号的对应关系示意图；图4为具体实施方式
十一中机敏水泥基材料所受应力、获得 的原始感知信号与提取的感知信号的对应关系示意图；图5为具体实施方式
十二中机敏水 泥基材料所受应力、获得的原始感知信号与提取的感知信号的对应关系示意图；图6为具 体实施方式十三中机敏水泥基材料所受应力、获得的原始感知信号与提取的感知信号的对 应关系示意图；图7为具体实施方式
十四中机敏水泥基材料所受应力、获得的原始感知信 号与提取的感知信号的对应关系示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式一种机敏水泥基材料的感知信号的提取方法的具体 步骤为 步骤一在机敏水泥基材料施加压力的受力部分施加直流电流，施加压力的方向 与电流的方向一致；步骤二 根据电流值的变化获得受力部分的原始感知信号；步骤三去除原始感知信号中线性增加的趋势量，即可提取到机敏水泥基材料的 感知信号。本实施方式步骤一所述的压力的施加速度为任意值，压力范围只要在机敏水泥基 材料的可以承受的强度范围均可。
具体实施方式
二本实施方式是对具体实施方式
一所述的一种机敏水泥基材料的 感知信号的提取方法中的步骤一作进一步说明，步骤一所述直流电流的电流范围是0. 1 1安。
具体实施方式
三本实施方式是对具体实施方式
一所述的一种机敏水泥基材料的 感知信号的提取方法作进一步说明，所述的感知信号是电压信号。
具体实施方式
四本实施方式是对具体实施方式
一所述的一种机敏水泥基材料的 感知信号的提取方法作进一步说明，所述的感知信号是电阻信号。
具体实施方式
五本实施方式是对具体实施方式
一所述的一种机敏水泥基材料的 感知信号的提取方法作进一步说明，如图1所示，步骤三中的线性增加的趋势量按照y = kx 计算，所述k= Ay/Δ χ，其中χ是以时间单位为轴原始感知信号在时间轴上的投影，y是原 始感知信号在X轴各个位置处的线性增加的趋势量，ΔΧ是原始感知信号起始点与原始感 知信号终点之间横坐标的差值，Ay是原始感知信号终点与原始感知信号起始点之间纵坐 标的差值。本实施方式所建立的坐标系中，坐标原点为原始感知信号的起始点，也可以取在 其他位置。如果坐标原点取在其他位置，其线性增加的趋势量按照相应的数学算法来计算。
具体实施方式
六本实施方式是对采用本发明所述的一种机敏水泥基材料的感知 信号的提取方法进行感知信号提取过程的举例说明步骤一在机敏水泥基材料施加压力的受力部分施加直流电流，施加压力的方式 为以任意速度加载到一定压力，再以任意速度卸载至压力为0，施加压力的方向与电流的方 向一致；步骤二 根据电流值的变化获得受力部分的原始电压信号；步骤三去除原始电压信号中线性增加的趋势量，即可提取到机敏水泥基材料的 电压信号。
具体实施方式
七本实施方式是对采用本发明所述的一种机敏水泥基材料的感知 信号的提取方法进行感知信号提取过程的举例说明步骤一在机敏水泥基材料施加压力的受力部分施加直流电流，施加压力的方式 为以任意速度加载到一定压力，再以任意速度卸载至压力为0，施加压力的方向与电流的方 向一致；
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步骤二 根据电流值的变化获得受力部分的原始电阻信号；步骤三去除原始电阻信号中线性增加的趋势量，即可提取到机敏水泥基材料的 电阻信号。
具体实施方式
八本实施方式是对采用本发明所述的一种机敏水泥基材料的感知 信号的提取方法进行感知信号提取过程的举例说明步骤一在机敏水泥基材料施加压力的受力部分施加直流电流，施加压力的方式 为以任意速度加载到一定压力，再以任意速度卸载至压力为0，并且反复进行重复加载，施 加压力的方向与电流的方向一致；步骤二 根据电流值的变化获得受力部分的原始电压信号；步骤三去除原始电压信号中线性增加的趋势量，即可提取到机敏水泥基材料的 电压信号。
具体实施方式
九本实施方式是对采用本发明所述的一种机敏水泥基材料的感知 信号的提取方法进行感知信号提取过程的举例说明步骤一在机敏水泥基材料施加压力的受力部分施加0. 6安培的直流电流，施加 压力的方式为以0. 10cm/min的速度加载到压力2. 5兆帕，然后以0. 10cm/min的速度卸载 至压力O兆帕，并且反复进行重复加载，施加压力的方向与电流的方向一致；步骤二 根据电流值的变化获得受力部分的原始电阻信号；步骤三去除原始电阻信号中线性增加的趋势量，即可提取到机敏水泥基材料的 电阻信号。本实施方式步骤一中的机敏水泥基材料为机敏碳纳米管水泥砂浆，是由碳纳米 管、水泥、砂和水制成，碳纳米管的重量为水泥重量的1%。如图2所示，通过本实施方式的方法提取的感知信号和压力具有良好的对应关 系，随压力增加，电阻可逆的减小，随压力减小，电阻可逆的增加。
具体实施方式
十本实施方式是对采用本发明所述的一种机敏水泥基材料的感知 信号的提取方法进行感知信号提取过程的举例说明步骤一在机敏水泥基材料施加压力的受力部分施加0. 8安培的直流电流，施加 压力的方式为以0. 10cm/min的速度加载到压力10兆帕，然后以0. 10cm/min的速度卸载至 压力O兆帕，并且反复进行重复加载，施加压力的方向与电流的方向一致；步骤二 根据电流值的变化获得受力部分的原始电阻信号；步骤三去除原始电阻信号中线性增加的趋势量，即可提取到机敏水泥基材料的 电阻信号。本实施方式步骤一中的机敏水泥基材料为机敏碳纳米管水泥砂浆，是由碳纳米 管、水泥、砂和水制成，碳纳米管的重量为水泥重量的1%。如图3所示，通过本实施方式的方法提取的感知信号和压力具有良好的对应关 系，随压力增加，电阻可逆的减小，随压力减小，电阻可逆的增加。
具体实施方式
十一本实施方式是对采用本发明所述的一种机敏水泥基材料的感 知信号的提取方法进行感知信号提取过程的举例说明步骤一在机敏水泥基材料施加压力的受力部分施加0. 5安培的直流电流，施加 压力的方式为以0. 10cm/min的速度加载到压力6兆帕，然后以0. 10cm/min的速度卸载至压力0兆帕，并且反复进行重复加载，施加压力的方向与电流的方向一致；步骤二 根据电流值的变化获得受力部分的原始电阻信号；步骤三去除原始电阻信号中线性增加的趋势量，即可提取到机敏水泥基材料的 电阻信号。本实施方式步骤一中的机敏水泥基材料为机敏碳纳米管水泥石，是由碳纳米管、 水泥和水制成，碳纳米管的重量为水泥重量的0. 1%。如图4所示，通过本实施方式的方法提取的感知信号和压力具有良好的对应关 系，随压力增加，电阻可逆的减小，随压力减小，电阻可逆的增加。
具体实施方式
十二 本实施方式是对采用本发明所述的一种机敏水泥基材料的感 知信号的提取方法进行感知信号提取过程的举例说明步骤一在机敏水泥基材料施加压力的受力部分施加0. 1安培的直流电流，施加 压力的方式为以随机速度加载到一压力水平，然后以与加载速度相同的速度卸载至压力0 兆帕，并且反复进行重复加载，施加压力的方向与电流的方向一致；步骤二 根据电流值的变化获得受力部分的原始电阻信号；步骤三去除原始电阻信号中线性增加的趋势量，即可提取到机敏水泥基材料的 电阻信号。本实施方式步骤一中的机敏水泥基材料为机敏碳纳米管水泥石，是由碳纳米管、 水泥和水制成，碳纳米管的重量为水泥重量的0. 1%。如图5所示，通过本实施方式的方法提取的感知信号和压力具有良好的对应关 系，电阻的降低与加载幅值成比例关系。
具体实施方式
十三本实施方式是对采用本发明所述的一种机敏水泥基材料的感 知信号的提取方法进行感知信号提取过程的举例说明步骤一在机敏水泥基材料施加压力的受力部分施加0. 6安培的直流电流，施加 压力的方式为以0. 10cm/min的速度加载到压力2. 5兆帕，然后以0. 10cm/min的速度卸载 至压力O兆帕，并且反复进行重复加载，施加压力的方向与电流的方向一致；步骤二 根据电流值的变化获得受力部分的原始电阻信号；步骤三去除原始电阻信号中线性增加的趋势量，即可提取到机敏水泥基材料的 电阻信号。本实施方式步骤一中的机敏水泥基材料为机敏镍粉水泥石，是由镍粉、水泥和水 制成，镍粉的重量为水泥重量的2倍。如图6所示，通过本实施方式的方法提取的感知信号和压力具有良好的对应关 系，随压力增加，电阻可逆的减小，随压力减小，电阻可逆的增加。
具体实施方式
十四本实施方式是对采用本发明所述的一种机敏水泥基材料的感 知信号的提取方法进行感知信号提取过程的举例说明步骤一在机敏水泥基材料施加压力的受力部分施加0. 8安培的直流电流，施加 压力的方式为以0. 10cm/min的速度加载到压应力6兆帕，然后以0. 10cm/min的速度卸载 至压应力O兆帕，并且反复进行重复加载，施加压力的方向与电流的方向一致；步骤二 根据电流值的变化获得受力部分的原始电阻信号；步骤三去除原始电阻信号中线性增加的趋势量，即可提取到机敏水泥基材料的电阻信号。本实施方式步骤一中的机敏水泥基材料为机敏镍粉水泥石，是由镍粉、水泥和水 制成，镍粉的重量为水泥重量的2倍。如图7所示，通过本实施方式的方法提取的感知信号和压力具有良好的对应关 系，随压力增加，电阻可逆的减小，随压力减小，电阻可逆的增加。
权利要求
1.一种机敏水泥基材料的感知信号的提取方法，其特征在于该方法的具体步骤为 步骤一在机敏水泥基材料施加压力的受力部分施加直流电流，施加压力的方向与电流的方向一致；步骤二 根据电流值的变化获得受力部分的原始感知信号；步骤三去除原始感知信号中线性增加的趋势量，即可提取到机敏水泥基材料的感知信号。
2.根据权利要求1所述的一种机敏水泥基材料的感知信号的提取方法，其特征在于， 步骤一所述直流电流的电流范围是0. 1 1安。
3.根据权利要求1所述的一种机敏水泥基材料的感知信号的提取方法，其特征在于， 所述的感知信号是电压信号。
4.根据权利要求1所述的一种机敏水泥基材料的感知信号的提取方法，其特征在于， 所述的感知信号是电阻信号。
5.根据权利要求1所述的一种机敏水泥基材料的感知信号的提取方法，其特征在于， 步骤三中的线性增加的趋势量按照y = kx计算，所述k = Δ y/ Δ χ，其中χ是以时间单位为 轴原始感知信号在时间轴上的投影，y是原始感知信号在X轴各个位置处的线性增加的趋 势量，Δχ是原始感知信号起始点与原始感知信号终点之间横坐标的差值，Ay是原始感知 信号终点与原始感知信号起始点之间纵坐标的差值。
全文摘要
一种机敏水泥基材料的感知信号的提取方法，涉及一种机敏水泥基材料的感知信号的提取方法。本发明是要解决目前机敏水泥基材料的感知信号的采集方法复杂且难以处理的问题。具体方法步骤一在机敏水泥基材料施加压力的受力部分施加直流电流，施加压力的方向与电流的方向一致；步骤二根据电流值的变化获得受力部分的原始感知信号；步骤三去除原始感知信号中线性增加的趋势量，即可提取到机敏水泥基材料的感知信号。本发明的方法简单易行，应用于信号处理领域。
文档编号G01L1/18GK102135457SQ20111004286
公开日2011年7月27日 申请日期2011年2月22日 优先权日2011年2月22日
发明者余逊, 欧进萍, 韩宝国 申请人:哈尔滨工业大学