一种应用于隔震支座上的健康监测装置

本发明涉及一种无源压电无线传感装置，尤其涉及一种应用于隔震支座上的健康监测装置。

背景技术：

1、压电材料具有压电效应，分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指压电材料由于形变而产生电极化的现象，反之对压电材料施加电压，使之产生机械能的现象称为逆压电效应。因此，压电材料利用压电效应俘能的原理即是利用压电材料机电耦合的特性，直接将机械振动产生的机械能转化为电能。

2、隔震支座是指结构为达到隔震要求而设置的支承装置，是在上部结构与地基之间增加隔震层，安装隔震支座，起到与地面的软连接，通过这样的技术，可以把地震80％左右的能量抵消掉。隔震支座作为建筑安全的重要保障，当前隔震支座还开始大量布置于地铁站、火车站和机场航站楼中，除了用来作为竖向支撑结构，还用来显著的提高这些重要建筑的抗震性能。隔震支座需要进行健康检测，然而由于无线传感器的能源问题，当前很难实现隔震支座的实时监测。

技术实现思路

1、针对上述隔震支座实时监测困难问题，本发明提出一种设计合理，简易高效的应用于隔震支座上的健康监测装置，在对隔震支座进行振动监测的同时还可以将振动能转换为电能，无需外部供电就能实现监测信号的无线传输，实现了对隔震支座振动的无源无线监测。

2、本发明应用于隔震支座上的健康监测装置，包括振动能量收集组件、振动信号收集组件与信号调理与发射组件。

3、所述振动能量收集组件与振动信号收集组件各自均为交替层叠固定的环形压电单元与环形橡胶隔离垫片，且压电单元与环形橡胶隔离垫片同轴设置，形成筒状结构；同时振动能量收集组件与振动信号收集组件中各压电单元间接线并联。振动能量收集组件与振动信号收集组件两者间进一步同轴固定，形成整体筒状结构，套于隔振支座外围，两端与隔震支座上下连接板固定。

4、由此，在隔振支座发生纵向振动时，振动能量收集组件中压电单元间的接线可将交流电引出至整流器，由整流器将交流电转换为直流电，进一步通过转换电路将电压转换为信号调制与发射组件需要的工作电压，实现健康监测装置的自供电。振动信号收集组件中压电单元间的接线将电信号引出至信号调制与发射组件进行调制后发送到远程信号采集装置，最终实现对隔震支座振动的无源无线监测。

5、本发明的优点在于：

6、1、本发明应用于隔震支座上的健康监测装置，与现有技术相比，本申请解决了传统上用无线传感器对隔震支座进行健康监测的供能问题，实现了无源无线传感，从而实现了隔震支座的实时检测。

7、2、本发明应用于隔震支座上的健康监测装置中，能量收集单元可以吸收外部振动能，在把其转化成电能为信号收集单元供电的同时，减少了隔震支座所承受的外部振动能，可以降低隔震结构的振动，从而降低上部结构的振动。

8、3、本发明应用于隔震支座上的健康监测装置，安装于隔震支座外围，且没有外部接线，安装简单，维护方便。

技术特征：

1.一种应用于隔震支座上的健康监测装置，其特征在于：包括振动能量收集组件、振动信号收集组件与信号调理与发射组件；

2.如权利要求1所述一种应用于隔震支座上的健康监测装置，其特征在于：压电单元为从上至下设置的铜电极板a、压电陶瓷片组、铜电极板b构成的三层结构；其中，压电陶瓷片组为上下布置的三层全电极压电陶瓷片；铜电极板a与铜电极板b作为压电陶瓷片组的电极，内圈位置外伸焊接部，用于接线。

3.如权利要求1所述一种应用于隔震支座上的健康监测装置，其特征在于：振动能量收集组件底端与振动信号收集组件顶端压电单元间共用同一橡胶隔离垫片；同时振动能量收集组件与振动信号收集组件构成的整体筒状结构两端与隔震支座的上、下连接板间为一层橡胶隔离垫片。

4.如权利要求1所述一种应用于隔震支座上的健康监测装置，其特征在于：振动能量收集组件与振动信号收集组件构成的整体筒状结构内壁与橡胶隔震支座外壁间具有一定空间，用于设置接线、整流器、转换电路与信号调理与发射组件。

5.振动能量收集组件与振动信号收集组件构成的整体筒状结构外部套有橡胶保护壳，保护壳上下两端与隔震支座的上、下连接板固定；同时保护壳内壁与振动能量收集组件与振动信号收集组件构成的整体筒状结构外壁贴合。

6.如权利要求1所述一种应用于隔震支座上的健康监测装置，其特征在于：信号调理和发射组件包括信号放大器、振荡器、调制器和发射天线；其中，信号放大器用于以增加电信号强度；信号放大器的输出连接到振荡器的输入端；振荡器用于产生高频振荡信号，为调频提供基准信号；信号放大器的输出与振荡器的输出连接到调制器的输入端；由调制器将交流电信号和振荡器产生的基准信号进行混合，实现调频；调制器的输出连接到发射天线，由发射天线将调制后的信号转化为电磁波并将其辐射出去，以进行信号传输；信号以无线传输方式传输至远程信号采集装置。

技术总结
本发明公开一种应用于隔震支座上的健康监测装置，为由上下两部分构成的环形结构，安装在隔震支座外围；上下两部分分别为振动能量收集组件与振动信号收集组件，两者均由交替层叠设置的压电单元与橡胶隔离垫片构成。在隔震支座发生纵向振动时，压电单元将振动能转化交流电或电信号，由铜电极板的接线引出。振动能量收集组件中引出交流电经整流、转换后达到信号调理与发射组件所需工作电压，实现整体健康监测装置在振动监测过程中的自供电。同时，振动信号收集组件引出的电信号发送到信号调理与发射组件进行调理后无线发射到远程信号采集装置，实现了对隔震支座振动的无源无线监测。

技术研发人员：张涛涛,陈亚东,陈左
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16