[发明专利]一种桥梁拉索断丝监测传感器

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁健康现场监测领域，特别是一种桥梁拉索断丝监测传感器。

背景技术

常规的桥梁拉索丝股的无损检测技术有电磁式、超声探伤、射线、导波和磁致伸缩等；这些技术都存在机构、原理和模型复杂、高空作业、故障率高和使用条件苛刻等问题，从理论上来看它们都无法实现在线检测。

常用的声发射传感器一般都基于压电陶瓷等材料，其体积大、感性和机电耦合系数偏低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于声发射信号的桥梁拉索断丝监测传感器，以实现对桥梁拉索的丝股状态进行在线监测，及时获知桥梁运营期间拉索的断丝状况。

解决上述问题的技术方案是：一种桥梁拉索断丝监测传感器，包括传感器主体、固定装置和信号线，所述传感器主体由耦合橡胶、PVDF压电膜、支撑软橡胶构成；PVDF压电膜由一层或多层PVDF压电薄膜层叠构成，多层PVDF压电薄膜间使用绝缘胶水粘贴，PVDF压电膜粘贴在耦合橡胶与支撑软橡胶之间，形成“三明治结构”；

所述的多层PVDF压电薄膜每一层都有两个输出电极, 同极性的电极通过信号线或常用的电路工艺连接，构成多层压电薄膜电气并联；信号线在正负两极分别引出，阻波材料覆盖裸露的传感器电极；

工作状态下，传感器主体分别紧贴在桥梁拉索的丝股的表面上，采用固定装置收紧固定；信号线顺着丝股间隙由锚固系统引出外部给仪表提供信号源。

其进一步技术方案是：所述支撑软橡胶采用吸波材料。

所述的固定装置是柔性固定装置，包括自锁式不锈钢扎带、高强度自粘缠绕包带或弹性环箍。

其更进一步技术方案是：所述传感器主体形状为平面、柔性弧面、圆环形面、折线夹角面或其他与被监测拉索外形形状相配合的形状。

由于采用上述技术方案，本发明之一种桥梁拉索断丝监测传感器具有以下有益效果：

1、本发明之一种桥梁拉索断丝监测传感器是一种声发射传感器，比普通基于压电陶瓷等材料制成的声发射传感器性能好，能实现对桥梁拉索的丝股状态进行在线监测，及时获知桥梁运营期间拉索的断丝状况：

本发明之一种桥梁拉索断丝监测传感器是一种声发射传感器，包括传感器主体、固定装置和信号线，所述传感器主体可按照监测目标定制为任何尺寸和多种形状；传感器主体由耦合橡胶、PVDF压电膜、支撑软橡胶。PVDF压电膜粘贴在耦合橡胶与支撑软橡胶之间，形成“三明治结构”；工作状态下，传感器主体紧贴在桥梁拉索的丝股的表面上，采用固定装置收紧固定；信号线顺着丝股间隙由锚固系统引出外部给仪表提供信号源；

本发明之一种桥梁拉索断丝监测传感器是一种声发射传感器，由于所述传感器主体的敏感元件PVDF压电膜有极高的机-电耦合系数，同样受力条件下输出电压比压电陶瓷高10倍；PVDF厚度薄且可任意裁剪成任何形状，方便安装； PVDF的时间稳定性好，性能随时间漂移低；因而比基于压电陶瓷等材料的声发射传感器性能好；在正常使用中，钢绞线中心钢丝与环绕钢丝紧密接触，若中心钢丝断丝，丝股断丝时发出的强烈弹性波波经索体传导给断丝监测传感器的传感器主体，引起PVDF压电膜产生微变形，输出极高的电压；产生的电压通过引出导线顺着丝股间隙由锚固系统引出外部给仪表提供信号源；仪表接受到高压信号，判断丝股产生了断丝情况；从而能及时报告桥梁运营期间拉索的断丝状况。

2、对不同监测需求有极高的适应性：

①本发明之一种桥梁拉索断丝监测传感器的传感器主体不需外部供电，满足丝股断丝长期监测的能源要求；

②能满足桥梁拉索索内狭小空间的安装需求；

构成本发明桥梁拉索断丝监测传感器之传感器主体的PVDF压电膜的厚度仅有9～110微米，耦合橡胶和支撑软橡胶根据需要可选择100～1000微米的任意尺寸，传感器主体总厚度一般小于2000微米，传感的长宽尺寸可任意裁剪，对不同监测需求有极高的适应性, 特别是桥梁拉索这种丝股之间间隙极小的空间也能适应；

③PVDF这种材料有更好的时间稳定性；同时， PVDF压电膜的尺寸优势及可任意裁剪的特性，使其可以内置于缆索的保护结构中，提高了传感器的成活率。

由于以上特点，本发明之一种桥梁拉索断丝监测传感器能适用于对各种桥梁拉索的丝股状态进行在线监测，适用范围广，具有较好的社会经济效益。

下面，结合附图和实施例对本发明之一种桥梁拉索断丝监测传感器的技术特征作进一步的说明。

附图说明