一種FRP‑混凝土粘結界面的剝離損傷檢測系統的製作方法
2023-12-10 14:04:32 3
本發明實施例涉及無損檢測領域，特別是涉及一種frp-混凝土粘結界面的剝離損傷檢測系統。
背景技術：
纖維增強型複合材料(fiberreinforcedpolymer/plastic，簡稱frp)是由纖維材料與基體材料(樹脂)按一定的比例混合後形成的高性能型材料。由於纖維增強型複合材料具有很好地比強度、比剛度、質輕而硬、不導電、回收利用少以及耐腐蝕的優點，所以基於該材料的黏貼加固技術在國內外備受關注。採用基於frp材料的黏貼加固技術加固構件(或結構)時常用的方式是通過環氧樹脂將frp材料與構件(或結構)的表面黏貼在一起，因此外貼的frp材料是否能夠有效的提高加固後的構件(或結構)的承載力，主要取決於frp材料與構件(或結構)界面是否能夠有效的傳遞應力。
目前，在採用frp材料加固混凝土結構時，被加固的結構最終破壞的主要原因是frp材料與混凝土之間的界面剝離，界面剝離屬於脆性破壞，這種破壞發生突然，並且沒有明顯的預兆，破壞時frp材料的應變還處於較低的水平，frp材料的高抗拉強度並沒有得到充分的發揮，使加固結構的可靠性大大降低。因此，需要對frp材料與混凝土之間的粘結界面進行檢測，以便及時發現frp材料與混凝土粘結界面的剝離損傷，以對加固結構及時採取修復措施，進一步確保加固結構的可靠性。
現有技術中採用雷射檢測的方法對frp材料與混凝土之間的粘結界面進行檢測，並且雷射檢測所使用的設備成本較高，以至於採用該方法檢測frp材料與混凝土之間的粘結界面剝離損傷的檢測成本較高。
因此，如何提供一種解決上述技術問題的frp-混凝土粘結界面的剝離損傷檢測系統成為本領域的技術人員需要解決的問題。
技術實現要素：
本發明實施例的目的是提供一種frp-混凝土粘結界面的剝離損傷檢測系統，在使用過程中降低了整個檢測系統的成本，進而降低了檢測成本。
為解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種frp-混凝土粘結界面的剝離損傷檢測系統，包括：
信號發生器，用於產生激勵信號；
壓電陶瓷驅動器，用於依據所述激勵信號產生第一應力波；
壓電陶瓷傳感器，用於接收第二應力波，並將所述第二應力波轉換處理後得到相應的應力波數據，並發送所述應力波數據；所述第二應力波為所述第一應力波通過待檢測frp-混凝土粘結界面後得到的；
數據分析裝置，用於採用波動分析法對所述應力波數據進行分析得到相應的數據信息，並依據所述數據信息及預先存儲的、與處於健康狀態下的所述待檢測frp-混凝土粘結界面對應的標準信息判斷所述待檢測frp-混凝土粘結界面是否發生剝離損傷；
所述壓電陶瓷驅動器與所述待檢測frp-混凝土結構相結合；所述壓電陶瓷傳感器粘貼於所述待檢測frp-混凝土粘結界面的表面；所述壓電陶瓷驅動器與所述壓電陶瓷傳感器分別位於所述待檢測frp-混凝土粘結界面的兩側。
可選的，所述激勵信號包括正弦信號；所述應力波數據包括正弦應力波數據；所述標準信息包括標準幅值；
所述數據分析裝置包括：
幅值分析模塊，用於採用幅值分析法對所述正弦應力波數據進行分析得到與所述正弦應力波數據對應的幅值；
比較模塊，用於將所述幅值與所述標準幅值進行比較，得到所述幅值與所述標準幅值的幅值差；
判斷模塊，用於判斷所述幅值差是否在預設範圍內，如果是，則所述待檢測frp-混凝土粘結界面沒有發生剝離損傷；否則，所述待檢測frp-混凝土粘結界面發生剝離損傷。
可選的，所述激勵信號還包括掃頻信號；所述應力波數據還包括掃頻應力波數據；所述標準信息還包括標準能量值；
所述數據分析裝置還包括：
能量分析模塊，用於採用小波包能量分析法對所述掃頻應力波數據進行分析，得到與所述掃頻應力波數據對應的能量值；
所述比較模塊，還用於將所述能量值與所述標準能量值進行比較，得到所述能量值與所述標準能量值的比值；
所述判斷模塊，還用於判斷所述比值是否滿足預設條件，如果是，則所述待檢測frp-混凝土粘結界面沒有發生剝離損傷；否則，所述待檢測frp-混凝土粘結界面發生剝離損傷。
可選的，所述壓電陶瓷傳感器包括：
轉換模塊，用於接收第二應力波，並將所述第二應力波轉換為初始應力波數據；
濾波模塊，用於對所述初始應力波數據進行濾波處理，得到相應的應力波數據；
發送模塊，用於發送所述應力波數據。
可選的，所述濾波模塊包括帶通濾波器。
可選的，還包括告警裝置；
所述判斷模塊，還用於當所述待檢測frp-混凝土結構的粘結界面發生剝離損傷時生成並發送觸發指令；
所述告警裝置，用於接收所述觸發指令，並進行告警。
可選的，所述告警裝置包括蜂鳴器。
可選的，所述壓電陶瓷驅動器與所述待檢測frp-混凝土結構相結合具體為：
所述壓電陶瓷驅動器粘貼於所述待檢測frp-混凝土結構的表面。
可選的，所述壓電陶瓷驅動器與所述待檢測frp-混凝土結構相結合具體為：
所述壓電陶瓷驅動器預埋入所述待檢測frp-混凝土結構的內部。
本發明實施例提供了一種frp-混凝土粘結界面的剝離損傷檢測系統，包括信號發生器，用於產生激勵信號；壓電陶瓷驅動器，用於依據激勵信號產生第一應力波；壓電陶瓷傳感器，用於接收第二應力波，並將第二應力波轉換處理後得到相應的應力波數據，並發送應力波數據；第二應力波為第一應力波通過待檢測frp-混凝土粘結界面後得到的；數據分析裝置，用於採用波動分析法對應力波數據進行分析得到相應的數據信息，並依據數據信息及預先存儲的、與處於健康狀態下的待檢測frp-混凝土粘結界面對應的標準信息判斷待檢測frp-混凝土粘結界面是否發生剝離損傷；壓電陶瓷驅動器與待檢測frp-混凝土結構相結合；壓電陶瓷傳感器粘貼於待檢測frp-混凝土粘結界面的表面；壓電陶瓷驅動器與壓電陶瓷傳感器分別位於待檢測frp-混凝土粘結界面的兩側。
可見，本發明實施例通過信號發生器發送激勵信號，壓電陶瓷驅動器根據逆壓電效應將該激勵信號轉換為相應的第一應力波，第一應力波的相關特性依據其傳輸介質的不同而發生改變，故本發明中的壓電陶瓷傳感器獲取第一應力波在通過待檢測frp-混凝土結構的粘結界面後形成的第二應力波，並根據正壓電效應對該第二應力波進行轉換，得到相應的應力波數據，再通過數據分析裝置對該應力波數據進行分析，將分析得到的數據信息與健康狀態下的待檢測frp-混凝土結構對應的標準信息進行比較即可判斷出該待檢測frp-混凝土結構的粘結界面是否發生剝離損傷。本發明實施例在使用過程中可以及時發現剝離損傷的發生，以便及時對相應的frp-混凝土結構採取相應的修復措施，並且降低了整個檢測系統的成本，進而降低了檢測成本。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對現有技術和實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例提供的一種frp-混凝土粘結界面的剝離損傷檢測系統的結構示意圖；
圖2為本發明實施例提供的另一種frp-混凝土粘結界面的剝離損傷檢測系統的結構示意圖。
具體實施方式
本發明實施例提供了一種frp-混凝土粘結界面的剝離損傷檢測系統，在使用過程中降低了整個檢測系統的成本，進而降低了檢測成本。
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參照圖1，圖1為本發明實施例提供的一種frp-混凝土粘結界面的剝離損傷檢測系統的結構示意圖。
該系統包括：
信號發生器1，用於產生激勵信號；
壓電陶瓷驅動器2，用於依據激勵信號產生第一應力波；
壓電陶瓷傳感器3，用於接收第二應力波，並將第二應力波轉換處理後得到相應的應力波數據，並發送應力波數據；第二應力波為第一應力波通過待檢測frp-混凝土粘結界面後得到的；
數據分析裝置4，用於採用波動分析法對應力波數據進行分析得到相應的數據信息，並依據數據信息及預先存儲的、與處於健康狀態下的待檢測frp-混凝土粘結界面對應的標準信息判斷待檢測frp-混凝土粘結界面是否發生剝離損傷；
壓電陶瓷驅動器2與待檢測frp-混凝土結構相結合；壓電陶瓷傳感器3粘貼於待檢測frp-混凝土粘結界面的表面；壓電陶瓷驅動器2與壓電陶瓷傳感器3分別位於待檢測frp-混凝土粘結界面的兩側。
需要說明的是，本發明實施例中的信號發生器1可以採用(但不僅限於採用)afg3000型的任意波形/函數發生器，該信號發生器1發出激勵信號，例如可以發出正弦信號、掃頻信號等激勵信號。壓電陶瓷驅動器2利用逆壓電效應將所接收到的激勵信號轉換為第一應力波，由於壓電陶瓷驅動器2與壓電陶瓷傳感器3位於待檢測frp-混凝土粘結界面的兩側，所以第一應力波在傳播過程中將經過待檢測frp-混凝土粘結界面，將經過待檢測frp-混凝土粘結界面後的應力波稱為第二應力波，如果該待檢測frp-混凝土粘結界面發生剝離損傷，則將導致待檢測frp-混凝土粘結界面內部的介質分布不均勻，第一應力波在經過損傷處時，會產生散射、反射等從而導致第一應力波的相關特性也會發生相應的變化，例如第一應力波的幅值、能量等會依據傳輸介質的不同而發生變化。壓電陶瓷傳感器3接收到第二應力波後，將根據正壓電效應將該第二應力波轉換為電信號並獲取相應的應力波數據，並將該應力波數據發送至數據分析裝置4。數據分析裝置4中預先存儲有處於健康狀態下的該待檢測frp-混凝土粘結界面的標準信息，並且該標準信息是在該待檢測frp-混凝土粘結界面處於健康狀態下時通過與本發明相同的檢測方法檢測得到的，數據分析裝置4通過波動分析法對接收到的應力波數據進行分析計算後得到相應的數據信息，並將該數據信息與預先存儲的與該待檢測frp-混凝土粘結界面對應的標準信息進行比對，從而判斷該待檢測frp-混凝土粘結界面是否發生了剝離損傷。
其中，健康狀態即沒有發生剝離損傷的狀態，在實際應用中可以將剛製作而成的frp-混凝土粘結界面作為健康狀態下的frp-混凝土粘結界面，對此時的frp-混凝土粘結界面進行檢測分析即可得到相應的標準信息，將該標準信息進行存儲，以便後續作為對該frp-混凝土粘結界面進行剝離損傷檢測時的判斷標準。
另外，本發明實施例中的壓電陶瓷驅動器2和壓電陶瓷傳感器3均可以採用壓電陶瓷片製作而成，且壓電陶瓷片的成本較低。數據分析裝置4可以採用lms-scmp5振動測試分析及數據採集裝置，該裝置具有信號採集、信號發生及信號的後處理分析等功能，其具備32個獨立的數據採集通道，每個通道根據不同的模塊可採集多種信號如電壓、電荷、加速度等，採樣頻率可任意調整最高可達102400hz，將該設備與電腦工作站連接，利用配套軟體完成數據的採集、儲存和分析。當然，也不僅限於採用該系統，也可以採用其他的數據分析裝置4，能實現本發明實施例的目的即可。
此外，本發明實施例中的frp-混凝土結構的粘結界面具體可以為frp以布纏繞包裹在混凝土構件的表面，從而形成的粘結界面，也可以為frp板與混凝土構件黏貼形成的粘結界面。當然，也可以是通過其他形式形成的frp-混凝土粘結界面，frp具體採用哪種形式與混凝土結構相結合本發明實施例對此不做特殊的限定，能實現本發明實施例的目的即可。
本發明實施例提供了一種frp-混凝土粘結界面的剝離損傷檢測系統，包括信號發生器，用於產生激勵信號；壓電陶瓷驅動器，用於依據激勵信號產生第一應力波；壓電陶瓷傳感器，用於接收第二應力波，並將第二應力波轉換處理後得到相應的應力波數據，並發送應力波數據；第二應力波為第一應力波通過待檢測frp-混凝土粘結界面後得到的；數據分析裝置，用於採用波動分析法對應力波數據進行分析得到相應的數據信息，並依據數據信息及預先存儲的、與處於健康狀態下的待檢測frp-混凝土粘結界面對應的標準信息判斷待檢測frp-混凝土粘結界面是否發生剝離損傷；壓電陶瓷驅動器與待檢測frp-混凝土結構相結合；壓電陶瓷傳感器粘貼於待檢測frp-混凝土粘結界面的表面；壓電陶瓷驅動器與壓電陶瓷傳感器分別位於待檢測frp-混凝土粘結界面的兩側。
可見，本發明實施例通過信號發生器發送激勵信號，壓電陶瓷驅動器根據逆壓電效應將該激勵信號轉換為相應的第一應力波，第一應力波的相關特性依據其傳輸介質的不同而發生改變，故本發明中的壓電陶瓷傳感器獲取第一應力波在通過待檢測frp-混凝土結構的粘結界面後形成的第二應力波，並根據正壓電效應對該第二應力波進行轉換，得到相應的應力波數據，再通過數據分析裝置對該應力波數據進行分析，將分析得到的數據信息與健康狀態下的待檢測frp-混凝土結構對應的標準信息進行比較即可判斷出該待檢測frp-混凝土結構的粘結界面是否發生剝離損傷。本發明實施例在使用過程中可以及時發現剝離損傷的發生，以便及時對相應的frp-混凝土結構採取相應的修復措施，並且降低了整個檢測系統的成本，進而降低了檢測成本。
請參照圖2，圖2為本發明實施例提供的另一種frp-混凝土粘結界面的剝離損傷檢測系統的結構示意圖。在上述實施例的基礎上：
進一步的，激勵信號包括正弦信號；應力波數據包括正弦應力波數據；標準信息包括標準幅值；
數據分析裝置4包括：
幅值分析模塊，用於採用幅值分析法對正弦應力波數據進行分析得到與正弦應力波數據對應的幅值；
比較模塊，用於將幅值與標準幅值進行比較，得到幅值與標準幅值的幅值差；
判斷模塊，用於判斷幅值差是否在預設範圍內，如果是，則待檢測frp-混凝土粘結界面沒有發生剝離損傷；否則，待檢測frp-混凝土粘結界面發生剝離損傷。
需要說明的是，本發明實施例中的激勵信號可以優選為正弦信號(例如其頻率可以為10khz)，則相應的壓電陶瓷驅動器2對該正弦信號進行轉換後得到的第一應力波，進一步壓電陶瓷傳感器3對相應的第二應力波進行轉換後即可得到包括正弦應力波數據的應力波數據。當正弦應力波在經過損傷處後其幅值會發生變化，此時，數據分析裝置4可以根據正弦應力波數據計算相應的幅值，並將該幅值與相應的標準幅值進行比較。具體可以將檢測數據對應的幅值與標準幅值做差，當該差值在預設範圍內時，則可以說明該待檢測frp-混凝土粘結界面沒有發生剝離損傷，當該差值不在預設範圍內時，則可以說明該待檢測frp-混凝土粘結界面發生剝離損傷。
具體的，在實際應用中還可以通過計算關係式來判斷待檢測frp-混凝土粘結界面是否發生剝離損傷，其中，對待檢測frp-混凝土粘結界面檢測後得到的幅值為dn，其標準幅值為hn，di為檢測指標，且di在0～1之間，並且其值越大，說明應力波在待檢測frp-混凝土粘結界面傳播過程中的衰減程度就越大，進一步說明該待檢測frp-混凝土粘結界面的損傷程度就越大，當di為1時說明該frp-混凝土粘結界面沒有發生剝離損傷。
還需要說明的是，本發明實施例中的預設範圍可以根據實際情況進行確定，本發明實施例對此不作特殊的限定。
更進一步的，激勵信號還包括掃頻信號；應力波數據還包括掃頻應力波數據；標準信息還包括標準能量值；
數據分析裝置4還包括：
能量分析模塊，用於採用小波包能量分析法對掃頻應力波數據進行分析，得到與掃頻應力波數據對應的能量值；
比較模塊，還用於將能量值與標準能量值進行比較，得到能量值與標準能量值的比值；
判斷模塊，還用於判斷比值是否滿足預設條件，如果是，則待檢測frp-混凝土粘結界面沒有發生剝離損傷；否則，待檢測frp-混凝土粘結界面發生剝離損傷。
具體的，由於信號的能量與信號的幅值的二次方成正比，因此本發明實施例還可以在對應力波數據進行幅值分析的基礎上對其進行能量分析。具體的，此時，激勵信號中還可以包括掃頻信號，該掃頻信號的頻率範圍可以為1khz～20khz，此時所獲取的應力波數據也包括掃頻應力波數據，數據分析裝置4對該掃頻應力波數據按照小波包能量分析法(例如時頻域分析法)計算該掃頻應力波數據對應的小波包能量得到相應的能量值，並將該能量值與標準能量值進行比較，並且當該能量值與標準能量值的比值滿足預設條件時，則該待檢測frp-混凝土粘結界面沒有發生剝離損傷；否則，該待檢測frp-混凝土粘結界面發生剝離損傷。
進一步的，可以通過計算關係式對待檢測frp-混凝土粘結界面是否發生剝離損傷進行判斷，其中，ek表示對待檢測frp-混凝土粘結界面檢測後得到的能量值，eh表示待檢測frp-混凝土粘結界面處於健康狀態下的標準能量值，ei為能量指標，當該ei在預設值至1之間時，說明該待檢測frp-混凝土粘結界面沒有發生剝離損傷，當ei小於預設值時，說明該待檢測frp-混凝土粘結界面沒有發生剝離損傷，該預設值的具體數值可以根據實際情況進行確定。
需要說明的是，用於結構損傷檢測的掃頻信號是一種調頻信號，其特點是瞬時頻率在設定的時間範圍內連續變化。在正弦信號的基礎上將某些參數進行修改即可得到調頻信號，例如依據關係式y(t)＝ysin(ωt+θ)，對y幅值、f頻率、θ相位進行修改，分別對應調幅信號(am)、調頻信號(fm)、調相信號(pm)。
另外，對於如何採用小波包能量分析法計算相應掃頻數據的小波包能量為本領域技術人員熟知的，本申請在此不再贅述。
具體的，壓電陶瓷傳感器3包括：
轉換模塊，用於接收第二應力波，並將第二應力波轉換為初始應力波數據；
濾波模塊，用於對初始應力波數據進行濾波處理，得到相應的應力波數據；
發送模塊，用於發送應力波數據。
可以理解的是，為了使獲得的應力波數據更加精確，還可以對壓電陶瓷傳感器3轉換後的初始應力波數據進行濾波處理，從而使數據分析裝置4對濾波後得到的應力波數據進行分析處理，得到檢測結果，進一步使檢測結果更加準確。
更具體的，濾波模塊包括帶通濾波器。
當然，本發明實施例中的濾波模塊不僅限於包括帶通濾波器，還可以包括其他的濾波器，例如高通濾波器等。具體包括哪種濾波器本發明實施例對此不作特殊的限定，能實現本發明實施例的目的即可。
作為可選的，還包括告警裝置5；
判斷模塊，還用於當待檢測frp-混凝土結構的粘結界面發生剝離損傷時生成並發送觸發指令；
告警裝置5，用於接收觸發指令，並進行告警。
需要說明的是，本發明實施例所提供的檢測系統還可以包括告警裝置5，當檢測出待檢測frp-混凝土結構的粘結界面發生剝離損傷時，可以通過該告警裝置5進行告警，以便工作人員及時發現損傷，並及時採取修復工作。
作為可選的，告警裝置5包括蜂鳴器。
當然，本發明實施例中的告警裝置5不僅限於包括蜂鳴器，還可以包括其他的裝置，例如閃爍顯示屏。具體包括哪種告警設備本發明實施例對此不作特殊的限定，能實現本發明實施例的目的即可。
可選的，壓電陶瓷驅動器2與待檢測的frp-混凝土結構相結合具體為：
壓電陶瓷驅動器2粘貼於待檢測的frp-混凝土結構的表面。
需要說明的是，壓電陶瓷驅動器2可以採用粘貼的方式粘貼於待檢測frp-混凝土結構的表面，以使兩者相結合。當然，也可以採用其他的方式使兩者相結合，本發明實施例對此不做特殊的限定，能實現本發明實施例的目的即可。
可選的，壓電陶瓷驅動器2與待檢測frp-混凝土結構相結合具體為：
壓電陶瓷驅動器2預埋入待檢測的frp-混凝土結構的內部。
具體的，除了可以通過將壓電陶瓷驅動器2通過粘貼的方式與待檢測frp-混凝土結構相結合之外，還可以採用將驅動器預埋入待檢測frp-混凝土結構內部的方式使壓電陶瓷驅動器2與待檢測frp-混凝土結構相結合。當frp-混凝土結構的粘貼界面在結構的中間位置時，採用該方法可以實現對結構內部的測量，增大了測量範圍。
另外，本發明實施例提供的本發明實施例中的frp-混凝土粘結界面的剝離損檢測系統不僅價格低廉，還具有靈敏度較高、相應時間快以及易於操作的優點。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的方法而言，由於其與實施例公開的系統相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
還需要說明的是，在本說明書中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
專業人員還可以進一步意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬體、計算機軟體或者二者的結合來實現，為了清楚地說明硬體和軟體的可互換性，在上述說明中已經按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬體還是軟體方式來執行，取決於技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的範圍。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其他實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。