专利名称：一种钢结构的在线检测控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及钢结构建筑检测技术领域，具体来说，特别涉及一种基于压电材料的主元杆件进行钢结构动态性能在线检测、控制的系统。
背景技术：
钢结构是目前应用最广泛的工程结构形式之一，如超高层建筑、机场、展览馆、大型桥梁等。这些公用建筑尤其对安全性要求较高。由于钢材具有轻质高强的特性，截面比较开展纤细，因此常常造成结构发生动力性能奇异失稳破坏。并且这种破坏一旦发生，整体结构将随之坍塌，导致灾难性后果的发生。因此，研究钢结构的动态性能，掌握这一类结构的振动幅值、应力和频率等特性，适时诊断其安全性，并采取相应技术控制措施，对社会生产及生活具有重大意义。根据结构力学知识可以知道，钢结构带病工作时，其振动幅值、应力和频率等动力特性会发生异常变化。检测这些参数的变化，可以判断钢结构的工作情况；必要时采取适当措施，避免或防止结构失稳倒塌。现有的钢结构建筑检测、控制技术存在如下不足(1)钢结构建筑检测和控制技术是分开实施的，两者之间未能有效结合起来，不能实现实时检测与控制。(2)传统主要方法是增大杆件的截面面积或控制杆件的长细比等，是一种被动的设防方法不能很好的利用材料的力学特性，往往为了一种偶然荷载过大增大截面尺寸等。压电材料是一种非常重要的功能性材料，具有独特的正、逆压电效应。即在特定方向施加压力或拉力都会使晶体表面产生电荷，并且电荷的密度与施加外力的大小成比例， 这就是正压电效应。反之如果给压电元件通以电流，则由于电场的作用会使压电元件产生变形。这种效应实质上是一种机械场-电场等多物理场耦合的效应，可据此进行钢结构承力杆件的实时检测和控制。尽管现有的压电应变片测量技术已经相当成熟，但未能很好的将检测和控制结合起来，未能与钢结构很好连接集成。

发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，为了克服现有技术中存在的问题，及时掌握钢结构的工作性能，根据压电主元杆件对钢结构主要承力构件的动力特性进行在线检测和控制。为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样的一种钢结构的在线检测控制系统，其特征在于，在钢结构的关键部位集成压电主元杆件。所述的钢结构的关键部位是应力最大或形变最大的杆件。所述的压电主元杆件焊接在所述的钢结构关键部位。
所述的压电主元杆件通过螺栓连接在所述的钢结构关键部位。钢结构在地震等随机荷载的作用下，必然会产生相应的动态响应，根据压电主元杆件的传感功能，即可监测结构振动的动态应变或变形，并将其转换成电压信号。然后， 利用D/A转换卡将数字信号转换为模拟信号，同时根据一定的判别准则对数字信号进行判别，并根据相应的控制律，利用电压放大器将由A/D转换卡转换成的数字信号适当放大，同时反馈给驱动器，由压电主元杆件的驱动功能使其产生控制力，以减小结构的动态响应。本发明的主要优点在于利用本发明可实现钢结构动态性能的测、控合一，可有效地对钢结构的安全状况实施在线检测，同时实时监测控制结构发生异常时的状况以便及时采取措施。


图1是本发明的控制过程的信号变化图。图2是电荷放大原理示意图。图3是本发明的一实施例的流程示意图。
具体实施例方式为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例对本发明作进一步阐述。如图1所示是控制过程的信号变化。但由于结构变形时，压电主元杆件传感功能收集到的电信号较小，故必须通过电荷放大器将电信号放大后才可进入控制系统。电荷放大器的工作原理见图2。本发明的钢结构的在线检测控制系统，是指在钢结构杆件的适当部位设置若干压电堆，如在钢结构的变形最大处设置等，以形成压电主元杆件。然后，将压电主元杆件通过焊接或螺栓连接于结构受力或变形的关键部位。这样，利用其传感性能即可实现对结构服役状态信号的采集，并根据一定的阈值判别来实现结构的动力特性监测。当然，也可根据控制的需要，采用相应的控制率给压电主元杆件施加激励电压，并利用其驱动性能促使压电主元杆件产生驱动力或变形，从而给钢结构施加一定的驱动，以此来实现钢结构的智能控制。智能结构工作原理示意图见图3。钢结构在地震等随机荷载的作用下，必然会产生相应的动态响应，根据压电主元杆件的传感功能，即可监测结构振动的动态应变或变形，进行动态信号采集，并将其转换成电压信号。然后，利用A/D转换卡将模拟信号转换成数字信号，同时根据一定的判别准则对数字信号进行判别，并根据相应的控制率，利用电压放大器将由D/A转换卡转换成的电压信号适当放大，同时反馈给驱动器，由压电主元杆件的驱动功能使其产生控制力，以减小结构的动态响应。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
权利要求
1.一种钢结构的在线检测控制系统，其特征在于，在钢结构的关键部位集成压电主元杆件，所述的钢结构的关键部位是应力最大或形变最大的杆件。
2.根据权利要求1所述的钢结构的在线检测控制系统，其特征在于，所述的压电主元杆件焊接在所述的钢结构关键部位。
3.根据权利要求1或2所述的钢结构的在线检测控制系统，其特征在于，所述的压电主元杆件通过螺栓连接在所述的钢结构关键部位。
全文摘要
本发明公开了一种钢结构的在线检测控制系统，在钢结构的关键部位集成压电主元杆件；所述的钢结构的关键部位是应力最大或形变最大的杆件；所述的压电主元杆件焊接或通过螺栓连接在所述的钢结构关键部位。本发明钢结构的在线检测控制系统可实现钢结构动态性能的测、控合一，可有效地对钢结构的安全状况实施在线检测，同时实时监测控制结构发生异常时的状况以便及时采取措施。
文档编号G01B7/16GK102566518SQ201010590768
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日
发明者李妍, 田立奇, 田鹏刚, 蒙伟, 高宗祺 申请人:陕西省建筑科学研究院