结构健康监测是近年迅速发展的一项应用技术,涉及结构的连续监测、检查以及损伤探测。最终目的是增加结构的可靠性和安全性,降低结构维修成本。随着国民经济的快速发展,国家在交通领域建设投资非常巨大,修路、架桥是投资的主体,由于工程材料中的自然缺陷、工程结构设计、建造和施工过程中的失误难以避免,桥梁结构的安全性一直困扰着建筑设计师、施工和养护人员。为了保证桥梁结构的安全,人们在桥梁结构中建立健康监测系统:使用传感元件或装置监测结构位移、变形、损伤等性能变化,通过算法处理,在线监控和判断桥梁的健康状态。 由于目前针对桥梁结构的监测所使用的方法存在成本高、监测手段单一、不能在线实时观测等方面的问题,本文针对上述问题提出了一种用神经脉络仿生传感器系统对桥梁裂纹进行实时监测的方法,从而判断是否对桥梁的结构产生了损伤,为桥梁的维护和维修提供依据。 本文通过对结构健康监测现状的分析,设计了一种新的神经脉络仿生传感器以及相配套的传感器系统。全文研究工作主要分为四个方面:(1)为了能够解决桥梁结构中的区域监测问题,模拟生物体感知神经元及神经脉络分布对生物内部或外部各个局部变化的感知机制,将传感材料以神经脉络的方式设置在桥梁结构中,脉络的传感交点形成神经元节点,设计了桥梁损伤的神经脉络仿生传感器:包括利用银粉制作网格形成传感层的主体,同时提出了传感层的制作方法和制作工艺。(2)根据现有桥梁健康监测系统和实时监测系统的需要,对神经脉络仿生监测系统硬件进行了全面设计;针对目前桥梁健康监测系统逐步由非实时监控过渡到实时监控、由分散监控过渡到集中监控这一趋势,设计了桥梁结构监测系统的总体结构;对桥梁损伤神经脉络仿生健康监测系统设计了主控系统硬件框图和功能,并且对现场监测子系统进行了较详细设计,包括中间处理单元设计、终端处理单元设计等。(3)在硬件基础上,给出了裂纹判断的仿真算法;同时给出了软件系统的设计和程序代码。通过在传感层上建立笛卡尔参考模型,计算每一个裂纹断点,建立了画裂纹算法,采用三次B样条曲线进行裂纹仿真,在计算机上画出仿真裂纹。软件系统包括两大部分:单片机上运行的数据检测模块、数据传输模块和在PC机上运行的数据库模块、通信模块和模拟显示模块。(4)模拟现场,精心设计了实验系统,得出了实验数据,对传感器设计原理、可靠性和监测系统的工作流程进行了充分验证。