基于壓電陶瓷自供電的伸縮縫振動監測系統及監測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及橋梁健康監測工程技術領域，具體涉及一種基于壓電陶瓷自供電的伸縮縫振動監測系統及監測方法。
【背景技術】
[0002]橋梁在氣溫等環境參數發生變化時，有膨脹和收縮的縱向變形、豎向和橫向的彎曲變形;在車輛載荷下，有縱向位移和豎向彎曲變形。為了滿足橋梁變形要求，通常在梁端或者其與臺背間設置伸縮縫裝置，以容許縱向、豎向彎曲等自由變形。橋梁伸縮縫長期在車輛載荷作用下，容易發生損壞，因此，有效監測伸縮縫振動、變形等參數，為伸縮縫的維護，保證橋梁及行車安全提供決策依據顯得尤為重要。對伸縮縫振動進行監測通常采用振動傳感器，但是振動傳感器需要供電，因此，存在伸縮縫振動長期監測供電問題。
【發明內容】
[0003]為了解決上述技術問題，本發明提出一種基于壓電陶瓷自供電的伸縮縫振動監測系統及監測方法，能夠有效解決伸縮縫振動長期監測供電問題，且具有結構簡單、安裝方便、綠色環保、經濟實用等優點。
[0004]本發明的技術方案是這樣實現的:
[0005]—種基于壓電陶瓷自供電的伸縮縫振動監測系統，設于橋梁的箱體與橋墩之間，它包括彈性金屬條、安裝底座、振動傳感器、壓頭、蓄電池和至少一壓電陶瓷薄膜，所述壓頭包括橫向設置的箱體連接部和豎向設置的指壓部，所述指壓部的末端形成尖端部，所述安裝底座安裝于所述橋墩上;所述箱體連接部固接于所述箱體上;所述彈性金屬條的一端與所述安裝底座固定連接，所述彈性金屬條中部及另一端懸空，且所述彈性金屬條的另一端上表面與所述尖端部緊密接觸;所述壓電陶瓷薄膜粘貼于所述彈性金屬條上表面或/和下表面，且所述壓電陶瓷薄膜的輸出端通過電線與所述蓄電池的充電端口相連接，所述蓄電池供電端口通過電線與所述振動傳感器相連接;所述振動傳感器安裝于所述箱體上。
[0006]進一步的，所述安裝底座呈工字形，包括橫向的金屬條連接部、豎向的支撐部和橫向的橋墩連接部;所述彈性金屬條通過螺栓與所述金屬條連接部固定連接，所述橋墩連接部通過螺栓與所述橋墩固定連接。
[0007]進一步的，設有兩個所述壓電陶瓷薄膜，兩個所述壓電陶瓷薄膜分設于所述彈性金屬條的上下表面上。
[0008]進一步的，兩個所述壓電陶瓷薄膜通過導線并聯起來，并與所述蓄電池相連接。
[0009]進一步的，兩個所述壓電陶瓷薄膜用AB膠粘貼于所述彈性金屬條上下表面上，所述壓電陶瓷薄膜表面均勻涂覆有一層用于防水的硅膠。
[0010]進一步的，所述彈性金屬條為薄鋼條。
[0011]—種基于壓電陶瓷自供電的伸縮縫振動監測方法，設有一振動傳感器，所述振動傳感器安裝于橋梁的箱體上，對橋梁的箱體振動進行監測;橋梁的箱體上下振動可帶動一與其相連的壓頭上下振動，該壓頭上下振動驅動一彈性金屬條產生周期性彎曲變形，該彈性金屬條進而迫使至少一壓電陶瓷薄膜變形產生電能;該壓電陶瓷薄膜產生電能通過電纜傳輸給一蓄電池存儲并向所述振動傳感器供電。
[0012]進一步的，所述壓頭包括橫向設置的箱體連接部和豎向設置的指壓部，所述指壓部的末端形成尖端部，所述箱體連接部固接于所述箱體上;所述彈性金屬條的一端與一安裝底座固定連接，所述彈性金屬條中部及另一端懸空，且所述彈性金屬條的另一端上表面與所述尖端部緊密接觸;所述安裝底座安裝于所述橋墩上;所述壓電陶瓷薄膜粘貼于所述彈性金屬條上表面或/和下表面，且所述壓電陶瓷薄膜的輸出端通過電線與所述蓄電池的充電端口相連接，所述蓄電池供電端口通過電線與所述振動傳感器相連接。
[0013]本發明的有益效果是:本發明提供一種基于壓電陶瓷自供電的伸縮縫振動監測系統，通過設計彈性金屬條，在彈性金屬條上粘貼壓電陶瓷薄膜，并通過一個壓頭將橋梁箱體的振動傳導至彈性金屬條，能夠利用壓電陶瓷薄膜的正壓電效應，將橋梁伸縮縫結構的振動轉化為電能并向振動傳感器進行供電，從而解決橋梁伸縮振動等參量在線監測的能量供應問題。其工作原理如下:當橋梁箱體上下振動時帶動與其相連的壓頭上下振動，與壓頭緊密相觸的彈性金屬條產生周期性彎曲變形，最終使壓電陶瓷薄膜變形產生電能，該電能最終可由蓄電池存儲并向振動傳感器供電。因此，本發明能夠有效解決伸縮縫振動長期監測供電問題，且具有結構簡單、安裝方便、綠色環保、經濟實用等優點。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明結構示意圖；
[0015]圖2是本發明中彈性金屬條和壓電薄膜配合結構示意圖；
[0016]圖3是本發明中安裝底座結構示意圖；
[0017]圖4是本發明中壓頭結構示意圖；
[0018]圖中:1-彈性金屬條;2-安裝底座，21-金屬條連接部，22-支撐部，23-橋墩連接部；3-振動傳感器;4-壓頭，41-箱體連接部，42-指壓部，43-尖端部，5-蓄電池，6-壓電陶瓷薄膜，7-螺栓。
【具體實施方式】
[0019]為使本發明能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0020]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，一種基于壓電陶瓷自供電的伸縮縫振動監測系統，設于橋梁的箱體與橋墩之間，它包括彈性金屬條1、安裝底座2、振動傳感器3、壓頭4、蓄電池5和至少一壓電陶瓷薄膜6，所述壓頭包括橫向設置的箱體連接部41和豎向設置的指壓部42，所述指壓部的末端形成尖端部43，所述安裝底座安裝于所述橋墩上;所述箱體連接部固接于所述箱體上;所述彈性金屬條的一端與所述安裝底座固定連接，所述彈性金屬條中部及另一端懸空，且所述彈性金屬條的另一端上表面與所述尖端部緊密接觸;所述壓電陶瓷薄膜粘貼于所述彈性金屬條上表面或/和下表面，且所述壓電陶瓷薄膜的輸出端通過電線與所述蓄電池的充電端口相連接，所述蓄電池供電端口通過電線與所述振動傳感器相連接；所述振動傳感器安裝于所述箱體上。這樣，通過設計彈性金屬條，在彈性金屬條上粘貼壓電陶瓷薄膜，并通過一個壓頭將橋梁箱體的振動傳導至彈性金屬條，能夠利用壓電陶瓷薄膜的正壓電效應，將橋梁伸縮縫結構的振動轉化為電能并向振動傳感器進行供電，從而解決橋梁伸縮振動等參量在線監測的能量供應問題。
[0021]優選的，所述安裝底座呈工字形，包括橫向的金屬條連接部21、豎向的支撐部22和橫向的橋墩連接部23;所述彈性金屬