本實(shí)用新型涉及橋梁健康現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，特別是一種橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器。

背景技術(shù)：

常規(guī)的橋梁拉索絲股的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有電磁式、超聲探傷、射線(xiàn)、導(dǎo)波和磁致伸縮等；這些技術(shù)都存在機(jī)構(gòu)、原理和模型復(fù)雜、高空作業(yè)、故障率高和使用條件苛刻等問(wèn)題，從理論上來(lái)看它們都無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)檢測(cè)。

常用的聲發(fā)射傳感器一般都基于壓電陶瓷等材料，其體積大、感性和機(jī)電耦合系數(shù)偏低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于聲發(fā)射信號(hào)的橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁拉索的絲股狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，及時(shí)獲知橋梁運(yùn)營(yíng)期間拉索的斷絲狀況。

解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是：一種橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器，包括傳感器主體、固定裝置和信號(hào)線(xiàn)，所述傳感器主體由耦合橡膠、PVDF壓電膜、支撐軟橡膠構(gòu)成；PVDF壓電膜由一層或多層PVDF壓電薄膜層疊構(gòu)成，多層PVDF壓電薄膜間使用絕緣膠水粘貼，PVDF壓電膜粘貼在耦合橡膠與支撐軟橡膠之間，形成“三明治結(jié)構(gòu)”；

所述的多層PVDF壓電薄膜每一層都有兩個(gè)輸出電極, 同極性的電極通過(guò)信號(hào)線(xiàn)或常用的電路工藝連接，構(gòu)成多層壓電薄膜電氣并聯(lián)；信號(hào)線(xiàn)在正負(fù)兩極分別引出，阻波材料覆蓋裸露的傳感器電極；

工作狀態(tài)下，傳感器主體分別緊貼在橋梁拉索的絲股的表面上，采用固定裝置收緊固定；信號(hào)線(xiàn)順著絲股間隙由錨固系統(tǒng)引出外部給儀表提供信號(hào)源。

其進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述支撐軟橡膠采用吸波材料。

所述的固定裝置是柔性固定裝置，包括自鎖式不銹鋼扎帶、高強(qiáng)度自粘纏繞包帶或彈性環(huán)箍。

其更進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述傳感器主體形狀為平面、柔性弧面、圓環(huán)形面、折線(xiàn)夾角面或其他與被監(jiān)測(cè)拉索外形形狀相配合的形狀。

由于采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型之一種橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器具有以下有益效果：

1、本實(shí)用新型之一種橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器是一種聲發(fā)射傳感器，比普通基于壓電陶瓷等材料制成的聲發(fā)射傳感器性能好，能實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁拉索的絲股狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，及時(shí)獲知橋梁運(yùn)營(yíng)期間拉索的斷絲狀況：

本實(shí)用新型之一種橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器是一種聲發(fā)射傳感器，包括傳感器主體、固定裝置和信號(hào)線(xiàn)，所述傳感器主體可按照監(jiān)測(cè)目標(biāo)定制為任何尺寸和多種形狀；傳感器主體由耦合橡膠、PVDF壓電膜、支撐軟橡膠。PVDF壓電膜粘貼在耦合橡膠與支撐軟橡膠之間，形成“三明治結(jié)構(gòu)”；工作狀態(tài)下，傳感器主體緊貼在橋梁拉索的絲股的表面上，采用固定裝置收緊固定；信號(hào)線(xiàn)順著絲股間隙由錨固系統(tǒng)引出外部給儀表提供信號(hào)源；

本實(shí)用新型之一種橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器是一種聲發(fā)射傳感器，由于所述傳感器主體的敏感元件PVDF壓電膜有極高的機(jī)-電耦合系數(shù)，同樣受力條件下輸出電壓比壓電陶瓷高10倍；PVDF厚度薄且可任意裁剪成任何形狀，方便安裝； PVDF的時(shí)間穩(wěn)定性好，性能隨時(shí)間漂移低；因而比基于壓電陶瓷等材料的聲發(fā)射傳感器性能好；在正常使用中，鋼絞線(xiàn)中心鋼絲與環(huán)繞鋼絲緊密接觸，若中心鋼絲斷絲，絲股斷絲時(shí)發(fā)出的強(qiáng)烈彈性波波經(jīng)索體傳導(dǎo)給斷絲監(jiān)測(cè)傳感器的傳感器主體，引起PVDF壓電膜產(chǎn)生微變形，輸出極高的電壓；產(chǎn)生的電壓通過(guò)引出導(dǎo)線(xiàn)順著絲股間隙由錨固系統(tǒng)引出外部給儀表提供信號(hào)源；儀表接受到高壓信號(hào)，判斷絲股產(chǎn)生了斷絲情況；從而能及時(shí)報(bào)告橋梁運(yùn)營(yíng)期間拉索的斷絲狀況。

2、對(duì)不同監(jiān)測(cè)需求有極高的適應(yīng)性：

①本實(shí)用新型之一種橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器的傳感器主體不需外部供電，滿(mǎn)足絲股斷絲長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的能源要求；

②能滿(mǎn)足橋梁拉索索內(nèi)狹小空間的安裝需求；

構(gòu)成本實(shí)用新型橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器之傳感器主體的PVDF壓電膜的厚度僅有9～110微米，耦合橡膠和支撐軟橡膠根據(jù)需要可選擇100～1000微米的任意尺寸，傳感器主體總厚度一般小于2000微米，傳感的長(zhǎng)寬尺寸可任意裁剪，對(duì)不同監(jiān)測(cè)需求有極高的適應(yīng)性, 特別是橋梁拉索這種絲股之間間隙極小的空間也能適應(yīng)；

③PVDF這種材料有更好的時(shí)間穩(wěn)定性；同時(shí)， PVDF壓電膜的尺寸優(yōu)勢(shì)及可任意裁剪的特性，使其可以?xún)?nèi)置于纜索的保護(hù)結(jié)構(gòu)中，提高了傳感器的成活率。

由于以上特點(diǎn)，本實(shí)用新型之一種橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器能適用于對(duì)各種橋梁拉索的絲股狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，適用范圍廣，具有較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

下面，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型之一種橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器的技術(shù)特征作進(jìn)一步的說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例一所述的一種橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器的傳感器主體結(jié)構(gòu)示意圖（平面型）；

圖2是實(shí)施例二所述的一種橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器的傳感器主體結(jié)構(gòu)示意圖（弧形）；

圖3是實(shí)施例一所述的一種橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器安裝使用狀態(tài)示意圖；

圖4是圖3的A部放大圖；

圖5是實(shí)施例二所述的一種橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器安裝使用狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1-支撐軟橡膠，2-PVDF壓電膜，3-耦合橡膠，4-鋼絲，5-信號(hào)線(xiàn)，6-固定裝置，7-傳感器電極，8-索股為六邊形的橋梁拉索，9-索股為圓形絞線(xiàn)形式的橋梁拉索。

具體實(shí)施方式

一種橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器，包括傳感器主體、固定裝置6和信號(hào)線(xiàn)5；

所述傳感器主體由耦合橡膠3、PVDF壓電膜2、支撐軟橡膠1構(gòu)成，PVDF壓電膜2由一層或多層PVDF壓電薄膜層疊構(gòu)成，多層PVDF壓電薄膜間使用絕緣膠水粘貼，PVDF壓電膜2粘貼在耦合橡膠3與支撐軟橡膠1之間，形成“三明治結(jié)構(gòu)”；

所述的多層PVDF壓電薄膜每一層都有兩個(gè)輸出電極, 同極性的電極通過(guò)信號(hào)線(xiàn)或常用的電路工藝連接，構(gòu)成多層壓電薄膜電氣并聯(lián)；信號(hào)線(xiàn)5在正負(fù)兩極分別引出，阻波材料覆蓋裸露的傳感器電極7；

工作狀態(tài)下，多個(gè)傳感器主體分別緊貼在橋梁拉索的絲股的表面上，采用固定裝置收緊固定；信號(hào)線(xiàn)順著絲股間隙由錨固系統(tǒng)引出外部給儀表提供信號(hào)源。

所述支撐軟橡膠1采用吸波材料。

所述的固定裝置6是柔性固定裝置，包括自鎖式不銹鋼扎帶、高強(qiáng)度自粘纏繞包帶或彈性環(huán)箍。

根據(jù)傳感器主體結(jié)構(gòu)不同，有不同實(shí)施方式，以下舉例說(shuō)明：

實(shí)施例一

一種傳感器主體為平面結(jié)構(gòu)的橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器Ⅰ：

如圖1所示，該傳感器主體為平面結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到外依次為耦合橡膠3、PVDF壓電膜2、支撐軟橡膠1；

該種傳感器主體為平面結(jié)構(gòu)的橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器Ⅰ主要用于監(jiān)測(cè)索體結(jié)構(gòu)由高強(qiáng)鍍鋅（環(huán)氧噴涂、光面）鋼絲、纏繞包帶、內(nèi)層HDPE和外層HDPE構(gòu)成、其索股為六邊形的橋梁拉索8，其安裝狀態(tài)參見(jiàn)圖3、圖4。

其制作和安裝方法是：按拉索索股的外形尺寸、絲股的多少裁剪出多層PVDF壓電薄膜、耦合橡膠和支撐橡膠，并對(duì)裁剪邊緣進(jìn)行物理和絕緣保護(hù)；采用常用的電路工藝連接PVDF壓電膜層的同極性電極，使多層壓電薄膜構(gòu)成電氣并聯(lián)，在正負(fù)兩極分別引出信號(hào)線(xiàn)5，并采用吸波材料覆蓋因此而裸露出的金屬傳感器電極7；

按圖1所示結(jié)構(gòu)，采用膠水粘貼耦合橡膠、PVDF壓電膜和支撐橡膠，分別制成6片參數(shù)一致的斷絲檢測(cè)傳感器主體；將這些傳感器主體分別緊貼在絲股的6個(gè)表面上，采用高強(qiáng)度自粘纏繞包帶作為固定裝置6將傳感器主體收緊固定；信號(hào)線(xiàn)5順著絲股間隙由錨固系統(tǒng)引出外部給儀表提供信號(hào)源（參見(jiàn)圖3、圖4）。

實(shí)施例二

一種傳感器主體為弧面結(jié)構(gòu)的橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器Ⅱ：

如圖2所示，該傳感器主體為弧面結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到外依次為耦合橡膠3、PVDF壓電膜2、支撐軟橡膠1。

該種傳感器主體為弧面結(jié)構(gòu)的橋梁拉索斷絲監(jiān)測(cè)傳感器Ⅱ主要用于監(jiān)測(cè)由無(wú)粘結(jié)鋼絞線(xiàn)構(gòu)成的索股為圓形絞線(xiàn)形式的橋梁拉索（即：體內(nèi)預(yù)應(yīng)力拉索）9之無(wú)粘結(jié)鋼絞線(xiàn)在長(zhǎng)期的使用中索內(nèi)絲股的斷絲情況，該索股為圓形絞線(xiàn)形式的橋梁拉索9之索體由高強(qiáng)鍍鋅（環(huán)氧噴涂、光面）鋼絲、纏繞包帶、HDPE構(gòu)成；索股為圓形絞線(xiàn)形式，其安裝狀態(tài)參見(jiàn)圖5。

其制作和安裝方法是：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙獲知索股為圓形絞線(xiàn)形式的橋梁拉索9絲股的整體形狀、尺寸和防腐保護(hù)形式；以此為根據(jù)，確定耦合橡膠的尺寸、PVDF壓電薄膜的層數(shù)和尺寸和支撐軟橡膠的尺寸，選擇合理的固定裝置；裁剪出多層PVDF壓電薄膜、耦合橡膠和支撐橡膠，并對(duì)裁剪邊緣進(jìn)行物理和絕緣保護(hù)；

采用常用的電路工藝連接PVDF壓電薄膜層的同極性電極，使多層壓電薄膜構(gòu)成電氣并聯(lián)，在正負(fù)兩極分別引出信號(hào)線(xiàn)5，并采用吸波材料覆蓋因此而裸露出的金屬傳感器電極7；

按圖2所示結(jié)構(gòu)，采用膠水粘貼耦合橡膠、PVDF壓電膜和支撐橡膠，分別制成6片參數(shù)一致的斷絲檢測(cè)傳感器主體；將這些弧面結(jié)構(gòu)的傳感器主體分別緊貼在索股為圓形絞線(xiàn)形式的橋梁拉索9絲股的6個(gè)表面上（參見(jiàn)圖5），采用高強(qiáng)度自粘纏繞包帶作為固定裝置6將傳感器主體收緊固定；信號(hào)線(xiàn)5順著絲股間隙由錨固系統(tǒng)引出外部給儀表提供信號(hào)源。

在拉索投入使用后，若環(huán)繞絲股出現(xiàn)斷絲，則發(fā)出的強(qiáng)烈彈性波經(jīng)索體傳導(dǎo)給斷絲監(jiān)測(cè)傳感器的傳感器主體（中心絲股發(fā)出的彈性波經(jīng)界面接觸傳導(dǎo)到環(huán)繞鋼絲上），從而PVDF壓電膜輸出極高的電壓并通過(guò)引出導(dǎo)線(xiàn)順著絲股間隙由錨固系統(tǒng)引出外部給儀表提供信號(hào)源，就能及時(shí)獲知橋梁運(yùn)營(yíng)期間拉索的斷絲狀況。

作為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種變換，所述傳感器主體形狀還可以是其他與被監(jiān)測(cè)拉索外形形狀相配合的形狀，例如：圓環(huán)形面、折線(xiàn)夾角面或其他與被監(jiān)測(cè)拉索外形形狀相配合的形狀，其目的是增大傳感與監(jiān)測(cè)對(duì)象的接觸面積。