內(nèi)嵌微機(jī)電傳感器的神經(jīng)元模式位移或變形監(jiān)測(cè)方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及一種位移測(cè)試方法，適用于長(zhǎng)線(xiàn)范圍或空間范圍尺度的結(jié)構(gòu)物的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)位移測(cè)量。一種內(nèi)嵌微機(jī)電傳感器的神經(jīng)元模式位移或變形監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，利用多點(diǎn)神經(jīng)元結(jié)構(gòu)模式，以傳感器作為一個(gè)神經(jīng)元主體，輔以剛性桿件作為神經(jīng)元的髓鞘連接組成一個(gè)神經(jīng)元基本單元組件；將多個(gè)神經(jīng)元組件串聯(lián)后形成神經(jīng)鏈，以起始節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)，獲得各單元間的相對(duì)位移來(lái)確定附著的結(jié)構(gòu)變形。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的結(jié)構(gòu)變形和動(dòng)力特性測(cè)量方法能克服傳統(tǒng)機(jī)械式的臨時(shí)測(cè)試和光學(xué)測(cè)試方法環(huán)境影響和高成本價(jià)格的局限，尤其適合于大范圍或長(zhǎng)尺度多點(diǎn)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，例如用于建筑、橋梁、隧道、大壩和邊坡等結(jié)構(gòu)的縱、橫向變形測(cè)量與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
內(nèi)嵌微機(jī)電傳感器的神經(jīng)元模式位移或變形監(jiān)測(cè)方法
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種位移測(cè)試方法，適用于長(zhǎng)線(xiàn)范圍或空間范圍尺度的結(jié)構(gòu)物的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)位移測(cè)量，尤其適用于建筑、橋梁、隧道、大壩和邊坡等結(jié)構(gòu)的縱、橫向的空間變形測(cè)量與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
技術(shù)介紹
目前對(duì)結(jié)構(gòu)物的位移或變形測(cè)試方法有許多，包括位移傳感器、加速度傳感器、光纖，甚至紅外和激光等光學(xué)儀器。按原理分類(lèi)可分為光學(xué)、電子和機(jī)械三大類(lèi)。這些測(cè)試方法中，采用機(jī)械式為傳統(tǒng)的測(cè)試方法，不適合于野外長(zhǎng)期測(cè)量，通常只適用于短期人工測(cè)量，而且測(cè)試精度偏低；而光學(xué)類(lèi)測(cè)試方法測(cè)試精度雖然高，但受環(huán)境如光線(xiàn)影響明顯，加上安裝和操作復(fù)雜，價(jià)格昂貴，通常只適用于短期測(cè)量；而電子類(lèi)測(cè)試方法是目前可用于長(zhǎng)期、野外布置測(cè)量的一種方法，雖然其耐久性較差，但通過(guò)預(yù)埋置安裝、密封安裝和可更換的方法提高其使用壽命。相對(duì)于長(zhǎng)、大型結(jié)構(gòu)特的測(cè)量和監(jiān)測(cè)，尤其是需要進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)，采用上述三類(lèi)方法不僅因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)數(shù)量多，費(fèi)用高，而且后期數(shù)據(jù)處理復(fù)雜困難，各測(cè)點(diǎn)間數(shù)據(jù)誤差影響大，而且受環(huán)境干數(shù)據(jù)精度也會(huì)降低。若要實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的振型或三維動(dòng)態(tài)變形等動(dòng)力特性測(cè)試，上述方法均會(huì)受到限制。隨著微機(jī)電（MEMS）傳感器發(fā)展，傳感器已能勝任作為電子裝置設(shè)計(jì)和作業(yè)中關(guān)鍵組成部分，應(yīng)用于各類(lèi)解決方案中。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足或缺陷，本專(zhuān)利技術(shù)借助已有的、成熟的微機(jī)電傳感器為主要測(cè)試點(diǎn)，借助剛性桿件和機(jī)械旋轉(zhuǎn)鉸的形式布置于結(jié)構(gòu)外側(cè)或結(jié)構(gòu)內(nèi)置，同時(shí)將傳感器作為采集處理芯片內(nèi)嵌其中，提高數(shù)據(jù)處理和換算效率；利用神經(jīng)元工作模式，化整為區(qū)間，化區(qū)間為單元組，然后以單元形成單元組的模式，實(shí)現(xiàn)高效、快捷、長(zhǎng)久的多功能結(jié)構(gòu)變形和動(dòng)力特性測(cè)試。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)給出的技術(shù)方案為：方法技術(shù)方案概括為：利用多點(diǎn)神經(jīng)元結(jié)構(gòu)模式，以傳感器作為一個(gè)神經(jīng)元主體，輔以剛性桿件作為神經(jīng)元的髓鞘連接組成一個(gè)神經(jīng)元基本單元組件；將多個(gè)神經(jīng)元組件串聯(lián)后形成神經(jīng)鏈，以起始節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)，獲得各單元間的相對(duì)位移來(lái)確定附著的結(jié)構(gòu)變形。具體的實(shí)施方法，技術(shù)方案進(jìn)一步表征為：以一根剛性桿件附帶一個(gè)傳感器作為一個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元，類(lèi)似神經(jīng)元單元體；將若干基本結(jié)構(gòu)單元相串聯(lián)，與測(cè)試對(duì)象緊密固定，形成與測(cè)試物相似的線(xiàn)型；再以首個(gè)節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)，通過(guò)剛性桿件的轉(zhuǎn)角和節(jié)點(diǎn)位移的測(cè)量結(jié)果，即可獲得相鄰并延伸至整個(gè)鏈上結(jié)構(gòu)單元的位移；借助單元或單元組上的傳感器及時(shí)處理，獲得相鄰單元及節(jié)點(diǎn)的變形或振動(dòng)特征，以此傳遞，可獲得結(jié)構(gòu)全范圍的二維和三維形變特征以及振型曲線(xiàn)。以上方法最終組建獲得的神經(jīng)元鏈狀的結(jié)構(gòu)：由若干微機(jī)電傳感器和剛臂形成的單元；由多個(gè)單元通過(guò)可旋轉(zhuǎn)的鉸形成的單元組；按每個(gè)單元設(shè)置一處理芯片（即現(xiàn)有的傳感器），或按一個(gè)單元組設(shè)置一處處理芯片。技術(shù)方案中所謂的傳感器采用現(xiàn)有技術(shù)，可選擇加速度傳感器、位移傳感器等，或者采用傳感器的組合使用以發(fā)揮更強(qiáng)的組合優(yōu)勢(shì)。本專(zhuān)利技術(shù)單元節(jié)點(diǎn)主體是采用現(xiàn)有的微機(jī)電傳感器，相互間的數(shù)據(jù)通信可以采用現(xiàn)有的節(jié)點(diǎn)間的導(dǎo)線(xiàn)逐級(jí)傳輸模式來(lái)傳遞。作為本專(zhuān)利技術(shù)的應(yīng)用形式，傳感器可附著在結(jié)構(gòu)物表面，也可通過(guò)提前布置管道預(yù)埋在混凝土或土體等結(jié)構(gòu)物中，也可通過(guò)對(duì)既有結(jié)構(gòu)物或土體進(jìn)行鉆孔后將傳感器插入。作為本專(zhuān)利技術(shù)的一種形式，通過(guò)管道或附著式安裝時(shí)，傳感器可根據(jù)需要進(jìn)行抽出更換和升級(jí)處理。作為本專(zhuān)利技術(shù)的一種形式，所述的傳感器可根據(jù)測(cè)試目標(biāo)，通過(guò)調(diào)整加速度傳感器的軸向數(shù)量，設(shè)置成測(cè)試雙向和三向位移和變形。作為本專(zhuān)利技術(shù)的一種形式，所述的傳感器可通過(guò)不同單元組交叉后形成網(wǎng)格狀，實(shí)現(xiàn)空間形狀表面上各點(diǎn)位移變形測(cè)量。利用本專(zhuān)利技術(shù)的傳感器，其具體實(shí)施步驟如下：步驟一：根據(jù)測(cè)試對(duì)象的不同，將結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)劃分，以確定傳感器單個(gè)測(cè)試單元的尺寸；步驟二：在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行錨固件的安裝；步驟三：將傳感器鏈各節(jié)點(diǎn)與錨固件固定。本專(zhuān)利技術(shù)是以電子類(lèi)測(cè)試方法為基礎(chǔ)，利用神經(jīng)元理論和方法，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)形變測(cè)試，同時(shí)借助單元式模塊化結(jié)構(gòu)解決了存放、運(yùn)輸和安裝等困難。不僅適用于表面布置，而且適用于預(yù)埋和后期填埋。用于建筑物、橋梁、隧道等結(jié)構(gòu)的變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可用于基坑、壩體、山體、礦坑等形態(tài)實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本專(zhuān)利技術(shù)的結(jié)構(gòu)變形和動(dòng)力特性測(cè)量方法能克服傳統(tǒng)機(jī)械式的臨時(shí)測(cè)試和光學(xué)測(cè)試方法環(huán)境影響和高成本價(jià)格的局限，尤其適合于大范圍或長(zhǎng)尺度多點(diǎn)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。附圖說(shuō)明圖1是分別在鉸結(jié)點(diǎn)、剛性桿中間，以及兩處都設(shè)置傳感器的三組單元鏈?zhǔn)疽鈭D。圖2是對(duì)應(yīng)圖1的傳感器布置分解圖。圖3為測(cè)試二維變形過(guò)程中的計(jì)算原理。標(biāo)記說(shuō)明：1剛性桿件，2微機(jī)電傳感器，3連接鉸，4起始剛性桿，5信號(hào)線(xiàn)。具體實(shí)施方式以下將結(jié)合附圖對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本專(zhuān)利技術(shù)的目的、特征和效果。如圖1、圖2所示，以一根剛性桿件附帶一個(gè)加速度傳感器作為一個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元，類(lèi)似神經(jīng)元單元體；當(dāng)若干基本結(jié)構(gòu)單元相串聯(lián)，與測(cè)試對(duì)象緊密固定，形成與測(cè)試物相似的線(xiàn)型；再以首個(gè)節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)，通過(guò)剛性桿件的轉(zhuǎn)角和節(jié)點(diǎn)位移的測(cè)量結(jié)果（如圖3所示），即可獲得相鄰并延伸至整個(gè)鏈上結(jié)構(gòu)單元的位移；借助單元或單元組上的電腦芯片（本實(shí)施例選用現(xiàn)有的微機(jī)電加速度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，可輕易測(cè)量相鄰節(jié)點(diǎn)間相對(duì)的轉(zhuǎn)角）及時(shí)處理，獲得相鄰單元及節(jié)點(diǎn)的變形或振動(dòng)特征，以此傳遞，可獲得結(jié)構(gòu)全范圍的二維和三維形變特征以及振型曲線(xiàn)。根據(jù)測(cè)試對(duì)象和測(cè)試目的是位移還是振動(dòng)特征，結(jié)構(gòu)單元的剛性桿件長(zhǎng)度根據(jù)需要可以靈活改變，加速度傳感器測(cè)點(diǎn)數(shù)量也可在節(jié)點(diǎn)和桿件上靈活改變；測(cè)試單元采用多個(gè)單元形成一組，提前組裝調(diào)試，現(xiàn)場(chǎng)再按組連接并調(diào)試；各單元節(jié)點(diǎn)為單向轉(zhuǎn)軸式設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)折疊存儲(chǔ)和搬運(yùn)。本專(zhuān)利技術(shù)為單元化和集成化結(jié)構(gòu)，測(cè)試精度高，運(yùn)輸和安裝方便，適應(yīng)性廣，可實(shí)現(xiàn)常規(guī)儀器無(wú)法獲得的效果，具有極高的市場(chǎng)價(jià)值。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種內(nèi)嵌微機(jī)電傳感器的神經(jīng)元模式位移或變形監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，利用多點(diǎn)神經(jīng)元結(jié)構(gòu)模式，以傳感器作為一個(gè)神經(jīng)元主體，輔以剛性桿件作為神經(jīng)元的髓鞘連接組成一個(gè)神經(jīng)元基本單元組件；將多個(gè)神經(jīng)元組件串聯(lián)后形成神經(jīng)鏈，以起始節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)，獲得各單元間的相對(duì)位移來(lái)確定附著的結(jié)構(gòu)變形。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種內(nèi)嵌微機(jī)電傳感器的神經(jīng)元模式位移或變形監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，利用多點(diǎn)神經(jīng)元結(jié)構(gòu)模式，以傳感器作為一個(gè)神經(jīng)元主體，輔以剛性桿件作為神經(jīng)元的髓鞘連接組成一個(gè)神經(jīng)元基本單元組件；將多個(gè)神經(jīng)元組件串聯(lián)后形成神經(jīng)鏈，通過(guò)不同單元組交叉后形成網(wǎng)格狀，最終組建神經(jīng)元鏈狀的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，以起始節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)，獲得各單元間的相對(duì)位移來(lái)確定附著的結(jié)構(gòu)變形，實(shí)現(xiàn)空間形狀表面上各點(diǎn)位移變形測(cè)量。2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌微機(jī)電傳感器的神經(jīng)...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李方元，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：同濟(jì)大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31