技术摘要：
本发明属于结构健康监测领域，具体涉及一种自能量式的热响应监测装置，包括四周约束组件、设置于四周约束组件内的变频梁、外覆于变频梁的压电贴片及与压电贴片电连接的电信号采集器。本发明创新性地用刚性约束限制变频梁的变形，将低频率的热荷载转化为高频率的后屈曲  全部
背景技术：
由于温度波动导致的热荷载对基础设施的稳定性和耐久性有重要影响，如由昼夜 或季节性温度变化引起的热膨胀和收缩循环。因此，热荷载被定义为结构承载重要的极限 状态之一。为了减轻这些热负荷的影响，民用基础设施中的结构元件设计通常考虑热膨胀 和收缩。充分考虑混凝土结构物的热效应需要测量其结构构件的温度变化。然而，如果没有 有效的热探测，温度波动对混凝土结构物响应的影响就无法准确预测。此外，结构物中的温 度变化也会引起模态参数的变化，特别是模态频率的变化，需要特定的多变量信号处理技 术。 屈曲效应已经被研究以利用其弹性不稳定性实现不同的功能要求。其优点是可以 有效且精确地感应混凝土建筑物在连续温度变化下的热响应，监测结构物周围环境温度变 化，提前做出预警，以便技术人员采取预防措施，减轻热荷载对结构的影响。目前屈曲元件 已经被开发应用于传感，驱动和能量收集的单稳态，双稳态和多稳态机制。本发明即建立在 基于屈曲的损伤传感机制之上，主体包括一个变频梁和一个连接在梁上的压电贴片。在应 变或变形下，梁弯曲和咬合触发压电导体，从而产生电信号。 目前，大部分的热传感器需要安装电池或者接入外部电源，因此在更换电池或者 意外断电时会出现热监测空档期。研究表明，通过环境热能使变频梁发生变形，再通过变频 梁屈曲效应激发压电贴片，可实现环境热能—机械能—电能的能量转化。因此，一旦出现超 过阈值的环境热能，本技术设备就可以独立产生电能以完成监测工作，同时也可为其它用 电设备供能。 与现有结构健康监测技术相比，本发明的热响应监测设备可实现电能自给，同时 也可为其它外部设备供给电能；基于屈曲效应的传感器的电信号由热荷载导致的变形直接 触发，可以更精确地感应混凝土建筑物在连续温度变化下的热响应，监测结构物周围环境 温度变化；所提出的测量装置设计用于产生由特定位移引起的电信号，大大减少监测数据 量。
技术实现要素：
为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种自能量式的热响应监测装置技术方 案。 所述的一种自能量式的热响应监测装置，其特征在于包括四周约束组件、设置于 四周约束组件内的变频梁、外覆于变频梁的压电贴片及与压电贴片电连接的电信号采集 器。 所述的一种自能量式的热响应监测装置，其特征在于四周约束组件包括下支座、 3 CN 111551271 A 说　明　书 2/3 页 固定连接于下支座两侧的侧约束件及活动设置于两个侧约束件上端的上支座，变频梁位于 下支座、下支座及侧约束件所围成的容置空间内，变频梁的上下两端分别与和上支座固定 连接。 所述的一种自能量式的热响应监测装置，其特征在于变频梁与侧约束件之间存在 间隙，变频梁距离其中一个侧约束件较另一个侧约束件更近。 所述的一种自能量式的热响应监测装置，其特征在于压电贴片有两片，分别外覆 于变频梁上与侧约束件对应的两侧，两片压电贴片分别通过导线与电信号采集器连接。 所述的一种自能量式的热响应监测装置，其特征在于上支座、侧约束件及下支座 均由刚性材料制成，变频梁是细长柔性梁，变频梁可发生后屈曲现象，使设置在变频梁两侧 的压电贴片接触侧约束件。 所述的一种自能量式的热响应监测装置，其特征在于压电贴片由压电材料制成， 压电贴片受到压力产生电信号，电信号通过导线传递至外部的电信号采集器。 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 本发明创新性地用刚性约束限制变频梁的变形，将低频率的热荷载转化为高频率的后 屈曲冲击以触发压电材料产生电信号；本发明创新性地使用特定位移触发电信号的方式； 本发明创新性地结合利用变频梁和压电材料的特性，实现了环境热能—机械能—电能的能 量转化，因此本发明的热响应监测设备可实现电能自给，同时也可为其它外部设备供给电 能；本发明创新性地通过改变装置的几何特性，有效地控制测量装置的屈曲模式转换，从而 控制电信号的触发条件；本发明创新性地使电信号由温度变形直接触发，监测结构物周围 环境温度变化。 附图说明 图1为本发明结构示意图； 图2为本发明中的四周约束组件和变频梁连接结构示意图之一，其中变频梁位于初始 状态； 图3为本发明中的四周约束组件和变频梁连接结构示意图，其中变频梁处于第一阶屈 曲模式； 图4为本发明中的四周约束组件和变频梁连接结构示意图，其中变频梁处于第三阶屈 曲模式； 图5为本发明中的四周约束组件和变频梁连接结构示意图之二，其中变频梁位于初始 状态。 图中：1-上支座；2-压电贴片；3-侧约束件；4-变频梁；5-下支座；6-导线；7-电信号 采集器。