专利名称：便携式桥梁健康监测系统的制作方法
技术领域：
便携式桥梁健康监测系统技术领域[0001]本实用新型涉及桥梁监测领域，尤其是涉及一种分布式利用USB和RS-485方式进行通讯的便携式桥梁健康监测系统。
背景技术：
[0002]桥梁是铁路、公路等陆路交通和水利建设等跨越河流、山谷等障碍，使之得以延伸重要连接环节，在交通网络中，桥梁结构起着枢纽的作用，桥梁结构的安全使用无疑使整个城市交通网络保持正常运作的关键环节之一。20世纪以来，随着桥梁设理论和施工技术的不断进步，桥梁跨度不断有新的突破，结构形式也日趋复杂。但是桥梁的建设运营过程中，一方面，由于施工质量尚有令人不够满意的地方，使得它们在一些施工的误差和先天性不足；另一方面，已有桥梁运营时，由于频繁承载甚至超，以及交通事故等人为因素的损害，再加上地震、洪水、飓风等自然环境因素的影响，使桥梁损伤和局部破坏。随着运营时间的增长，桥梁的损伤部位和损伤种类会越来多，其程度也会越来越严重。迄今为止，国内外发生的桥梁安全事故并不鲜见。[0003]如果能对桥梁的健康状态进行监测，对桥梁状态作出科学准确的评判，就能及时发现存在的安全隐患，及时进行维护或加固，这样既确保了桥梁的使用安全和耐久性，又能区分轻重缓急，优化资源配置，做到有的放矢。[0004]随着桥梁结构的日趋复杂，传统的人工检测方法由于其滞后性、效率低，已跟不上桥梁发展的需求，也不符合经济运作的规律。采用大型桥梁上安装的在线健康监测系统资金耗费太大，往往不切实际；如果能研发一套系统，以较小的代价便能快速及时准确地了解桥梁的运营状况，实现桥梁状态快速检测与评定，那么其对建设节约型公路桥梁养护体系将会有积极地推进作用，并产生重大的社会和经济效益。发明内容[0005]本实用新型的目的是提供一种便携式桥梁健康监测系统，以较小的代价便能快速、及时、准确地了解桥梁的运营状况，实现桥梁状态快速检测与评定，对建设节约型公路桥梁养护体系将会有积极地推进作用，并产生重大的社会和经济效益。[0006]本实用新型是这样实现的:便携式桥梁健康监测系统，包括USB通讯线、电源控制器、RS-485扩展线，其特征在于:USB通讯线将主计算机与电源控制器的USB接口相连，RS-485扩展线将电源控制器的通讯输出插座与第一个数据采集模块的通讯输入插座相连，第一个数据采集模块的通讯输出插座与第二个数据采集模块的通讯输入插座通过RS-485扩展线相连，第二个数据采集模块的通讯输出插座与第三个数据采集模块的通讯输入插座通过RS-485扩展线相连。[0007]本实用新型所述的数据采集模块，包括可控供桥电压、程控放大器、单片机，其特征在于:可控供桥电压、加速度传感器、程控放大器、模拟滤波器、DSP数据处理、16位模拟数字转换器、RS-485通讯模块、计算机顺序串联，减法器、16位数字模拟转换器顺序串联，同时与比较器并联，可控供桥电压、程控放大器、16位数字模拟转换器、比较器、16位模拟至数字转换器、DSP数据处理、RS-485通讯模块顺序与单片机并联；所述的计算机设置有信号测试分析软件。[0008]本实用新型以较小的代价便能快速、及时、准确地了解桥梁的运营状况，实现桥梁状态快速检测与评定，对建设节约型公路桥梁养护体系将会有积极地推进作用，并产生重大的社会和经济效益。
[0009]图1是本实用新型的结构示意图。[0010]图2是本实用新型中数据采集模块的结构示意图。[0011]图中1、主计算机，2、USB通讯线，3、电源控制器，4、RS-485扩展线，5、数据采集模块，6、可控供桥电压，7、传感器，8、程控放大器，9、模拟滤波器，10、减法器，11、16位数字模拟转换器，12、比较器，13、单片机，14、16位模拟数字转换器，15、DSP数据处理，16、RS-485通讯模块，17、计算机。
具体实施方式
[0012]
以下结合附图对本实用新型作进一步说明:[0013]参照附图，便携式桥梁健康监测系统，包括USB通讯线2、电源控制器3、RS_485扩展线4，其特征在于:USB通讯线2将主计算机I与电源控制器3的USB接口相连，RS-485扩展线4将电源控制器3的通讯输出插座与第一个数据采集模块5的通讯输入插座相连，第一个数据采集模块5的通讯输出插座与第二个数据采集模块5的通讯输入插座通过RS-485扩展线4相连，第二个数据采集模块5的通讯输出插座与第三个数据采集模块5的通讯输入插座通过RS-485扩展线4相连。所述的数据采集模块10，包括可控供桥电压6、程控放大器8、单片机8，其特征在于:可控供桥电压6、加速度传感器7、程控放大器8、模拟滤波器9、DSP数据处理10、16位模拟数字转换器ll、RS-485通讯模块16、计算机17顺序串联，减法器5、16位数字模拟转换器11顺序串联，同时与比较器12并联，可控供桥电压6、程控放大器8、16位数字模拟转换器11、比较器12、16位模拟至数字转换器14、DSP数据处理15、RS-485通讯模块16顺序与单片机13并联；所述的计算机17设置有信号测试分析软件。具体实施时，为了简化系统构成，便于系统管理和维护，将静态应力、静位移、温度等静态特性，以及加速度、动位移、动应变等动态特性的多种参数采集与初步分析集成在一个大系统中，以测试断面、子站为单元，采用模块化组合，形成数据采集模块，数据采集模块包括振动模块，动应变、动位移模块,静应变、静位移、温度模块；其中对于加速度传感器,将普通的三个方向的单向加速度传感器集成为单个的三向加速度传感器。本实用新型为集中控制和供电，即一根供电通讯总线电缆将各断面、各个采集模块串接起来，各模块测试信号经过数据采集后多通道合成一根总线传输电缆进行数字化实时传输，实现现场采集数据的长距离高速不间断传输。现场模块布置方案采取数据采集模块安放于各测试断面/子站，距各测点较近，使得传感器输出的微弱信号传输距离较短，减少干扰及信号传输线路。数据采集模块、主控计算机控制现场各采集箱完成桥梁各种静、动态响应信号的采集、预处理和存储，可以实时观测桥梁的振动、位移和应力应变状况；数据采集模块、主控计算机布置于一端，采集系统供电可以考虑蓄电池组或车载电源供电方式。数据采集模块中振动模块:一个模块4通道，具有单通道(垂直或水平)、2通道(垂直、水平横向)、3通道(垂直、水平横向和水平纵向)等型式的模块，能够通过操作软件设置速度档和加速度档，以适用不同规模的结构或不同特性的测点；动应变、动位移模块:一个模块4通道，内部采用WAGO压线端子，通过外部防水插头接入。防水插头集中输入预设在桥梁测点上的应变桥路输出信号，便于定期到现场采集信号，省去每次接线的麻烦；静应变、静位移、温度模块:一个模块8通道，内部也是采用WAGO压线端子，通过外部防水插头接入。各个采集模块采用前置信号处理系统设计，每个通道设置独立放大器，增强系统抗干扰能力；系统与计算机采用USB接口方式，数据采集模块之间的通讯方式为RS-485扩展线，通讯长度不受限制。监测时，用RS-485扩展线将电源控制器的通讯输出插座与采集器的通讯输入插座相连，再用RS-485扩展线将数据采集模块的通讯输出插座与下一个数据采集模块的通讯输入插座相连，依次类推。然后用USB通讯线将主计算机与电源控制器的USB接口相连，最后插上电源控制器电源线，打开电源控制器电源开关，就可以开始进行采样操作。首先远程计算机里安装的信号测试分析软件，通过通讯模块给一个命令给单片机，之后单片机控制可控供桥电压，输出供桥电压给加速度传感器或应变片，为加速度传感器或应变片提供工作电压。与此同时，远程计算机中的信号测试分析软件通过RS-485通讯模块发送指令给单片机，单片机再给16位模拟数字转换器发送指令，使16位模拟数字转换器输出模拟电压进入减法器，进行运算，再经过比较器进行比较后，给单片机发送停止命令，将电路中内置电压除去，避免影响到测量信号。加速度传感器或应变片输出信号给程控信号放大器，信号经过放大之后进入模拟滤波器，滤去无关信号，将有用信号再经过16位模拟数字转换器，转换成数字信号，之后进入DSP数据处理，最后通过单片机将信号转换成USB模块能识别的信号，传至计算机，显示在信号测试分析软件上。
权利要求1.便携式桥梁健康监测系统，包括USB通讯线(2)、电源控制器(3)、RS-485扩展线(4)，其特征在于:USB通讯线(2)将主计算机(I)与电源控制器(3)的USB接口相连，RS-485扩展线(4)将电源控制器(3)的通讯输出插座与第一个数据采集模块(5)的通讯输入插座相连，第一个数据采集模块(5)的通讯输出插座与第二个数据采集模块(5)的通讯输入插座通过RS-485扩展线(4)相连，第二个数据采集模块(5)的通讯输出插座与第三个数据采集模块(5)的通讯输入插座通过RS-485扩展线(4)相连。
2.根据权利要求1所述的便携式桥梁健康监测系统，所述的数据采集模块(10)，包括可控供桥电压(6)、程控放大器(8)、单片机(8)，其特征在于:可控供桥电压(6)、加速度传感器(7)、程控放大器(8)、模拟滤波器(9)、DSP数据处理(10)、16位模拟数字转换器(11)、RS-485通讯模块(16)、计算机(17)顺序串联，减法器(5)、16位数字模拟转换器(11)顺序串联，同时与比较器(12)并联，可控供桥电压(6)、程控放大器(8)、16位数字模拟转换器(11)、比较器(12)、16位模拟至数字转换器(14)、DSP数据处理(15)、RS_485通讯模块(16)顺序与单片机(13)并联，所述的计算机(17)设置有信号测试分析软件。
专利摘要便携式桥梁健康监测系统，包括USB通讯线、电源控制器、RS-485扩展线，USB通讯线将主计算机与电源控制器的USB接口相连，RS-485扩展线将电源控制器的通讯输出插座与第一个数据采集模块的通讯输入插座相连，第一个数据采集模块的通讯输出插座与第二个数据采集模块的通讯输入插座通过RS-485扩展线相连，第二个数据采集模块的通讯输出插座与第三个数据采集模块的通讯输入插座通过RS-485扩展线相连。本实用新型以较小的代价便能快速、及时、准确地了解桥梁的运营状况，实现桥梁状态快速检测与评定，对建设节约型公路桥梁养护体系将会有积极地推进作用，并产生重大的社会和经济效益。
文档编号G01D21/02GK202974336SQ20122067055
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月8日 优先权日2012年12月8日
发明者施杰, 刘椿峰 申请人:江苏泰斯特电子设备制造有限公司