桥梁有效预应力数据采集仪的制作方法

本实用新型属于桥梁预应力检测技术领域，具体涉及一种桥梁有效预应力数据采集仪。

背景技术：

道桥施工中，桥梁上部结构大量采用预应力设计，准确的按照设计要求施加预应力成为桥梁施工中重要的环节。通过对在役的预应力桥梁调查和检测表明，在我国运行的道路桥梁中，很多现场张拉工艺不规范，导致预应力结构出现大量裂缝，从而直接影响桥梁工程的安全性和耐久性，最终则影响桥梁的正常使用功能。

为提高桥梁构件的抗弯能力和刚度，增加构件的耐久性，进而提高桥梁的载重能力，推迟裂缝出现的时间问题，需实时监督控制预应力张拉施工，使得预应力张拉合理规范。

目前，桥梁预应力张拉现场施工仍主要采用人工读数的方法获得相关施工参数，参数的获取都是靠人眼观察得来，具有一定的误差，从而影响了预应力张拉的精度。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种桥梁有效预应力数据采集仪，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种桥梁有效预应力数据采集仪，包括位移传感器信号输入接口、液压传感器信号输入接口、信号采集电路、RS485总线电路、WiFi通信电路和供电电路；

所述位移传感器信号输入接口用于与位移传感器的输出端连接，所述位移传感器的活动抽头与预应力张拉机的张拉机构连接；

所述液压传感器信号输入接口用于与液压传感器的输出端连接，所述液压传感器通过适配接口连接到预应力张拉机的液压表；

所述位移传感器信号输入接口和所述液压传感器信号输入接口的输出端依次通过所述信号采集电路和所述RS485总线电路后，连接到所述WiFi通信电路；

所述供电电路分别与所述信号采集电路、所述RS485总线电路和所述WiFi通信电路连接，用于向所述信号采集电路、所述RS485总线电路和所述WiFi通信电路供电。

优选的，所述信号采集电路包括依次连接的信号选通电路、信号放大电路、信号滤波电路和AD转换电路。

优选的，所述供电电路包括直流稳压电源、锂电池充电电路、锂电池、第1降压电路、升压电路、第2降压电路和电池电量管理电路；

所述直流稳压电源的输出端通过所述锂电池充电电路连接到锂电池的充电端；所述锂电池的第1供电端依次通过所述第1降压电路和所述升压电路后，分别与所述信号采集电路、所述位移传感器信号输入接口和所述液压传感器信号输入接口连接，用于向所述信号采集电路、所述位移传感器信号输入接口和所述液压传感器信号供电；所述锂电池的第2供电端连接到所述第2降压电路的输入端；所述第2降压电路的第1供电端与所述WiFi通信电路连接，用于向所述WiFi通信电路供电；所述第2降压电路的第2供电端与所述RS485总线电路连接，用于向所述RS485总线电路供电；所述第2降压电路的第3供电端通过所述电池电量管理电路后，连接到电量显示电路。

本实用新型提供的桥梁有效预应力数据采集仪具有以下优点：

能够自动精确的对桥梁预应力张拉现场施工参数，即：预应力钢束张拉伸长量与张拉力进行监控，从而提高参数获取精度，最终提高了预应力张拉的精度。

附图说明

图1为本实用新型提供的桥梁有效预应力数据采集仪的结构示意图；

图2为本实用新型提供的桥梁有效预应力数据采集系统的结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

理论与实际表明，在桥梁内部预留应力孔，埋设钢筋，成型后进行预应力张拉能有效地提高桥梁构件的抗压强度和刚度，增加构件的耐久性，进而提高桥梁的载重能力，推迟裂缝出现的时间，因此预应力桥梁设计方法在现代桥梁设计中被广泛采用。在张拉施工时，需对张拉应力和应变加以精确控制以达到预应力设计初衷且要防止拉力过大导致桥梁内部钢索(预应力钢束)断裂的目的。

为方便桥梁预应力张拉施工，提高预应力张拉的测量准确度，降低桥梁的安全隐患。本实用新型对预应力张拉施工过程所关注的张拉力和张拉伸长量，实现实时监控，从而实时监督预应力张拉施工过程，控制有效预应力的大小及均匀度，使得预应力张拉合理规范，确保桥梁预应力张拉施工质量符合设计和规范要求。

本实用新型设计的桥梁有效预应力数据采集仪基于位移传感器、液压传感器、模数信号转换等技术，通过设计实现桥梁预应力张拉施工智能监控系统，实时测量获取张拉强度与张拉位移，使得预应力张拉施工工艺有效完成，确保桥梁预应力张拉施工质量符合设计和规范要求，最终达到降低当前因施工不当而造成桥梁预应力质量隐患的目的。

参考图1，本实用新型提供一种桥梁有效预应力数据采集仪，包括位移传感器信号输入接口、液压传感器信号输入接口、信号采集电路、RS485总线电路、WiFi通信电路和供电电路；

位移传感器信号输入接口用于与位移传感器的输出端连接，位移传感器的活动抽头与预应力张拉机的张拉机构连接；

液压传感器信号输入接口用于与液压传感器的输出端连接，液压传感器通过适配接口连接到预应力张拉机的液压表；

位移传感器信号输入接口和液压传感器信号输入接口的输出端依次通过信号采集电路和RS485总线电路后，连接到WiFi通信电路；

供电电路分别与信号采集电路、RS485总线电路和WiFi通信电路连接，用于向信号采集电路、RS485总线电路和WiFi通信电路供电。

其中，信号采集电路包括依次连接的信号选通电路、信号放大电路、信号滤波电路和AD转换电路。

供电电路包括直流稳压电源、锂电池充电电路、锂电池、第1降压电路、升压电路、第2降压电路和电池电量管理电路；

直流稳压电源的输出端通过锂电池充电电路连接到锂电池的充电端；锂电池的第1供电端依次通过第1降压电路和升压电路后，分别与信号采集电路、位移传感器信号输入接口和液压传感器信号输入接口连接，用于向信号采集电路、位移传感器信号输入接口和液压传感器信号供电；锂电池的第2供电端连接到第2降压电路的输入端；第2降压电路的第1供电端与WiFi通信电路连接，用于向WiFi通信电路供电；第2降压电路的第2供电端与RS485总线电路连接，用于向RS485总线电路供电；第2降压电路的第3供电端通过电池电量管理电路后，连接到电量显示电路。

有效预应力检测仪功能指标：

(1)电量指示功能

检测仪带电量指示功能：采用5颗LED指示电量，充电或工作状态显示电池电量状态。

(2)信号处理及无线通讯功能

1)模拟信号采集

检测仪可采集2路模拟电流信号，采集的电流信号转换成数字信号，通过WiFi电路通讯，上传数据给测试平台终端。

2)无线通讯功能

测试平台终端具有WiFi通信功能，提供30米范围内稳定可靠通讯。测试平台终端与检测仪WiFi连接后，通过协议与数据采集电路通讯，并把数字信号上传到测试平台终端进行数据处理。

(3)性能指标

1)电量指示

采用5颗LED指示电池电量范围。

2)电流信号采集

采集2路模拟信号：4～20mA电流，测量精度1％，分辨率12bit。

硬件设计：有效预应力检测仪系统由1台液压泵、位移传感器、液压传感器、有效预应力检测仪和测试平台终端组成。液压传感器在液压泵上，通过线缆连接到检测仪，位移传感器安装在位移装置上，且由液压泵控制位移装置，位移传感器通过线缆连接到检测仪。液压传感器和位移传感器都需要检测仪供电。检测仪与测试平台通过WiFi连接，组成完整的测试平台。如图2所示。

(4)有效预应力检测仪硬件组成

有效预应力检测仪硬件主要由电源管理电路、数据采集电路、WiFi转串口电路组成。电源管理电路包括电量管理电路、可充电锂电池、电池充电电路、电源电源降压电路、电源电源升压电路、RS485总线电路。数据采集电路和WiFi转串口电路。

下面对涉及到的部分硬件进行详细介绍：

(1)锂电池充电电路

本实用新型可支持19V～27V直流稳压电源输入，选用MAX8725ETI充电管理芯片，可对14.8V可充电锂电池充电，充满电为16.8V，并调整充电电流为1A，该芯片输入电压范围广，输出电流高，电压稳定。

(2)电源降压电路

由于输入允许范围在19V～27V，而锂电池电压范围在11V～16.8V，为能保证在冲电和非充电状态下正常工作，本电源电路采用MAX17502芯片，可满足本设计中的宽范围电源输入，在11V～27V之间稳定输出电压3.3V，可提供给电量显示电路，当接入电源充电同时，由控制电源引脚控制电量显示电路，此时本设备未开机电源开关时，是把WiFi电源断开，避免WiFi电路电路充电切没有作业情况下开启。

由于锂电池电压范围在12V～16.8V之间，且外部电源电压为19V～27V之间，电压范围较大，电源电源降压电路采用了两种电路方案，一种方案是采用LM2596降压后提供给电源升压电路；另一种是采用MAX17502方案降压后提供给电池管理电路、RS485总线电路、WiFi电路。在外部电源输入充电时，MAX17502电路被外接电源开启，为MCU电路提供电源来显示充电时电量信息。

(3)电源升压电路

由于输入允许范围在19V～27V，而锂电池电压范围在11V～16.8V，为能保证在冲电和非充电状态下正常工作，本电源电路采用LM2596-ADJ芯片先降压到9V的稳定电源，该芯片最高输出电流可达3A的电源芯片，输入电压范围广，输出电流高，电压稳定。经过稳定降压之后再经过MP3425DL芯片进行升压至24V直流电源，为传感器和采集电路提供稳定电源。]

因此，电源电源升压电路采用MP3425DL方案，为避免输入电压范围过大造成升压电路不稳定，由LM2596稳压9V提供电源，通过升压后取得24V电源。为采集电路、位移位移传感器供电。

(4)信号采集电路、RS485与WiFi通讯电路

信号采集电路采用康耐德数据采集电路，本电路电流采集范围在4～20mA，并采用modbus rtu通讯协议，此电路把模拟数据转换成数据信号后，通过RS485通讯电路转换成串口数据，再与WiFi通讯，WiFi把采集的信号上传至控制终端。

信号采集电路对模拟信号采集频率为500Hz，回传平台终端的数据为13位数据，按照默认通讯波特率为9600，加上WiFi电路与采集电路通讯时间，读取数据时间需大于20ms，为保证数据读取正确性和结合实际应用(数据不需要密集读取)，读取数据时间定为大于等于100ms取一次数据。如需更加密集采集数据，可根据需要调整通讯波特率。

网络电路选择有人科技公司的USR-WIFI232-B2模组，USR-WIFI232-B2是一款一体化的802.11b/g/n Wi-Fi的模组，它提供了一种将用户的物理设备连接到Wi-Fi无线网络上，并提供UART串口等接口传输数据的解决方案。通过此网络电路，可以很方便实现物联网络控制与管理。

WiFi电路与信号采集电路是通过RS485总线通讯。信号采集电路不间断的采集模拟信号，测试平台终端与WiFi电路连接后通过指令读取信号采集电路的数字信号，RS485总线在WiFi电路和信号采集电路之间起到桥梁作用，主控单元为WiFi电路。

(5)电池电量管理电路

电量显示采用两种方案，一种是锂电池带总线通讯时，MCU通过SMBus协议与电池通讯读取电池电量信息；另一种是锂电池不带总线通讯时MCU通过采集电池电压方式判断电量。读取电池电量后，通过5颗LED显示电量信息。

电池采用带总线时，在充电或者非充电状态，MCU都可以通过总线读取电量即可，电量充满状态时MCU控制5颗LED灯全亮；当电量低时只MCU控制1颗LED灯亮；电量低检测仪无法正常使用，指示最低电量的LED将采用闪烁表示。

电池不带总线时，MCU需要采集电池电压及电源适配器输入的电压。锂电池在充电时会产生虚假电压，并非是电池本身电量，所以此方案有两种状态，一种是充电状态，另一种是非充电状态。当在充电状态，MCU需要采集电池电压及电源适配器输入电压来判断电量。如果是非充电状态则需读取电池电压判断电量即可。控制5颗LED显示电量显示方式与带总线显示方式一样。

本实用新型选用MCU控制电路芯片STM32F103C8，MCU通过采集锂电池电量信息，采用5可LED指示灯按电量百分比进行电量指示，一颗指示显示为20％电量，5颗指示灯全亮为100％，在充电状态时，在百分比之内的指示灯将会闪烁，在非冲电状态下电量低于10％时，最低指示电量LED灯将会闪烁警告提醒。

(6)电量显示

电源适配器接入检测仪充电或者开启检测仪开关时才显示电量。检测仪电源开关在没有开启的状态时，接入电源适配器充电会开启电量显示，直到电源适配器断开才不会显示电量。检测仪在非充电状态开启电源开关时，电量将常态显示电量，直到电源开关关闭才不会显示电量。

本实用新型提供的桥梁有效预应力数据采集仪具有以下优点：

能够自动精确的对桥梁预应力张拉现场施工参数，即：预应力钢束张拉伸长量与张拉力进行监控，从而提高参数获取精度，最终提高了预应力张拉的精度。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。