一种钢支撑轴力在线监测系统的制作方法

本实用新型涉及一种钢支撑轴力在线监测系统，应用于结构安全监测行业，特指一种测量钢支撑受力的在线分布式数据采集系统。

背景技术：

随着城市建设的发展，城市的空间资源日趋昂贵，许多工程通过向地下深层发展的方式以节约城市的空间资源。地铁工程通常采用了明挖基坑的方法施工。

内撑式基坑围护结构，具有结构简单，受力明确，施工可操作性强，进度快，钢支撑系统可循环利用等优点，得到了广泛的应用。多数地铁车站处于复杂地质条件和高风险的周围环境中，施工中往往需要严格控制基坑的稳定与变形。保证内支撑起到预加压的力学作用才能有效实现这一目标。因此，钢支撑内力监测成为实现这一目的的关键因素。

目前对于基坑围护结构的监测，使用的方案是振弦类传感器监测钢支撑轴力变化。而目前行业内还没有适用于基坑围护结构监测的采集系统，现场现在使用的采集设备均为简单的系统集成，在应用上带来很多问题，比如现场部署方式、信号通信传输方式等均不能很好的满足现场环境，导致监测数据不可靠。

技术实现要素：

针对上述的问题，本实用新型专利目的在于提出了一种钢支撑轴力在线监测系统，采用轴力计测量钢支撑轴力，系统采用分布式部署方案，数据通过ZigBee无线网络传输，可以使现场部署简便，提高数据可靠性。

本实用新型为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种钢支撑轴力在线监测系统，它包括多个三弦轴力计、多个分布式采集节点、路由节点、网关和云处理装置；

所述的三弦轴力计它包括有三根钢弦、线圈、钢弦固定夹座、电缆、温度传感器、钢柱主体；

三根钢弦分别固定于钢柱主体周边，钢弦成圆周分布，形成等边三角形；可以消除偏载带来的测量误差。

分布式采集节点与三弦轴力计采用电缆连接。

分布式采集节点通过ZigBee网络将数据传输至网关，网关经过DTU将现场采集数据发送至云处理装置云分析展示。

进一步的，分布式采集节点内置锂电池提供系统电源，分布式采集节点外部的太阳能充电板通过航插与分布式采集节点连接。

进一步的，网关还有zigbee协调器与DTU模块，网关中的zigbee天线与DTU天线吸住在zigbee网关周边。

进一步的，网关采用嵌入式处理器，嵌入式处理器连接有显示屏。

进一步的，该在线监测系统内置有zigbee模块，通信距离可以达到1Km以上。

进一步的，分布式采集节点内嵌振弦采集模块，外部扩展为三个振弦通道。

内部有自诊断模块，可以诊断轴力计状态和节点内部各个模块的运行状态。

网关内嵌显示屏，可以显示分布式采集节点信息和zigbee网络拓扑图、ZigBee信号强度值。

云处理装置可设计预警状态，当现场出现预警情况，可同时触发短信、电话、报表等手段通知客户，提前预警，避免险情发生。

本实用新型实现原理：采用三弦轴力计测量钢支撑轴力，三弦轴力计解决了普通轴力计偏载的问题，通过采用三根钢弦的轴力计，计算时计算三根钢弦频率的平均值，可以使偏载问题带来的轴力计监测误差问题得到很好的解决。分布式采集节点内置锂电池和外置太阳能充电板，可以使分布式采集节点长期在野外工作。分布式采集节点内置的Zigbee模块，使分布式采集节点可以与网关组成Zigbee网络，建立数据通信，分布式采集节点内置振弦采集模块，采用三个振弦采集通道，分别连接三弦轴力计的三个振弦传感器。路由节点，同样采用内置锂电池和外置太阳能充电板的电源方式，长期独立工作在野外，路由节点内置Zigbee路由模块。路由节点在Zigbee网络中提供数据中转作用，对于分布式采集节点距离网关较远，无法与网关通信，需要采用路由节点进行数据中转，路由节点、分布式采集节点和网关共同组成Zigbee网络。网关采用市电供电，内置嵌入式处理器和Zigbee协调器、DTU等模块，网关管理现场所有分布式采集节点工作，将分布式采集节点数据通过DTU上传到云处理装置，网关内置显示屏，可以显示现场分布式采集节点工作状态。云处理装置提供数据服务，可以容纳大量数据，可以对数据进行分析、评估，定期发送报表至客户，并可以在第一时间做出预报警。

本实用新型的有益效果：

本实用新型解决了地铁基坑行业钢支撑轴力在线监测的问题，提供了一套在线分布式监测系统，采用三弦轴力计和ZigBee无线网络，解决了钢支撑轴力监测过程中轴力计偏载问题，同时解决了现场部署便捷问题，在线监测系统提供了数据实时监测，可以提前预警，提高了监测数据可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的三弦轴力计结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1、2对本实用新型进行详细描述：

一种钢支撑轴力在线监测系统，主要有多个三弦轴力计3、7、15、多个分布式采集节点2、4、6、路由节点5、网关8和云处理装置1组成。

上述的三弦轴力计，主要有钢弦18，线圈19，钢弦固定夹座17，电缆20，温度传感器21，钢柱主体16组成。三根钢弦分别固定于钢柱主体16周边，钢弦18成圆周分布，形成等边三角形。分布式采集节点2、4、6与三弦轴力计3、7、15采用电缆20连接，采集轴力计频率时，分布式采集节点2、4、6分别采集三根钢弦的频率值，然后在计算三根钢弦的平均值，用于消除轴力计偏载带来的误差。

上述的分布式采集节点2分别安装在现场轴力计旁，用于采集三弦轴力计3、7、15的数据。分布式采集节点2内置锂电池提供系统电源，分布式采集节点2外部的太阳能充电板通过航插与分布式采集节点2连接，通过充电管理电路为锂电池充电，使分布式采集节点2可以长期工作。内置的Zigbee模块通过串口总线与单片机系统连接，同时将zigbee模块天线引出到外面，zigbee天线采用吸盘天线，可以安装于分布式采集节点2或者安装时吸住在传感器附近区域，工作时，通过zigbee网络将数据发送至网关8。

路由节点5根据现场分布式采集节点2的情况部署，如果分布式采集节点2距离网关8的距离超出了zigbee通信距离限制，则需要在分布式采集节点2与网关8中间增加路由节点5。

网关8部署在项目现场物资房或其他有市电的地方即可，网关8还有zigbee协调器11与DTU模块12，网关8的zigbee天线13与DTU天线14吸住在zigbee网关周边，并注意将zigbee天线13部署离墙面0.5米，距地面高1米的位置。网关8采用嵌入式处理器10负责现场分布式采集节点ZigBee网络管理，嵌入式处理器10连接有显示屏9，可以将现场的分布式采集节点信息显示，同时也可以显示现场zigbee网络拓扑图，便于现场后期维护。云处理装置1通过DTU12将采集信息下发到网关8，在通过zigbee网络将命令下发到每个分布式采集节点2。数据采集整理完成后，分布式采集节点2设置下一次唤醒采集时刻，然后进行休眠，进入低功耗模式。当达到下一次工作时间，分布式采集节点2由内部RTC电路中断唤醒，与网关8通信，完成本次数据采集。

云处理装置对网关8上传的数据首先进行展示，然后根据历史数据以及数据库中其他的海量数据比较分析，得出项目现场结构物健康状态。同时，对于现场出现预警数据，会第一时间以报表、电话、短信等手段通知客户，即时采取预警方案，防止事故出现。