专利名称：基于无线传感节点的起重机械健康监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于起重机械健康监测技术领域，具体涉及ー种基于无线传感节点的起重机械健康监测系统。
背景技术：
起重机械的健康状况直接影响着整机的安全性和可靠性。由于起重机械在运营过程中，受工作环境、起重机械存放、吊运和安装等的影响，其金属结构会逐渐出现不同程度的变化，所以，需要不断对起重机械的健康状况进行监测，从而方便对起重机械进行维护，以及提高起重机械使用的安全性。现有起重机械质量的检测方法主要为目测方法，由于目测方法只为定性判断，而 且受观察者经验水平的限制，所以，具有检测精度低的缺陷。另外，对起重机械的某些重要部位进行目测时，常常需要停机检查，从而影响了起重机械的正常动作，而且加重了人力成本。
实用新型内容针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种基于无线传感节点的起重机械健康监测系统，可以对起重机械的健康状况实时监测，而且，通过无线传输方式，一方面，避免现场繁琐的布线，具有安装方便的优点，而且，还消除了长电缆传输带来的噪声干扰，从而提高了信号传输的可靠性，进而提高了监测系统的监测精度和抗干扰能力。本实用新型采用的技术方案如下本实用新型提供一种基于无线传感节点的起重机械健康监测系统，包括数据采集网关和至少ー个传感器采集系统，每ー个所述传感器采集系统和所述数据采集网关无线连接。优选的，各个所述传感器采集系统自组织形成星型、线型或网状的网络拓扑结构。优选的，每ー个所述传感器采集系统包括传感器节点、信号调理电路和ー个以上固定安装在待监测起重机械表面关键部位的传感器；各个所述传感器通过所述信号调理电路与所述传感器节点连接。优选的，所述信号调理电路包括依次连接的信号放大电路、信号滤波电路和A/D转换电路。优选的，所述传感器节点包括电源模块、数据采集处理模块、无线收发模块和数据存储模块；所述电源模块分别与所述数据采集处理模块、所述无线收发模块和所述数据存储模块连接。优选的，所述传感器节点还包括传感器节点外壳；所述电源模块、所述数据采集处理模块、所述无线收发模块和所述数据存储模块封装在所述传感器节点外壳内部。优选的，所述传感器为温度传感器、压カ传感器和加速度传感器中的ー种或几种。优选的，还包括数据处理和控制服务器；所述数据采集网关通过互联网与所述数据处理和控制服务器连接。优选的，所述数据采集网关包括依次连接的数据采集控制电路和通信电路。优选的，所述数据采集控制电路包括网关存储模块；所述通信电路包括USB接口、以太网通信接口和GPRS/CDMA通信接口中的一种或几种。本实用新型的有益效果如下通过使用本实用新型提供的基于无线传感节点的起重机械健康监测系统，通过在待监测起重机械表面关键部位安装传感器，实现了对起重机械的健康状况实时监测；而且，通过无线传输方式，消除了长电缆传输带来的噪声干扰，提高了监测系统的监测精度和抗干扰能力；另外，传感器采集到的数据通过网络上传给数据处理和控制服务器，通过对数据进行分析，实现识别和诊断起重机械的损伤情况，因此，本实用新型实现了对起重机械的实时在线监测与诊断，为保障起重机械的安全运行提供了科学依据。
图I为本实用新型提供的基于无线传感节点的起重机械健康监测系统的结构示意图；图2为本实用新型提供的起重机械健康监测系统中传感器节点的外部构造图；图3为传感器节点中一个通道的电路原理图；图4为本实用新型提供的起重机械健康监测系统中软件模块图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型提供的基于无线传感节点的起重机械健康监测系统进行详细说明。如图I所示，为本实用新型实施例提供的一种基于无线传感节点的起重机械健康监测系统，包括数据采集网关和至少一个传感器采集系统，每一个所述传感器采集系统和所述数据采集网关无线连接。由于传感器采集系统和数据采集网关通过无线传输方式连接，消除了长电缆传输带来的噪声干扰，提高了监测系统的监测精度和抗干扰能力。下面对传感器采集系统和数据采集网关分别介绍(一 )传感器采集系统由于数据采集网关和多个传感器采集系统相连，所以，各个传感器采集系统可以基于802. 15. 4协议，并自组织形成星型、线型或网状等网络拓扑结构。对于每一个传感器米集系统包括传感器节点、信号调理电路和一个以上固定安装在待监测起重机械表面关键部位的传感器；各个所述传感器通过所述信号调理电路与所述传感器节点连接。其中，传感器包括温度传感器、压力传感器、加速度传感器等，用于监测起重机械各种参数的变化情况，例如起重机械关键部位的变形、应变、挠度、振动等参数，从而有利于更准确的获得起重机械的损伤情况。传感器将采集到的信息发送给信号调理电路，经信号调理电路进行信号调理后，再传给传感器节点，由传感器节点进行后续处理。每一个传感器到传感器节点之间的连接构成的通路可以称为一个通道，每个通道内置有独立的高精度120-1000 Q桥路电阻和放大调理电路，可以方便地由软件自动切换选择1/4桥、半桥或全桥测量方式，兼容各种类型的桥路传感器。如图2所示，为本实用新型提供的起重机械健康监测系统中传感器节点的外部构造图，如表I所示，为传感器节点中四个传感器节点的參数表。如图3所示，传感器节点中一个通道的电路原理图。其中，信号调理电路包括依次连接的信号放大电路、信号滤波电路和A/D转换电路，用于对接收到的来自传感器上传的电信息进行放大、滤波和模数转换处理，得到数字信号，并将该数字信号发送给传感器节点。表I
四芯接ロ定义 编号标示功能描述
1GND信号地---
2Sn+通道！！输入+
3VEXC电桥激励电压
4Sn1通道n输入-具体的，传感器节点还可以包括电源模块、数据采集处理模块、无线收发模块和数据存储模块。其中，电源模块分别与数据采集处理模块、无线收发模块和数据存储模块连接，用于向各模块供电。并且，为延长传感器节点的工作寿命，传感器节点还包括传感器节点外売；所述电源模块、所述数据采集处理模块、所述无线收发模块和所述数据存储模块封装在所述传感器节点外壳内部，其中，外壳可以为Ryton PPS塑料外壳。数据采集处理模块用于控制各传感器的采样频率，数据存储模块用于对传感器采集到的信息进行节点存储，无线收发模块用于将传感器采集到的信息通过无线方式上传给数据采集网关。本实用新型提供的传感器节点，具有结构紧凑，体积小巧的优点。并且，传感器节点采集的数据既可以实时无线传输至计算机，也可以存储在传感器节点内置的数据存储模块中，保证了采集数据的准确性。传感器节点的空中传输速率可以达到250K BPS，有效室外通讯距离可达100m。并且，传感器节点设计有专门的电源管理软硬件，在实时不间断传输情况下，节点功耗仅25mA，使用内置的可充电电池，可连续测量十几个小时。因此，该传感器节点使用简单方便，无线数字信号传输方式消除了长电缆传输带来的噪声干扰，整个测量系统具有极高的測量精度和抗干扰能力。无线传感器节点可以组成庞大的无线传感器网络，支持上千个测点同时进行大型结构监測。(ニ)数据采集网关数据采集网关负责把接收到的无线数据通过计算机接ロ传输至计算机进行存储，分析处理。数据采集网关包括依次连接的数据采集控制电路和通信电路。数据采集控制电路包括网关存储模块，用于实现经信号调理电路得到的数字信号的存储。通信电路包括USB接ロ、以太网通信接ロ、GPRS/CDMA通信接ロ ；从而实现将数据采集网关得到的数据进行本地传输或远程传输的目的。数据采集网关具有以下特性⑴支持数据透明传输；⑵支持断线自动重连；(3)支持最大8G的数据缓存；(4)支持数据中心动态域名或IP地址访问；(5)支持永远在线工作模式；(6)支持太阳能供电；(7)配置文件在SD卡中，无需串口，配置方便；(8)工作电流140mA/12V，在线待机电流100mA/12V ； (9)防水等级IP66，适合在野外工作。另外，本实用新型提供的基于无线传感节点的起重机械健康监测系统，还包括与数据采集网关通过互联网连接的数据处理和控制服务器，数据处理和控制服务器还连接有起重机械结构健康评估系统，实现对起重机械结构的健康状况的评估。具体的，起重机械结构健康评估系统包括设备风险管理模块、设备检验管理模块、设备健康监测模块和设备单位管理模块。其中，设备风险管理模块主要是采用大型起重机械的实时监测数据和风险评估理论方法，对大型起重机械的动态风险进行分析与评估，并对风险进行排序，以实现对起重机械的风险管理。设备检验管理模块是将检验过的起重机械的检测报告进行电子备案与分类。设备健康监测模块是由分布式的数据采集、处理、控制及通信功能构成。可对各个传感器节点采集到的数据实时同步显示、分析和存储，采集到的数据以通用文件格式，例如UFF、CSV, TXT等存储，可以输出到广泛的第三方软件进行后处理。另外，传感器校准参数、通道数据、位置等信息也可以通过无线数据采集软件写入传感器节点内部。针对网络中的异常情况实时报警，利于网络的维护和管理。同时还包含对起重机械的损伤进行识别与诊断，以实现对大型起重机械的实时在线监测与诊断等。设备单位管理模块是对大型起重机械所属单位的信息采集与备案。便于管理机构对使用单位统一管理与检测。本实用新型中，针对大型起重机械健康监测系统的功能需求，设计软件系统结构，采用了先进的C/S结构，实现实时监测、实时处理和损伤预警，人机交互环境友好。如图4所示，为本实用新型提供的起重机械健康监测系统中软件模块图。下面介绍本实用新型的一种具体实施方式
将本系统应用在15吨桥式起重机上，验证其监测性能。此15吨桥式起重机跨度为16. 5m，轨道高度为9m，大车轨道长度为120m，大车运行速度82. 3m/min,小车运行速度38. 9m/min,工作在造船厂的加工车间内。在主梁跨中上盖板上表面设置5个点进行测量，这5个点分别是跨中上盖板1/2点、上盖板左右1/4共两点、上盖板左右1/8共两点，这样可一次进行整个起重机主梁的分布式监测。打开监测系统的软件，对起重机进行加载，控制实验表明5个通道监测数据均正常。对比用应变仪应用在第一通道，此监测系统所测结果与专用应变仪打印出的应变值基本相同。经试验证明，本监测系统与传统的电阻应变片检测技术具有数据与精度的一致性，且现场安装与操作更加便捷，同时还可进行长时间监测。综上所述，本实用新型提供的基于无线传感节点的起重机械健康监测系统，通过在待监测起重机械表面关键部位安装传感器，实现了对起重机械的健康状况实时监测；而且，通过无线传输方式，消除了长电缆传输带来的噪声干扰，提高了监测系统的监测精度和抗干扰能力；另外，传感器采集到的数据通过网络上传给数据处理和控制服务器，通过对数据进行分析，实现识别和诊断起重机械的损伤情况，因此，本实用新型实现了对起重机械的实时在线监测与诊断，为保障起重机械的安全运行提供了科学依据。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 脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
权利要求1.一种基于无线传感节点的起重机械健康监测系统，其特征在于，包括数据采集网关和至少ー个传感器采集系统，每ー个所述传感器采集系统和所述数据采集网关无线连接。
2.根据权利要求I所述的基于无线传感节点的起重机械健康监测系统，其特征在干，各个所述传感器采集系统自组织形成星型、线型或网状的网络拓扑结构。
3.根据权利要求I所述的基于无线传感节点的起重机械健康监测系统，其特征在干，每ー个所述传感器采集系统包括传感器节点、信号调理电路和ー个以上固定安装在待监测起重机械表面关键部位的传感器；各个所述传感器通过所述信号调理电路与所述传感器节点连接。
4.根据权利要求3所述的基于无线传感节点的起重机械健康监测系统，其特征在干，所述信号调理电路包括依次连接的信号放大电路、信号滤波电路和A/D转换电路。
5.根据权利要求3所述的基于无线传感节点的起重机械健康监测系统，其特征在干，所述传感器节点包括电源模块、数据采集处理模块、无线收发模块和数据存储模块；所述电源模块分别与所述数据采集处理模块、所述无线收发模块和所述数据存储模块连接。
6.根据权利要求3所述的基于无线传感节点的起重机械健康监测系统，其特征在干，所述传感器节点还包括传感器节点外壳；所述电源模块、所述数据采集处理模块、所述无线收发模块和所述数据存储模块封装在所述传感器节点外壳内部。
7.根据权利要求3所述的基于无线传感节点的起重机械健康监测系统，其特征在干，所述传感器为温度传感器、压カ传感器和加速度传感器中的ー种或几种。
8.根据权利要求I所述的基于无线传感节点的起重机械健康监测系统，其特征在干，还包括数据处理和控制服务器；所述数据采集网关通过互联网与所述数据处理和控制服务器连接。
9.根据权利要求I所述的基于无线传感节点的起重机械健康监测系统，其特征在干，所述数据采集网关包括依次连接的数据采集控制电路和通信电路。
10.根据权利要求9所述的基于无线传感节点的起重机械健康监测系统，其特征在干，所述数据采集控制电路包括网关存储模块；所述通信电路包括USB接ロ、以太网通信接ロ和GPRS/CDMA通信接ロ中的ー种或几种。
专利摘要本实用新型提供一种基于无线传感节点的起重机械健康监测系统，包括一个以上传感器采集系统和数据采集网关，每一个所述传感器采集系统和所述数据采集网关无线连接。因此，本实用新型可以对起重机械的健康状况实时监测，而且，通过无线传输方式，消除了长电缆传输带来的噪声干扰，提高了监测系统的监测精度和抗干扰能力。
文档编号H04W84/18GK202524429SQ20122009755
公开日2012年11月7日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者丁克勤, 李娜, 王志杰, 王浩, 赵娜 申请人:中国特种设备检测研究院, 北京中检希望科技有限公司