一种结构荷载-响应变化的实时在线智能监测演示平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程监测演示平台，尤其是一种结构荷载-响应变化的实时在线智能监测演示平台。
【背景技术】
[0002]目前，1.结构荷载-响应变化是土木结构工程师和土木科研工作者关注的核心内容，关于结构荷载-响应变化的课程如结构健康监测和结构振动控制等课程是土木工程学科教学计划中非常重要的课程，而这类课程往往具有过于理论抽象、与实际工程相差较大等特点，理论研宄相对枯燥且不够直观，不易被学习人员所理解掌握。又由于土木工程结构往往工程体型庞大，在现场演示结构荷载-响应变化系统比较困难，因为组织人员实地参观耗时耗力，且在土木施工现场不确定因素很多，很难保证参观人员的安全，如何能够很方便的使学习人员了解结构荷载-响应变化的全过程，并可以很好的解决，是本领域一项新的技术问题；
[0003]然而，研宄结构荷载-响应变化往往需要掌握传感器选型与布置、传感器线路的连接、采集箱与传感器的通信、采集箱与电脑的连接配置，数据的同步实时采集显示等多方面因素，是一个十分繁琐且复杂的体系；直观的反应所采集的数据以及实现大数据量的同步采集并实时保存成为亟待解决的问题。
[0004]现有的结构演示系统多面向专业的技术人员，其中往往包含了很对的专业参数配置、专业的分析模块，给使用人员造成一定困扰。其实在实际操作的过程中，对于对结构荷载-响应变化并不是十分深入了解的人员来说，他们通常更加关心采集数据的时程以及是否操作设置的警戒值，而不关心一些基本参数的配置。
[0005]常规的结构监测系统只能够处理采集位置处的响应数据，对于其他杆件以及节点的荷载响应无法获得，而研宄人员又往往需要知道更多的结构实时信息，以对结构的整体状态进行全方位的把握。布置更多的传感器以及使用更多采集通道的采集箱，既耗时耗力又不经济，工作效率低，使工程结构监测系统受限，是本领域进一步发展中的瓶颈，影响推广应用，不能满足市场和用户的需求。
[0006]鉴于上述原因，现有的结构监测系统需要改进、创新。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为了克服现有技术中存在的不足，提供一种结构荷载-响应变化的实时在线智能监测演示平台，安装灵活简单，体型相对较小，方便拆卸，便于运输，并且能实时在线推演示范，达到工程结构的健康安全监测，精准有效地演示桁架结构、悬臂结构、框架结构等多种结构的荷载-响应变化如应力、应变、位移和加速度等，并演示系统组建的全过程，实时采集多通道数据并通过列表、图表以及三维云图等多种方式对监测结果进行实时显示，实时保存采集数据并实时导出，通过智能算法实现实时查看结构模型全模型杆件荷载信息与全节点位移信息。
[0008]本发明为了实现上述的目的，采用如下的技术方案:
[0009]一种结构荷载-响应变化的实时在线智能监测演示平台，包括软件和硬件，分为传感器系统、数据采集与处理系统、通信系统、安全评估系统，传感器系统可使用多种类型传感器如振弦式应变传感器、压电式加速度传感器等，数据采集与处理系统可以使用多种采集仪如振弦式应变采集仪、NI数据采集仪等，响应包括各种结构常见荷载响应如应力、应变、位移、加速度等，选择最优选例子对系统进行说明，系统由:通信系统1，计算机设备2，数据线3，传感器系统4、传感器接线端子5，通道串口 6，数据采集仪7，数据采集与处理系统8、待测工程结构实体模型9，杆件节点板10，工程结构连接杆件11，振弦式应变计12，通信电缆13，传感器安装块14，传感器线圈15，USB端口 16构成；待测工程结构实体模型9上设置传感器系统4，传感器接线端子5的信号输入端端口一侧由通信电缆13连接工程结构连接杆件11，传感器接线端子5的信号输出端端口连接设置于数据采集与处理系统8信号输入端，数据采集与处理系统8的通道串口 6 —侧通过数据线3连接设置于通信系统I的USB端口 16，通信系统I内设置安全评估系统，进行工程结构荷载-响应变化智能监测、模拟演示，实时监测并以合理的方式进行显示，将采集的所有数据实时保存，分析与使用。
[0010]所述待测工程结构实体模型9不限于钢桁架模型，可为悬臂结构、框架结构等，此最优选例子由40根工程结构连接杆件11与16个工程结构杆件节点板10通过螺栓连接成钢桁架结构，四个杆件节点板10之间对应设置四根工程结构连接杆件11构成400mm*450mm的长方形，长方形内两个对角杆件节点板10之间设置工程结构连接杆件11构成长方形连接单元，三个杆件节点板10之间对应设置三根工程结构连接杆件11构成直角三角形连接单元，两个长方形连接单元两侧各设置直角三角形连接单元构成桁架结构的等腰梯形侧面，所述等腰梯形侧面由八个对角杆件节点板10和十三根工程结构连接杆件11构成，两个等腰梯形侧面的上边设置五根工程结构连接杆件11构成桁架结构的上表面，两个等腰梯形结构侧面的下边设置九根工程结构连接杆件11构成桁架结构的下表面，桁架结构下方两侧设置一对方形支架支撑；
[0011]所述桁架结构的等腰梯形侧面、桁架结构的上表面、桁架结构的下表面、工程结构连接杆件11、杆件节点板10、桁架结构重要部位截面图、桁架结构接头示意图均采用二次开发的AutoCAD软件绘制；
[0012]所述待测工程结构实体模型9使用机械加工标准软件Catia建立，模型呈现结构的细部且与实际加工尺寸对应，将模型保存成stl格式导入Labview开发平台进行显示与查看。
[0013]传感器系统4由:振弦式应变计12，传感器安装块14，传感器线圈15构成；振弦式应变计12采用不锈钢制造的振弦式应变计传感器，精度与灵敏度误差低于0.12%。、防水性能和耐腐蚀性符合国家相关标准GB/T的要求，适应各种工程结构在重力、风、寒、暑外界条件下，四季长期监测结构的应变与温度变化；
[0014]数据采集与处理系统8由:数据采集设备如数据采集仪7、数据采集与处理系统软件构成；
[0015]数据线3采用RS232转USB数据线；
[0016]通信系统I采用计算机设备2。
[0017]工程结构连接杆件11上设置至少一对传感器安装块14，传感器安装块14之间设置振弦式应变计，振弦式应变计中部设置传感器线圈；
[0018]所述的传感器安装块14根据振弦式应变计12传感器两端之间的长度，与所需要测量工程结构连接杆件11的位置，焊接在相应的工程结构连接杆件11上，通过传感器安装块14将振弦式应变计12定位，之后使用传感器线圈15将振弦式应变计12与通信电缆13固定连接在一起；通信电缆13由专用四芯屏蔽电缆将应变频率信号和温度电阻信号传输到数据采集与处理系统8，使传输出的频率信号距离匹配通信电缆13的长度。
[0019]所述的数据采集仪7至少为8通道，可实现至少8个传感器接线端子5应变与温度数据的同步采集和实时传输，本发明预设的待测工程结构的荷载-响应结构，即健康监测演示平台使用其中至少4个通道，可根据待测工程结构的荷载-响应结构需要随机更改或者添加测量的通道数量。
[0020]所述的结构荷载-响应变化监测开发软件系统即根据待测工程结构的荷载-响应结构，由荷载-响应变化监测演示平台开发的结构荷载-响应变化监测软件，与数据采集仪7通过通道串口 6进行通信，实时监测待测工程结构的荷载-响应结构相应位置的荷载响应，以列表与曲线图形两种方式对采集数据进行显示，并通过至少一种办公文本文件组件格式对采集数据进行导出管理；
[0021]通过编程开发的结构荷载-响应变化监测软件将三维模型进行集成，可在采集数据过程进行中实时查看三维模型，通过内置选项卡实现对三维模型的坐标轴和模型本身进行旋转、放大的编辑操作，也可根据对坐标轴颜色、模型颜色和背景颜色进行改变；通过内嵌的智能算法对待测工程结构实体模型9中