工程结构监测数据自动采集装置的制作方法

本实用新型涉及工程结构安全监测技术领域，尤其是一种工程结构监测数据自动采集与低功耗无线传输装置。

背景技术：

土木工程各结构的关键参数直接影响到结构本身的可靠性和人员的安全，如土木工程结构的沉降、倾斜、裂缝、应变(应力)、风速、风压、风向、雪压、地下水位等参数。

目前，监测数据一般采用外接电源的监测设备功耗较高，受环境影响大，需要复杂的现场布线，工作量大，使用不方便，同时现有的采集器无法长时间的测量多种类型结构参数。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种体积小不用繁杂布线且实时和自动采集、远程调整工程结构监测数据采样频次的装置。

本实用新型的工程结构监测数据自动采集装置，包括电池、低功耗控制器、数字总线模块、振弦采集模块、至少一个数字式传感器、至少一个振弦式传感器，电源管理模块和远程通信模块；所述的电池分别与低功耗控制器电连接，电源管理模块分别与电池、低功耗控制器、振弦采集模块、远程通信模块和数字式传感器连接并收集各连接部件的电压信息和供电时间信息；

低功耗控制器通过数字总线模块分别与振弦采集模块、远程通信模块和数字式传感器相连；所述的振弦采集模块包括振弦测量模块、第一防雷模块、通道选择模块；振弦测量模块通过第一防雷模块与通道选择模块相连，通道选择模块与若干个振弦式传感器相连。

振弦式传感器(vibrating wire transducer)是以拉紧的金属弦作为敏感元件的谐振式传感器。当弦的长度确定之后，其固有振动频率的变化量即可表征弦所受拉力的大小,通过相应的测量电路,就可得到与拉力成一定关系的电信号。

振弦式传感器通过校准后的传感器建立弦频率与安装在土木结构上的变形或应变建立物理关系，通过公式推算相关物理量。振弦式传感器可以直接购买，凡电压或差阻原理的检测传感器其输出电压不高于12V均可以接入本采集器，通讯协议符合水利部2014年颁布的水文监测数据通信规约(SL651-2014)协议的可均直接接入，其它以电压或差阻为原理的传感器在厂家提供通讯协议后也可以接入。

振弦式传感器包括振弦式测缝计、振弦式土压力计、振弦式渗压计、振弦式钢筋计、振弦式应变计等等多种产品，用于监测或收集不同的参数，振弦式传感器安装类别和安装方式根据具体监测对象和传感器厂家的产品说明书由相关土木专业的技术工程师与生产厂家协商确定。

电源管理模块的作用在于收集各连接部件的电压信息和供电时间信息；从电压信息可显示各部件的工作情况，电压信息可作为预警信息传输给远端服务器，若电压过低则可选择更换电池，电池在使用寿命内的电压过低或过高则可对电池进行检修。供电时间信息作为各部件的一个工作参数，随最终的采集数据一起通过无线传输模块传输给远端服务器。科拉德CES-5103宽压电池管理板，8串24V50AH带通讯协议锂电保护板等等市面上常见的电源管理模块均适用于本申请。

数字总线模块(CAN模块)是一款对各电子控制装置之间实现通讯数据转发的智能电控设备。RS485、GCAN-207数字总线模块和K-85系列CAN总线等市面常用模块均适用于本实用新型。

优选的，本实用新型的电池为锂电池，锂电池用于采集装置中各用电部件的供电，可根据设备的使用和维护间隔情况选择适宜大小的电池容量；优选的，可选择可充电的锂电池。所述的远程通信模块为GPRS模块，GPRS模块是目前公知的无线通信技术模块，通过GPRS模块可以满足采集装置与控制中心或数据处理平台的通信需求，如可以远程接受用户的控制指令(如参数设定，开关机信号等)，将采集装置采集的信息远程传输给数据处理平台。

优选的，本实用新型的低功耗控制器为单片机或ARM处理器，其主要实现数据格式处理、数据缓存和通信、根据远程指令对内部参数修改等功能，如选用美国德州仪器的MSP430系列单片机。低功耗控制器的主要作用是数据格式处理，即对采集的各种格式数据处理成统一格式，方便本地存储和远程传输。

优选的，本实用新型的振弦采集模块可以为多通道振弦采集仪，最多可接8个振弦式传感器，如可采用深圳工讯科技的MAS-F系列的多通道振弦采集仪。振弦测量模块主要通过数模转换产生激励信号加到振弦传感器，通模数转换、放大等处理把传感器的采集的模拟量装换为数字量；根据现场需要，可以直接外接传感器传输线，也可以外接防雷模块对CPU控制器提供保护。

优选的，本实用新型的还包括第二防雷模块；所述的数字总线模块通过第二防雷模块与数字式传感器相连。所述的第二防雷模块与第一防雷模块相同。

本实用新型与现有技术相比不用繁杂布线且能实时和自动采集工程结构数据；能分别实现单点测量、选点测量、定时测量。单点测量时在接收到命令后能对单个被测量元器件进行一次或者连续多次采集。选点测量能对选定的被测量依次单次采集。定时测量时按设定的采集时间、周期、通道自动采集。通过对振弦式传感器的选择可以检测具体的参数，可以通过低功耗控制器设定采样频率；采样得到的数据可以通过远程通信模块实时发送给数据处理平台或监控中心。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

其中：11、电池，12、低功耗控制器，13、数字总线，14、振弦采集模块，141、振弦测量模块，142、防雷模块，143、通道选择模块，18、防雷模块，19、数字式传感器，15、振弦式传感器，16、电源管理模块，17、远程通信模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型的单通道工程结构监测数据自动采集装置，包括电池11、低功耗控制器12、数字总线模块13、振弦采集模块14、至少一个数字式传感器19、至少一个振弦式传感器15，电源管理模块16和远程通信模块17；所述的电池分别与低功耗控制器12电连接，电源管理模块16分别与电池11、低功耗控制器12、振弦采集模块14、远程通信模块17和数字式传感器19连接并收集各连接部件的电压信息和供电时间信息；

低功耗控制器12通过数字总线模块13分别与振弦采集模块14、远程通信模块17和数字式传感器19相连；所述的振弦采集模块14包括振弦测量模块141、第一防雷模块(142)、通道选择模块143；振弦测量模块141通过第一防雷模块(142)与通道选择模块143相连，通道选择模块143与若干个振弦式传感器15相连。

本实施例的振弦式传感器包括振弦式测缝计、振弦式土压力计、振弦式渗压计、振弦式钢筋计、振弦式混凝土应力计、振弦式应变计；均选用北京航宇中瑞测控技术有限公司的HY系列振弦式传感器。振弦测量模块141通过防雷模块142与各振弦式传感器15相连。

在本实用新型的另一个实施例中，振弦式传感器包括6个振弦式测缝计，选用北京航宇中瑞测控技术有限公司的HY系列振弦式测缝计，6个振弦式测缝计布置在工程结构不同的待测位置；振弦测量模块141通过防雷模块142与各振弦式传感器15相连。

当选择完6个振弦式测缝计，并通过数据总线完成本实用新型的采集装置组装后，需要根据厂家提供的振弦式传感器产品说明，将其安装于待检测的工程结构上，并完成调试。

本实施例的电池11为锂电池，远程通信模块17为GPRS模块，通信模块可以远程接受用户的控制指令如参数设定，开关机信号等，并将采集装置采集的信息远程传输给数据处理平台。

本实施例的振弦测量模块通过数模转换产生激励信号加到振弦传感器，通模数转换、放大等处理把传感器的采集的模拟量装换为数字量；其中振弦测量模块选择了杭州圆山科技有限公司的YS-640振弦式多通道采集模块。

本实施例的通道选择模块143主要用于传感器测量通道选择，通道选择模块用继电器来实现。

数字式传感器是在传统电阻应变式传感器基础上，结合现代微电子技术、微型计算机技术集成而发展起来的一种新型电子称重传感器。由模拟传感器(电阻应变式)和数字化转换模块两部分组成的，即数字传感器是指将传统的模拟式传感器经过加装或改造A/D转换模块，使之输出信号为数字量(或数字编码)的传感器。如数字式温度传感器、数字式湿度传感器。本实施例的数字式传感器为数字压力传感器，其是一种RS485数字量输出传感器，相对现在市场上普遍输出模拟量信号的变送器更加适合广大工控自动化用户信号采集。

安装的工程结构上的采集装置需要考虑防雷设计；本实施例的防雷模块的作用是用来保护电力系统中各种电器设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏，采用保护间隙型防雷器。

本实用新型的工作过程为，根据需要选择振弦式传感器的种类和数量，将振弦式传感器与振弦采集模块进行连接。根据安装说明将振弦式传感器安装在相应的位置。工作时，可以根据需要进行单点测量、多点测量或定时测量；单点测量时在接收到命令后能对单个被测量元器件进行一次或者连续多次采集。定时测量时按设定的采集时间、周期、通道自动采集。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。