一种基于无线传输的快速静载试验检测方法及系统

1.本发明涉及土木工程试验测试技术领域，更具体的说是涉及一种基于无线传输的快速静载试验检测方法及系统。


背景技术：

2.桥梁工程所用梁质量的好坏主要取决于梁的承载能力，梁承载能力的准确测试对于各类建筑物而言都起着举足轻重的作用，为确保简支梁的承载能力符合设计要求，需要进行静载试验。静载试验是在一固定时间段将应变和位移作为标准，通过施加不同大小的荷载，通过测量得出梁的承载能力。在公路桥梁铺设过程中所运用的梁通过静载试验的测试，使梁在实际承重过程中的受力情况可以在静载试验过程中观测出，通过静载试验和理论分析得到的数据可以对梁进行一个全面的分析，检查梁设计以及施工质量是否满足规范要求。
3.目前，对于梁静载试验的测试方法主要为在梁表面贴应变片以及架设位移设计，再通过信号采集仪进行数据采集，整个过程中需要进行大量的传感器布设、接线调试工作，布设过程耗时较多，增加后期维护成本，且整个过程无法实时观测试验值与理论值的对比情况。
4.因此，如何解决梁静载试验测试在现有技术中存在的工作量大、耗时多的问题，提出一种操作更加方便、安全性更高、传输性更稳定、试验效率更高的静载试验检测方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种基于无线传输的快速静载试验检测方法及系统，相比于现有静载试验测试方法，本方案测试过程更加简单，安装更方便，提高了测试效率，加快了测试进程，增加了测试过程的准确性。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种基于无线传输的快速静载试验检测系统，包括：无线传感器、usb网关、静载试验梁体、计算机；所述无线传感器、usb网关、计算机依次相连；
8.所述无线传感器布设于静载试验梁体的测试位置，获取所述静载试验梁体的实验数据，所述实验数据为所述静载试验梁体的应变数据及位移数据；
9.所述usb网关，将无线传感器获取的所述静载试验梁体的应变数据及位移数据无线传输给计算机；
10.所述计算机，用于完成静载试验参数设置，并实时观测所述实验数据与理论计算结果的对比，控制静载试验的进行与结束。
11.上述技术方案达到的技术效果为：基于无线传输技术，实现快速数据收集与自动化分析，相比传统静载试验测试方法，具有安全性高、操作便捷，加快试验测试进度、计量准确和实时监测理论值与实验值发展的特点。
12.可选的，所述无线传感器包括无线振弦采集仪和激光测距传感器；
13.所述无线振弦采集仪为单通道电阻应变采集设备，设置在静载试验梁体的表面，用于采集所述静载试验梁体的应变数据，不需进行复杂操作就可实时监测静载试验梁体的表面应力；
14.所述激光测距传感器，通过激光实时监测静载试验梁体的位移数据，所述位移数据为静载试验梁体的距离及形变。
15.上述技术方案达到的技术效果为：无线振弦采集仪和激光测距传感器通过usb网关将数据传输入计算机，使得整个测试过程更简单，安装更方便，从而提高了测试效率；采用无线传输布线较少，设备成本低，适合施工现场和实验室内静载试验时灵活部署设备。
16.可选的，所述计算机内装设有软件测试系统与警报系统；所述软件测试系统与警报系统相连；
17.其中，软件测试系统用于设计加载方案，并依据所述加载方案进行静载试验，实时查看实验数据与理论计算结果的对比；
18.所述警报系统，基于实验数据与理论计算结果的对比，获取相应的校验参数，当试验过程中的校验参数超过规范限值时，通过强制急停功能使静载试验停止。
19.可选的，所述软件测试系统包括cmd配置模块、监测助手、测试模块，且两两之间互相连接；
20.所述cmd配置模块，用于添加测试项目，对无线传感器的测点位置进行配置；
21.所述监测助手，用于与usb网关进行配对连接，设置采样参数，选择采样类型、采样方式和采样的时间间隔；
22.所述测试模块，用于配置试验参数、设计加载方案。
23.可选的，所述测试模块还包括静载计算子单元、静载试验子单元；
24.所述静载计算子单元，用于计算静载试验梁体在所设计的加载方案下的理论值；
25.所述静载试验子单元，用于对静载试验梁体进行测点校零和截面关联配置，控制试验的进行与结束，并在静载试验过程中实时观测加载方案下实验数据与理论值的对比。
26.本发明还公开了一种基于无线传输的快速静载试验检测方法，包括以下步骤：
27.将无线传感器布设于静载试验梁体的测试位置，再通过usb网关建立与计算机之间的连接；
28.利用计算机完成静载试验参数设置，静载试验开始后，通过无线传感器获取所述静载试验梁体的实验数据，所述实验数据为静载试验梁体的应变数据及位移数据；
29.通过usb网关将无线传感器获取的所述静载试验梁体的应变数据及位移数据无线传输给计算机；
30.利用计算机实时观测所述实验数据与理论计算结果的对比，获取相应的校验参数，控制静载试验的进行与结束。可选的，所述无线传感器包括无线振弦采集仪和激光测距传感器，则获取实验数据的具体步骤如下：
31.将单通道电阻应变采集设备作为无线振弦采集仪，设置在静载试验梁体表面，采集所述静载试验梁体的应变数据；
32.将激光测距传感器与静载试验梁体分离，通过激光实时监测静载试验梁体的距离及形变，即静载试验梁体的位移数据。
33.可选的，所述计算机内装设有软件测试系统和警报系统，则进行静载试验的具体步骤包括：
34.通过软件测试系统设计加载方案，并依据所述加载方案进行静载试验，实时查看实验数据与理论计算结果的对比；
35.基于实验数据与理论计算结果的对比，获取相应的校验参数，当试验过程中的校验参数超过规范限值时，所述警报系统通过强制急停功能使静载试验停止。
36.可选的，所述软件测试系统中设置有cmd配置模块、监测助手和测试模块，则软件测试系统中的具体工作过程包括：
37.通过所述cmd配置模块添加测试项目，对无线传感器的测点位置进行配置；
38.利用所述监测助手完成与usb网关的配对连接，设置采样参数，选择采样类型、采样方式和采样的时间间隔；
39.在测试模块中配置试验参数、设计加载方案，计算静载试验梁体在设计的加载方案下的理论值，对静载试验梁体进行测点校零和截面关联配置，控制静载试验的进行与结束，并在静载试验过程中实时观测加载方案下实验数据与理论值的对比。
40.可选的，在静载试验开始前，所述方法还包括：
41.配置加载等级信息，对无线传感器进行初始校零操作。
42.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于无线传输的快速静载试验检测方法及系统，具有以下有益效果：
43.(1)本发明基于无线传输技术，实现快速数据收集与自动化分析，相比传统静载试验测试方法，具有安全性高、操作便捷，加快试验测试进度、计量准确和实时监督理论值与实验值发展的特点；
44.(2)在进行静载试验时，无线振弦采集仪设置在静载试验梁体表面，不需进行复杂操作就可实时监测试验梁体表面应力；激光测距传感器与静载试验梁体分离，通过激光实时监测距离及梁的形变；采集的数据通过usb网关传输入计算机，使得整个测试过程更简单，安装更方便，从而提高了测试效率，而且采用无线传输布线较少，设备成本低，适合施工现场和实验室内静载试验时灵活部署设备；
45.(3)在静载试验完成之后，不需进行复杂计算就可直接观测到静载试验梁体在加荷载过程中应力及位移的变化，加快了试验进程，系统稳定性好，增加了测试过程的准确性，后期维护成本低，达到降本增效的目的；
46.(4)在静载试验过程中，通过实验值与理论值的对比，计算相对应的校验参数，校验参数在规范区间内可继续加载，一旦试验过程中校验参数超过规范限值，通过强制急停加载功能使试验停止，可以最大限度保证安全。
附图说明
47.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
48.图1为基于无线传输的快速静载试验检测系统的结构图；
49.图2为警报系统作用图；
50.图3为基于无线传输的快速静载试验检测方法的流程图；
51.图4为软件测试系统的测试流程框图；
52.图5为测试模块的基本流程图；
53.附图标记：1-无线传感器、2-usb网关、3-静载试验梁体、4-计算机、11-无线振弦采集仪、12-激光测距传感器。
具体实施方式
54.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
55.实施例1
56.本发明实施例公开了一种基于无线传输的快速静载试验检测系统，如图1所示，包括：无线传感器1、usb网关2、静载试验梁体3、计算机4；其中，无线传感器1、usb网关2、计算机4依次相连；
57.无线传感器1布设于静载试验梁体3的测试位置，获取静载试验梁体3的应变数据及位移数据，即实验数据；
58.usb网关2，将无线传感器1获取的静载试验梁体3的应变数据及位移数据无线传输给计算机4；
59.计算机4，用于完成静载试验参数设置，并实时观测实验数据与理论计算结果的对比，控制静载试验的进行与结束。
60.进一步地，无线传感器1包括无线振弦采集仪11和激光测距传感器12；无线振弦采集仪11为单通道电阻应变采集设备，设置在静载试验梁体3的表面，用于采集静载试验梁体3的应变数据，不需进行复杂操作就可实时监测静载试验梁体的表面应力；激光测距传感器12与静载试验梁体3分离，通过激光实时监测静载试验梁体3的距离及形变，即静载试验梁体的位移数据。无线振弦采集仪11和激光测距传感器12通过usb网关2将数据传输入计算机4，使得整个测试过程更简单，安装更方便，提高了测试效率，而且采用无线传输布线较少，设备成本低，适合施工现场和实验室内静载试验时灵活部署设备。
61.进一步地，计算机4内装设有软件测试系统与警报系统，且软件测试系统与警报系统相连；其中，软件测试系统用于设计加载方案，并依据加载方案进行静载试验，实时查看实验数据与理论计算结果的对比；警报系统(参见图2)，基于实验数据与理论计算结果的对比，获取相应的校验参数，当试验过程中的校验参数超过规范限值时，通过强制急停功能使静载试验停止。
62.进一步地，软件测试系统包括cmd配置模块、监测助手、测试模块，且两两之间互相连接；其中，cmd配置模块，用于添加测试项目，对无线传感器的测点位置进行配置；监测助手，用于与usb网关进行配对连接，设置采样参数，选择采样类型、采样方式和采样的时间间隔；测试模块，用于配置试验参数、设计加载方案。
63.进一步地，测试模块还包括静载计算子单元、静载试验子单元；其中，静载计算子
单元，用于计算静载试验梁体在所设计的加载方案下的理论值；静载试验子单元，用于对静载试验梁体进行测点校零和截面关联配置，控制试验的进行与结束，并在静载试验过程中实时观测加载方案下实验数据与理论值的对比。
64.实施例2
65.本发明实施例公开了一种基于无线传输的快速静载试验检测方法，如图3所示，包括以下步骤：
66.在静载试验开始之前，将无线传感器布设于静载试验梁体的测试位置，再通过usb网关建立与计算机之间的连接；
67.利用计算机完成静载试验参数设置，静载试验开始后，通过无线传感器获取静载试验梁体的应变数据及位移数据，即实验数据；
68.通过usb网关将无线传感器获取的静载试验梁体的应变数据及位移数据无线传输给计算机；
69.利用计算机实时观测实验数据与理论计算结果的对比，获取相应的校验参数，控制静载试验的进行与结束。
70.进一步地，无线传感器包括无线振弦采集仪和激光测距传感器，则获取实验数据的具体步骤如下：将单通道电阻应变采集设备作为无线振弦采集仪，设置在静载试验梁体表面，采集所述静载试验梁体的应变数据，不需进行复杂操作就可实时监测静载试验梁体的表面应力，多个无线振弦采集仪可以组成庞大的无线传感器网络；将激光测距传感器与静载试验梁体分离，通过激光实时监测静载试验梁体的距离及形变，即静载试验梁体的位移数据。无线振弦采集仪和激光测距传感器通过usb网关将数据传输入计算机，使得整个测试过程更简单，安装更方便，提高了测试效率，而且采用无线传输布线较少，设备成本低，试验结束不需进行计算就可看出试验结果，后期维护成本低，达到降本增效的目的。
71.进一步地，在计算机内装设软件测试系统和警报系统，则进行静载试验的具体步骤包括：通过软件测试系统设计加载方案，并依据加载方案进行静载试验，实时查看实验数据与理论计算结果的对比；基于实验数据与理论计算结果的对比，获取相应的校验参数，当试验过程中的校验参数超过规范限值时，警报系统通过强制急停功能使静载试验停止。
72.进一步地，进入软件测试系统，如图4所示，软件测试系统中设置有cmd配置模块、监测助手和测试模块。首先，对cmd配置模块进行配置，在cmd配置模块中添加监测项目，对传感模块以及测点位置进行配置；再进入监测助手，在监测助手中设置usb网关与无线传感器的连接，设置采样参数，选择采样类型、采样方式和采样的时间间隔；然后创建试验，对cmd配置模块已配置好的监测项目进行添加，进入测试模块。在测试模块中配置试验参数、设计加载方案，计算静载试验梁体在设计的加载方案下的理论值，对静载试验梁体进行测点校零和截面关联配置，控制静载试验的进行与结束，并在静载试验过程中实时观测加载方案下实验数据与理论值的对比。
73.更具体地，进入软件测试系统的测试模块中，如图5所示，首先对静载试验梁体的参数进行配置，试验构件截面通过上传cad文件的方式导入；创建好截面之后需要输入材料参数，包括混凝土类型、弹性模量以及密度等信息；对梁段信息进行配置，需定义试验构件的几何尺寸和计算截面，通过输入起始点和终点坐标可以观察到试验简支梁的示意图；对试验梁定义约束位置和加载位置，需输入设计跨中弯矩作为计算基准，同时需输入设计跨
中挠度作为加载方案优化目标，系统依据规范公式自动计算，计算结果作为理论值显示；添加输出截面，可以对试验关心的计算截面和计算指标(应变或位移)进行监测。
74.进一步地，在加载系统开始前，需要配置加载等级信息，对无线传感器进行初始校零操作；然后试验过程按照设计好的加载方案进行，过程中可通过折线图或数据表格的形式实时观测无线传感器的实验数据与理论值的对比，试验结束后可对所有试验数据进行下载，不需进行计算整理。
75.进一步地，在静载试验过程中，由于可以实时观测实验数据与理论值的对比，因此可实时计算校验系数，校验系数在规范要求的区间内试验正常进行，一旦试验过程中校验系数超过规范限值，系统就会通过usb网关向加载系统传递信息，通过强制急停功能使试验停止，可以最大限度保证安全。
76.通过以上内容可以了解到，本发明主要用于简支梁结构静载试验，通过输入结构跨径参数、截面特性、材料特性、边界约束与荷载等信息，实现简支梁的受力分析计算。通过设置简支梁设计弯矩，实现自动设计加载方案，在静载试验过程中，可通过计算机实时查看实验数据及理论计算结果的对比，利用规范提供的校验系数区间，一旦试验梁超过规范区间，强制停止加载。本发明基于无线传输技术，实现快速数据收集与自动化分析，相比传统静载试验检测方法，具有安全性高、操作便捷，加快试验测试进度、计量准确和实时监测理论值与实验值发展的特点。
77.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
78.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。