一种多传感器集成的道路结构性能微型监测设备及系统的制作方法

1.本发明涉及公路技术领域，尤其涉及一种多传感器集成的道路结构性能微型监测设备及系统。


背景技术：

2.公路的字面含义是公用之路、公众交通之路，汽车、单车、人力车、马车等众多交通工具及行人都可以走，当然不同公路限制不同，早期的公路没有限制，大多是简易公路，后来不同公路有不同限制；由于交通日益发达，限制性使用的公路越来越多，特别是一些公路专供汽车使用了(有的城市公路从禁止单车到禁止摩托车)，而且发展出高速公路这种类型，专供汽车全程封闭式使用。
3.路路面是复杂的多层结构物，及时发现路面表面和内部的病害并进行恰当处理可以大幅降低养护成本，目前国内外对路面使用性能、路面材料和耐久性进行检测的方法主要有步行人眼观察法、坐车录像测读法、超声波法、激光法、探地雷达法、摄像测量法和光纤光栅法，仅光纤光栅能够直观反应路面结构内部材料的力学状况，而采用智能颗粒监测沥青路面内部结构信息的研究几乎没有，虽然光纤光栅传感器具有较高的灵敏度，但是光纤光栅传感器与沥青混合料的粘结不良，材料的稳定性和耐久性较低，沥青混合料之间的协调变形较差，同时传感器的耐久性不能很好的满足使用者的需求，在路面施工埋设过程中容易产生损坏。
4.因此，有必要提供一种多传感器集成的道路结构性能微型监测设备及系统以解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供一种通过实时传输的设备运动数据，对路面的长期性能进行评估的多传感器集成的道路结构性能微型监测设备及系统。
6.本发明提供的多传感器集成的道路结构性能微型监测设备包括上外壳，所述上外壳的底部固定连接有下外壳，所述下外壳的内部设置有内壳，所述内壳的顶部设置有低功率蓝牙信号传输模块，所述内壳的外侧设置有应变传感器，所述应变传感器的数量设置为六个，所述内壳的内部设置有线路板。
7.为了达到可以对路面三轴角速度、三轴线速度进行测量的效果，所述内壳内壁的一侧分别设置有三轴角加速度传感器、三轴磁力计和三轴加速度传感器，所述内壳内壁的一侧固定连接有电池。
8.为了达到三轴角加速度传感器、三轴磁力计和三轴加速度传感器测量的数据可以通过微控制器计算的效果，所述三轴角加速度传感器和所述三轴磁力计的电性输出端电性连接有微控制器，所述三轴加速度传感器的电性输出端与微控制器的电性输入端电性连接。
9.为了达到可以对路面内部的温度进行实时监控，便于对其进行温度补偿的效果，
所述内壳内壁的一侧固定连接有温度计，所述温度计的电性输出端与微控制器的电性输入端电性连接。
10.为了达到通过应力感应器对路面的三轴应力数据进行感应，然后传递至微控制器，进而微控制器可以对路面的三轴应力进行计算的效果，所述应变传感器的电性输出端与微控制器电性输入端电性连接，所述内壳内壁的一侧与微控制器的后表面固定连接。
11.为了达到微控制器计算完毕的数据可以通过低功率蓝牙信号传输模块进行传输的效果，所述微控制器的电性输出端与低功率蓝牙信号传输模块的电性输入端电性连接，所述内壳的材质为高强度不锈钢。
12.本发明还提供一种多传感器集成的道路结构性能监测系统，包括微型监测设备、信号基站和系统云平台，所述信号基站包括高功率蓝牙信号接收天线、4g通信模块、太阳能板和蓄电池，所述低功率蓝牙信号传输模块的电性输出端电性连接有高功率蓝牙信号接收天线，所述高功率蓝牙信号接收天线的电性输出端电性连接有4g通信模块
13.为了达到通过低功率蓝牙信号传输模块的传输的数据可以通过高功率蓝牙信号接收天线和4g通信模块进一步进行传输，然后通过4g通信模块对数据进行打包上传至系统云平台的效果，所述4g通信模块的电性输出端电性连接有系统云平台，所述系统云平台可以对4g通信模块传输的数据进行接收和储存。
14.为了达到太阳能板可以将太阳能转化为电能，然后通过蓄电池对电能进行储存，从而蓄电池可以对信号基站进行供电，实现节能环保的效果，所述高功率蓝牙信号接收天线和4g通信模块的电性输入端电性连接有蓄电池，所述蓄电池的电性输入端电性连接有太阳能板。
15.为了达到经过低功率蓝牙信号传输模块传输的数据可以顺利的被高功率蓝牙信号接收天线接收，进而实现数据实时传输的效果，所述太阳能板和蓄电池可以对高功率蓝牙信号接收天线和4g通信模块进行供电，所述高功率蓝牙信号天线可以接收低功率蓝牙信号传输模块的蓝牙信号。
16.与相关技术相比较，本发明提供的多传感器集成的道路结构性能微型监测设备及系统具有如下有益效果：
17.1、本发明通过上外壳和下外壳，上外壳和下外壳材质为非金属材料，可以通过3d打印技术或注塑进行生产，不会对电子信号进行屏蔽，保证信号的完整输送，同时具有较高的防水性，可以使得本装置内部的电子元件可以保持长时间的正常作业，通过设置内壳，内壳的材质为高强度不锈钢，可以有效的保持本装置的外形，防止本装置在埋设的过程中出现变形的情况，通过设置低功率蓝牙信号传输模块，可以保证信号和数据的输送，防止内壳对信号的传输造成一定的影响，通过设置应变传感器，应变传感器为高精度应变传感器，可以对路面对设备三轴施加压力的变化进行精确感应，同时可以对产生的数据进行收集，通过设置三轴角加速度传感器、三轴磁力计、三轴加速度传感器、温度计、三轴磁力计和微控制器，三轴角加速度传感器可以对路面内部对设备产生压力的三轴角速度进行测量和感应，三轴加速度传感器可以对路面内部对设备产生压力的三轴线速度进行测量和精确感应，三轴磁力计可以对设备所处位置的磁场进行感应并采集数据，温度计可以采集设备内部的温度数据并对其进行收集，在三轴角加速度传感器、三轴磁力计、三轴加速度传感器、温度计和应变传感器数据采集完毕后，将数据传输至微控制器，微控制器可以通过应变传
感器采集的数据计算出路面对设备产生压力的三轴应力数据，可以通过三轴磁力计、三轴角加速度传感器和三轴加速度传感器采集的数据，完成欧拉角和四元素的实时计算，从而得到被测物体的准确方位信息，然后数据通过低功率蓝牙信号传输模块传输至高功率蓝牙信号接收天线，再通过4g通信模块对数据进行打包并上传至系统云平台处，进而便于工作人员对公路路面结构的性能进行实时监测和把控，解决了现有的光纤光栅传感器与沥青混合料的粘结不良，材料的稳定性和耐久性较低，沥青混合料之间的协调变形较差，同时传感器的耐久性不能很好的满足使用者的需求，在路面施工埋设过程中容易产生损坏的问题；
18.2、本发明通过设置电池、三轴角加速度传感器、三轴磁力计和三轴加速度传感器，电池为耐高温电池，可以对微型监测设备的各个电子元件进行供电，进而使得电子元件可以保持长时间的正常工作，同时在路面内部对设备产生的压力出现变动时，三轴角加速度传感器可以对角速度进行测量和感应，三轴加速度传感器可以对压力变动时产生的三轴线速度进行测量和感应，同时三轴磁力计可以对设备所处的磁场进行感应和测量，进而便于微控制对变动的微型监测设备的实时位置进行测量和数据计算，通过设置微控制器，在三轴角加速度传感器、三轴磁力计和三轴加速度传感器测量的数据收集完毕后，传递至微控制器，然后微控制器根据收集和测量的数据对微型监测设备所处的位置可以进行精确测量和定位，进而便于工作人员对路面内部结构性能产生变化的位置进行检查和了解，通过设置温度计，可以对设备的温度进行实时监测，并将数据传输至微控制器，从而便于工作人员对路面进行温度补偿，通过设置应变传感器，在公路路面的内部结构和性能产生变化时，应变感应器可以对变化的数据和数值进行收集和测量，然后将数据传输至微控制器处，便于工作人员对路面结构和性能的变化进行了解和掌控，通过设置低功率蓝牙信号传输模块，在微控制器计算数据完毕后，通过电信号将数据传输至低功率蓝牙信号传输模块，进而低功率蓝牙信号传输，模块可以对数据进行实时传输，通过设置信号基站，便于对低功率蓝牙信号传输模块传输的数据进行接收，同时将接收的数据传输至终端平台，从而便于工作人员对路面内部的结构和性能产生的变化进行了解，通过设置4g通信模块和高功率蓝牙信号接收天线，高功率蓝牙信号接收天线可以对低功率蓝牙信号传输模块传输的数据进行接收，同时4g通信模块可以对接收的数据进行打包并将其上传至系统云台，通过设置太阳板和蓄电池，太阳能板可以将太阳能转化为电能，然后通过蓄电池对电能进行储存，从而蓄电池可以对高功率蓝牙信号接收天线和4g通信模块进行供电，使得高功率蓝牙信号接收天线和4g通信模块可以正常工作，通过设置高功率蓝牙信号接收天线，可以有效的接收低功率蓝牙信号传输模块传输的信号和数据，进而可以对接收的信号进一步进行传输，防止出现数据丢失的情况。
附图说明
19.图1为本发明提供的多传感器集成的道路结构性能微型监测设备的一种较佳实施例的结构示意图；
20.图2为本发明下外壳与内壳的结构连接示意图；
21.图3为本发明内外壳的内部结构示意图；
22.图4为本发明提供的多传感器集成的道路结构性能监测系统的一种较佳实施例的结构框图；
23.图5为本发明微型监测设备的结构框图；
24.图6为本发明信号基站的结构框图。
25.图中标号：1、上外壳；2、下外壳；3、内壳；4、低功率蓝牙信号传输模块；5、应变传感器；6、线路板；7、三轴角加速度传感器；8、三轴加速度传感器；9、三轴磁力计；10、电池；11、温度计；12、微控制器。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
27.请结合参阅图1、图2、图3、图4、图5和图6，其中，图1为本发明提供的多传感器集成的道路结构性能微型监测设备的一种较佳实施例的结构示意图；图2为本发明下外壳与内壳的结构连接示意图；图3为本发明内外壳的内部结构示意图；图4为本发明提供的多传感器集成的道路结构性能监测系统的一种较佳实施例的结构框图；图5为本发明微型监测设备的结构框图；图6为本发明信号基站的结构框图。多传感器集成的道路结构性能微型监测设备包括上外壳1，上外壳1的底部固定连接有下外壳2，下外壳2的内部设置有内壳3，内壳3的顶部设置有低功率蓝牙信号传输模块4，内壳3的外侧设置有应变传感器5，应变传感器5的数量设置为六个，内壳3的内部设置有线路板6。
28.在具体实施过程中，如图1、图2和图3所示，内壳3内壁的一侧分别设置有三轴角加速度传感器7、三轴磁力计9和三轴加速度传感器8，内壳3内壁的一侧固定连接有电池10。
29.三轴角加速度传感器7和三轴磁力计9的电性输出端电性连接有微控制器12，三轴加速度传感器8的电性输出端与微控制器12的电性输入端电性连接。
30.内壳3内壁的一侧固定连接有温度计11，温度计11的电性输出端与微控制器12的电性输入端电性连接。
31.应变传感器5的电性输出端与微控制器12电性输入端电性连接，内壳3内壁的一侧与微控制器12的后表面固定连接。
32.微控制器12的电性输出端与低功率蓝牙信号传输模块4的电性输入端电性连接，内壳3的材质为高强度不锈钢。
33.需要说明的是：在多个微型监测设备埋设在公路路面内部指定位置后，微型监测设备开始正常工作，在公路路面内部结构性能出现一定变化时，应变传感器5可以对路面对微型监测设备三轴施加压力的变化进行精确感应和测量，同时可以对产生的数据进行收集，同时，三轴角加速度传感器7可以对路面内部对微型监测设备产生压力的三轴角速度进行测量和感应，三轴加速度传感器8可以对路面内部对微型监测设备产生压力的三轴线速度进行测量和精确感应，三轴磁力计9可以对微型监测设备所处位置的磁场进行感应并采集数据，温度计11可以采集设备内部的温度数据并对其进行收集，在三轴角加速度传感器7、三轴磁力计9、三轴加速度传感器8、温度计11和和应变传感器5数据采集完毕后，将数据传输至微控制器12，微控制器12可以通过应变传感器5采集的数据计算出路面对设备产生压力的三轴应力数据，进而使得工作人员可以了解公路路面结构性能出现的变化，可以通过三轴磁力计9、三轴角加速度传感器7和三轴加速度传感器8采集的数据，完成欧拉角和四元素的实时计算，从而得到被测物体的准确方位信息，从而便于工作人员对公路路面结构性能出现变化的位置进行定位，在数据计算完毕，微控制器12将数据传输至低功率蓝牙信
号传输模块4，进而可以实时的将公路路面结构性能出现变化的位置以及数据进行传输。
34.参考图4、图5和图6所示，本发明还提供一种多传感器集成的道路结构性能监测系统，包括微型监测设备、信号基站和系统云平台，信号基站包括高功率蓝牙信号接收天线、4g通信模块、太阳能板和蓄电池，低功率蓝牙信号传输模块4的电性输出端电性连接有高功率蓝牙信号接收天线，高功率蓝牙信号接收天线的电性输出端电性连接有4g通信模块。
35.4g通信模块的电性输出端电性连接有系统云平台，系统云平台可以对4g通信模块传输的数据进行接收和储存。
36.高功率蓝牙信号接收天线和4g通信模块的电性输入端电性连接有蓄电池，蓄电池的电性输入端电性连接有太阳能板。
37.太阳能板和蓄电池可以对高功率蓝牙信号接收天线和4g通信模块进行供电，高功率蓝牙信号天线可以接收低功率蓝牙信号传输模块4的蓝牙信号。
38.需要说明的是：在太阳能板的作用下，可以将太阳能转化为电能，然后电能通过蓄电池进行储存，进而在蓄电池的作用下，使得高功率蓝牙信号接收天线和4g通信模块可以保持正常作业，在低功率蓝牙信号传输模块4对信号传输时，高功率蓝牙信号接收天线可以对低功率蓝牙信号传输模块4传输的数据进行接收，然后将数据输送至4g通信模块处，在4g通信模块的作用下，可以对接收的数据进行打包并将其上传至系统云平台，便于工作人员对公路路面结构性能变化的方位和变化数据进行了解和掌控。
39.本发明提供的多传感器集成的道路结构性能微型监测设备及系统的工作原理如下：
40.在对微型监测设备进行使用时，首先需要对多个微型监测设备进行埋设，在对其进行埋设时，可以在路面上面层和下面层共埋设10颗设备，8颗位于下面层顶部，行车道外侧轮迹带下方，2颗位于上面层底部，其中1颗位距离行车道外侧轮迹带1.75m，另一颗距离行车道外侧轮迹带3.5m，也可以在路面上面层、中面层和下面层中埋设10颗设备，2颗位于下面层底部，外侧轮迹带下方，6颗位于中面层顶部，外侧轮迹带下方；1颗位于上面层底部，外侧轮迹带下方，1颗位于上面层顶部，车道轴中位置，同时也可以10颗设备全部埋设在上面层底部，轮迹带附近位置，成菱形分布，在微型监测设备埋设完毕后，微型监测设备开始正常工作，在公路路面内部结构性能出现一定变化时，应变传感器5可以对路面对微型监测设备三轴施加压力的变化进行精确感应和测量，同时可以对产生的数据进行收集，同时，三轴角加速度传感器7可以对路面内部对微型监测设备产生压力的三轴角速度进行测量和感应，三轴加速度传感器8可以对路面内部对微型监测设备产生压力的三轴线速度进行测量和精确感应，三轴磁力计9可以对微型监测设备所处位置的磁场进行感应并采集数据，温度计11可以采集设备内部的温度数据并对其进行收集，在三轴角加速度传感器7、三轴磁力计9、三轴加速度传感器8、温度计11和和应变传感器5数据采集完毕后，将数据传输至微控制器12，微控制器12可以通过应变传感器5采集的数据计算出路面对设备产生压力的三轴应力数据，进而使得工作人员可以了解公路路面结构性能出现的变化，可以通过三轴磁力计9、三轴角加速度传感器7和三轴加速度传感器8采集的数据，完成欧拉角和四元素的实时计算，从而得到被测物体的准确方位信息，从而便于工作人员对公路路面结构性能出现变化的位置进行定位，在数据计算完毕，微控制器12将数据传输至低功率蓝牙信号传输模块4，进而可以实时的将公路路面结构性能出现变化的位置以及数据进行传输，在太阳能板的作
用下，可以将太阳能转化为电能，然后电能通过蓄电池进行储存，进而在蓄电池的作用下，使得高功率蓝牙信号接收天线和4g通信模块可以保持正常作业，在低功率蓝牙信号传输模块4对信号传输时，高功率蓝牙信号接收天线可以对低功率蓝牙信号传输模块4传输的数据进行接收，然后将数据输送至4g通信模块处，在4g通信模块的作用下，可以对接收的数据进行打包并将其上传至系统云平台，便于工作人员对公路路面结构性能变化的方位和变化数据进行了解和掌控。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。