一种悬索桥缆索安全综合监测系统及监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种悬索桥缆索安全综合监测系统及监测方法，属于土木建筑工程领域。
【背景技术】
[0002]悬索桥是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索等构件构成的柔性悬吊体系。主缆是悬索桥结构体系中的最主要的承重构件，它通过塔顶索鞍悬挂在主塔上并锚固于两端锚固体中。吊索是将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件，是连系加劲梁和主缆的纽带。二者都是悬索桥结构体系中十分重要的构件。但是，主缆和吊索在使用过程中会产生锈蚀，影响其强度；而且由于交通事故、地震、沉降等地质结构变化的影响，很多的悬索桥主缆及吊索可能发生形变，甚至断裂，严重威胁到桥梁的安全。因此，对悬索桥缆索(主缆和吊索)安全综合监测是很重要的。现在对悬索桥缆索安全状态的检测和维护主要是定期通过爬缆机器人或人工攀爬对缆索检测和作业。爬缆机器人成本高，工作不稳定，易发生卡死和打滑的现象；而人工检测，工作强度大，安全性差，且这两种方法的检测都存在效率低和无针对性的弊端。因此，建立一套悬索桥缆索监测系统是非常有必要的。
【发明内容】
[0003]本发明的第一发明目的是提供一种悬索桥缆索安全综合监测系统，该系统可远程实时或根据需要监测悬索桥的缆索安全状态，监测精度高，成本低；且该系统大大减轻了工作人员的工作强度，提高了工作的安全性和工作效率；而且，该系统可以根据实时测量结果对桥梁进行针对性维护，保障桥梁的安全。
[0004]本发明为实现其第一发明目的采取的技术方案是:一种悬索桥缆索安全综合监测系统，包括传感器检测单元，所述传感器检测单元由位于缆索不同位置处的多个传感器检测子单元组成，其结构特点是:所述每个传感器检测子单元的具体构成是:
[0005]传感器，安装于缆索上，用于检测所处位置缆索安全状态参数；
[0006]与传感器电连接的微控制器一和射频标签，用于控制和储存传感器检测到的数据信息，并将所述数据信息以射频形式传给射频读写单元；
[0007]所述射频读写单元由多个设置于缆索桥不同位置处的射频读写子单元组成，所述每个射频读写子单元均由射频读写器和与所述射频读写器电连接的微控制器二构成，每个射频读写子单元读取一定距离范围内多个传感器检测子单元的射频标签的数据信息，并将所述数据信息传递给无线发送单元；
[0008]所述无线发送单元包括无线发送器和与所述无线发送器电连接的微控制器三，用于控制射频读写单元工作、接收射频读写子单元的射频读写器传递来的数据信息，并将所述数据信息无线发送至远程控制终端；
[0009]所述远程控制终端与无线发送单元通过远程无线连接，远程控制所述无线发送单元工作，接收并分析所述无线发送单元的无线发送器发送的数据信息，综合评定缆索各个位置的安全状态。
[0010]所述远程无线连接的具体方式为:无线发送器中安装有无线通讯模块，将数据信息传送到Internet网络中；具有固定IP地址的远程控制终端使用有线网卡通过Internet网络获得无线发送器发送来的数据信息。
[0011]与现有技术相比，本发明系统的有益效果是:
[0012]一、利用安装于缆索上的传感器测量不同位置处缆索的安全状态参数，监测精度高，成本低，且可同时监测缆索不同位置的安全状态。
[0013]二、传感器检测单元和射频读取单元之间通过射频通信传递数据信息，射频读取单元再通过无线发送单元将缆索安全状态信息的数据信息发送至远程控制终端，无需通过爬缆机器人或人工攀爬检测，降低了成本，减轻了工作人员的工作强度；特别是对一些建造于环境恶劣或交通不便的地方的悬索桥，无需工作人员去现场检测，提高了工作安全性和工作效率。
[0014]三、本发明采用无线射频技术传输缆索安全状态参数，成本低，耗能少，每个射频标签都拥有一个位数可置的唯一序列号，这样，只要记录下射频标签的序列号就可以很容易确定射频标签所处位置的缆索安全状态。
[0015]四、本系统可以根据实时测量结果对桥梁进行有针对性地维护，在保障桥梁的安全性的前提下，降低了维护成本。
[0016]进一步，本发明所述传感器检测子单元的传感器包括测量缆索应力状态的应力传感器。
[0017]缆索是悬索桥最主要的受力构件之一，其应力状态是缆索至关重要的安全性能指标，因此对缆索受力状态的监测是缆索安全综合监测的最重要的方面。
[0018]更进一步，本发明所述测量缆索应力状态的应力传感器为电阻应变片或压电式应变传感器。
[0019]这两种应力传感器通过测缆索应变的变化测得所受应力，测量精度高，体积小，成本低廉。
[0020]再进一步，本发明所述传感器检测子单元的传感器还包括测量缆索所处环境状态的温度传感器、湿度传感器和风速风向传感器的一种或几种。
[0021]缆索所处的环境会影响缆索的安全状态，而温度，湿度和所受风力是环境状态中最影响缆索安全性的三个参数，所以需要对这三个参数的一个或几个进行监测，以达到缆索安全综合监测的目的。
[0022]进一步，本发明所述传感器检测子单元的微控制器一的电源为太阳能充电电池和(或)干电池。
[0023]干电池体积小，成本低，用于为微控制器供电，一般容量的干电池可以应用几年，也即可以间隔几年才更换一次，而太阳能充电电池可利用太阳能充电，可长期使用，不必更换；二者可单独使用，或互补组合使用。
[0024]进一步，本发明所述每个传感器检测子单元的传感器、微控制器一和射频标签封装为一体，并通过防水外壳防护。
[0025]这样，可以方便地将传感器检测子单元安装于缆索上，且在使用中免受雨水等气候因素的破坏。
[0026]本发明所述控制器二和控制器三可与缆索桥上的供电设备直接电连接。
[0027]作为本发明的一种优选方案，本发明所述无线发送单元和射频读写单元通过近程无线连接，且一个无线发送单元控制一座缆索桥上设置的所有射频读写子单元工作、接收所述所有的射频读写子单元的射频读写器传递来的数据信息，并将所述数据信息无线发送至远程控制终端。
[0028]进一步，本发明所述的无线发送单元和射频读写单元近程无线连接的具体方式是:无线发送单元和射频读写子单元上分别安装有工作于2.4?2.4835GHz或5.725?
5.850GHz频率段的低功耗单片射频收发芯片，如nRF24L0无线模块，用以实现近程无线通讯。
[0029]这样，减少了远程通讯芯片的使用，降低了成本，且近程无线连接的通讯结构简单，通讯速率高，易于控制和实现。
[0030]作为本发明的另一种优选方案，本发明所述无线发送单元由与射频读写子单元一一对应、并与所对应的射频读写子单元电连接的多个无线发送子单元组成，每个无线发送子单元包括无线发送器和与所述无线发送器电连接的微控制器三，用以接收与之对应的射频读写子单元的数据信息，并将所述数据信息无线发送至远程控制终端。
[0031]这样，更容易实现对射频读写子单元的单独控制，无需在系统中增加近程无线通讯芯片，结构简单，可靠性高。
[0032]本发明的第二发明目的是用上述的悬索桥缆索安全综合监测系统对悬索桥缆索安全综合监测的方法，该方法成本低，可通过远程控制实时或根据需要监测悬索桥缆索安全状态，大大减轻了工作人员的工作强度，提高了工作的安全性和工作效率；而且耗能低，可保证系统长期运行而不用频繁更换电池。
[0033]本发明为实现其第二发明目的采用的技术手段是，一种用上述悬索桥缆索安全综合监测系统对悬索桥缆索安全综合监测的方法，其步骤是:
[0034]A、定期(3?6个月)或当地震、车祸等危害桥梁安全的状况发生时，远程控制终端发出无线指令，通过控制所述无线发送单元的微控制器三，进一步控制射频读写子单元的微控制器二，触发所述射频读写器发出激励信号；