[發(fā)明專利]超聲波動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其監(jiān)測(cè)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010251539.6
• 申請(qǐng)日: 2010-08-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101963597A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉文峰;吳豐平;王輔宋;韓偉;楊松遠(yuǎn);李彥斌;段鴻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 劉文峰
• 主分類號(hào): G01N29/04
• 分類號(hào): G01N29/04;G01N29/14;G01B17/04;G08C17/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

一、所屬領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到超聲波動(dòng)態(tài)檢測(cè)土木工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)和測(cè)試結(jié)果GPRS遠(yuǎn)程無(wú)線通信的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，即基于超聲波動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)對(duì)重大土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)地檢測(cè)和監(jiān)測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)GPRS無(wú)線通信模塊進(jìn)行傳輸?shù)陌踩珯z測(cè)/監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

二、背景技術(shù)

傳統(tǒng)的重大土木工程結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)/監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在進(jìn)行撓度、應(yīng)變和位移等檢測(cè)中，靜態(tài)比較容易解決但是對(duì)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)便不會(huì)很精確，并且受環(huán)境因素的影響會(huì)比較大，比如對(duì)橋梁撓度的監(jiān)測(cè)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測(cè)從橋上吊下一根垂線，在橋底用設(shè)備監(jiān)測(cè)垂線的振動(dòng)情況，從而監(jiān)測(cè)到撓度的變化，但是如果檢測(cè)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)就比較困難，監(jiān)測(cè)的頻率不能跟上，造成數(shù)據(jù)失真。在數(shù)據(jù)傳輸方面，又會(huì)有數(shù)據(jù)接收不穩(wěn)定，傳輸距離有限，功耗大，抗干擾能力弱，組網(wǎng)不方便等缺點(diǎn)。實(shí)際的工程檢測(cè)/監(jiān)測(cè)中，有時(shí)必須用同一儀器對(duì)多點(diǎn)進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)。這時(shí)利用傳統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)備不能做到，唯一的解決方法就是增加儀器設(shè)備，但是這樣對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的同步性和準(zhǔn)確度都會(huì)有很大影響，并且代價(jià)更大。

本產(chǎn)品適用于撓度、應(yīng)變及位移等數(shù)據(jù)檢測(cè)，尤其對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)/監(jiān)測(cè)效果十分顯著。并且適合長(zhǎng)期的安全監(jiān)測(cè)，對(duì)重大工程的重要部分可以有持續(xù)的數(shù)據(jù)采集能力，全程監(jiān)控工程完成質(zhì)量，實(shí)時(shí)得到工程數(shù)據(jù)。

三、發(fā)明內(nèi)容

本專利系統(tǒng)可以精確地將動(dòng)態(tài)的工程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地記錄下來(lái)，使得用戶得到實(shí)地動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，更好地分析數(shù)據(jù)所帶來(lái)的各種結(jié)果；易于安裝、維護(hù)；使用方便、靈活、可靠，即插即用；能強(qiáng)大的嵌入式互聯(lián)網(wǎng)控制器，具備完整的TCP/IP協(xié)議棧及功能強(qiáng)大的透明傳輸保障機(jī)制；可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)多種方式的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸；不依賴于運(yùn)營(yíng)商交換中心的數(shù)據(jù)接口設(shè)備，直接通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地的構(gòu)建覆蓋全國(guó)范圍內(nèi)的移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

如圖1所示，本專利(如圖1)分為四個(gè)模塊：超聲波動(dòng)態(tài)測(cè)試模塊和GPRS無(wú)線通信模塊，GPRS網(wǎng)絡(luò)以及接收并分析數(shù)據(jù)功能軟件的PC機(jī)4，通過(guò)超聲波檢測(cè)儀的穩(wěn)定性檢測(cè)，將超聲波動(dòng)態(tài)測(cè)試模塊2監(jiān)測(cè)到的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)利用USB(通用串行總線)與GPRS通信模塊3連接，從而動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)對(duì)重大土木工程項(xiàng)目的安全檢測(cè)/監(jiān)測(cè)。在應(yīng)用過(guò)程中通過(guò)超聲波動(dòng)態(tài)測(cè)試模塊2發(fā)射電路有間隔，頻率地發(fā)射一定數(shù)量的超聲波，超聲波動(dòng)態(tài)測(cè)試模塊2接收返回的超聲波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)橋梁等工程結(jié)構(gòu)的撓度、應(yīng)變等數(shù)據(jù)，并通過(guò)分析將數(shù)據(jù)傳輸給GPRS無(wú)線通信模塊3，再由GPRS網(wǎng)絡(luò)5傳送給擁有接收并分析數(shù)據(jù)功能軟件的PC機(jī)4，利用接收軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，從而從而對(duì)結(jié)構(gòu)安全性能進(jìn)行判斷。

對(duì)于同時(shí)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)，我們首先利用超聲波測(cè)試模塊2發(fā)射電路對(duì)不同的待測(cè)點(diǎn)進(jìn)行超聲波的發(fā)射，并接收返回的超聲波信號(hào)，通過(guò)并通過(guò)分析將數(shù)據(jù)傳輸給GPRS通信模塊3，再由GPRS網(wǎng)絡(luò)5傳送給擁有接收軟件的PC機(jī)4，通過(guò)接收軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，從而綜合分析各個(gè)測(cè)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)幾何數(shù)據(jù)。

下面就將本專利(如圖1)分為兩個(gè)模塊-超聲波動(dòng)態(tài)測(cè)試模塊和GPRS無(wú)線通信模塊其他的一些模塊都是現(xiàn)場(chǎng)工程體系的部分，下面對(duì)兩個(gè)主模塊進(jìn)行分別說(shuō)明：

一、超聲波動(dòng)態(tài)測(cè)試儀(如圖2)

(1)40kHZ超聲波發(fā)射電路

40kHZ超聲波發(fā)射電路由三門振蕩器的輸出為40kHZ方波，激勵(lì)電壓可由FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)控制差分放大。電容平衡輸出，使波形穩(wěn)定。輸出頻率應(yīng)為40kHZ±2kHZ。發(fā)射超聲波信號(hào)為每秒50-500個(gè)。一個(gè)信號(hào)包含20-50個(gè)波。

(2)超聲接收、調(diào)理、放大

采用高敏感超聲接收探頭，雙穩(wěn)態(tài)超聲波接收電路。此電路簡(jiǎn)單，接收靈敏度高。圖中超聲波信號(hào)由U11接收后，經(jīng)兩級(jí)放大，送入運(yùn)放LM324進(jìn)行放大、整形，然后由LM324的第1腳輸出高電平，觸發(fā)FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)的敏感源，因?yàn)榘l(fā)射超聲波信號(hào)為每秒50-500個(gè)。一個(gè)信號(hào)包含20-50個(gè)波。此工作機(jī)制下實(shí)現(xiàn)高速動(dòng)態(tài)的測(cè)試儀器和被測(cè)物之距。對(duì)0-150Hz的物體震動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分析。

(3)FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)高速數(shù)據(jù)交換

控制超聲發(fā)射的波數(shù)量、頻率、信號(hào)間隔。高速運(yùn)算超聲接收敏感源的定時(shí)、計(jì)數(shù)。實(shí)現(xiàn)高速動(dòng)態(tài)測(cè)試的算法實(shí)現(xiàn)。和USB(通用串行總線)、MCU(微型控制器)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換。

(4)MCU(微型控制器)傳輸，控制

主控制單片機(jī)，對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行控制，包括對(duì)FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)的設(shè)置、RS232傳輸、電源供電控制等。

(5)USB(通用串行總線)數(shù)據(jù)傳輸