[發明專利]基于有限元分析的傳感數據監測方法及裝置

有效

• 申請號: 201210153570.5
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN102692902B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 曹春耕;吳向平;杜新民
• 申請（專利權）人: 上海森首光電科技有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;H04L29/08
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司31225
• 代理人: 宣慧蘭

技術領域

本發明涉及一種實體工程結構監測系統，尤其是涉及一種基于有限元分析的傳感數據監測方法及裝置。

背景技術

工程設施健康監測是近年來國際上的研究熱點，國內也有越來越多的大型工程建筑安裝了此類健康監測系統。一般來說，健康監測系統主要由數據采集系統，數據傳輸存儲系統和評估分析系統組成，對建筑結構進行實時地健康與安全評估，達到安全預警的目標。

目前已有的健康監測系統中，一般都存在如下的不足和缺陷。

1，因為傳感器(比如光纖光柵傳感器)的價格昂貴，一般只會對重點部位設置進行監測，這樣監測的只是局部點的狀態

2，未設置傳感器部位因為不能采集到數據，也就無從對這些部分進行健康評估分析

3，評估分析方法都是單獨，獨立的。只是適用于具體的某個工程結構，通過長期觀測其數據進行經驗分析，缺乏實用性研究和通用性

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于有限元分析的傳感數據監測方法及裝置。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于有限元分析的傳感數據監測方法，該方法用于對實體工程結構進行實時監測，包括以下步驟：

1)解調儀采集由傳感器生成的實體工程結構的傳感數據；

2)解調儀向上位機發送步驟1)采集到的傳感數據；

3)上位機將接收到的傳感數據發送至安裝有有限元分析組件的數據分析中心；

4)數據分析中心接收到傳感數據，并存儲于數據分析中心的數據庫中；

5)用戶端向數據分析中心發送查詢請求；

6)數據分析中心從數據庫讀取對應的傳感數據，并調用有限元分析組件進行有限元分析，得到有限元分析的結果；

7)數據分析中心將有限元分析的結果發送至用戶端進行顯示。

步驟3)中的上位機直接將傳感數據發送至數據分析中心或者將傳感數據進行篩選、封裝后發送至數據分析中心。

所述的有限元分析組件包括實體工程結構有限元模型，該實體工程結構有限元模型為柔性有限元模型，根據實體工程結構進行構建，并通過傳感數據進行模型修正、仿真和分析。

步驟6)中的有限元分析具體包括以下步驟：

A)根據實體工程結構構造有限元分析模型并進行網格劃分；

B)根據對應的實體工程結構有限元模型的參數和傳感器采集到的傳感數據在構造完成的有限元分析模型上進行仿真；

C)根據步驟B)仿真得到的有限元分析模型的數據和傳感器采集到的傳感器數據對進行對比；

D)根據對比的差異對實體工程結構有限元模型的參數進行修正，并更新模型；

E)將更新后的實體工程結構有限元模型重復步驟B)～步驟D)的過程，直至仿真得到的有限元分析模型的數據和傳感器采集到的傳感器數據之間的差異小于閾值。

發送至用戶端的有限元分析的結果通過圖表或曲線的方式進行顯示。

由傳感器生成的實體工程結構的傳感數據包括實體工程結構的荷載、約束條件、邊界條件、內部應力、構件關聯、整體形變和局部形變。

所述的傳感數據的類型為實時數據、延時數據、靜態數據或近似數據。

一種用于實施上述方法的基于有限元分析的傳感數據監測裝置，包括傳感器、解調儀、上位機、用戶端以及安裝有有限元分析組件的數據分析中心，所述的傳感器設有多個，設置在需要監測的實體工程結構上，并且連接解調儀，所述的解調儀連接上位機，上位機連接數據分析中心，所述的用戶端設有多個，均與數據分析中心連接。

所述的上位機通過高速光纖、電纜或無線GPRS中的一種或多種方式連接數據分析中心。

所述的數據分析中心和用戶端之間采用B/S構架或C/S構架。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1，成本低：只要合理布局傳感器的位置，就能檢測到幾乎整個檢測物的健康狀態，減少了不必要的傳感器數量。

2，檢測全面：由于采用有限元分析的方法，不只是設置了傳感器的部位可以得到分析結果，其它未設置傳感器的部位可以根據有限元分析得到全面的分析結果。

3，適用性高：采用成熟的有限元分析組件，能提供大部分大型建筑(工程結構等)的分析模型，不再需要一段長時間的數據觀測統計后得出一些經驗方法，而是直接可以運用來得到分析結果。

4，可靠性高：正因為采用了有限元模型分析，能夠檢測到全部的健康狀態，所以更能及時快速的了解當前狀態，給決策者采取措施提供可靠的依據。