[實用新型]一種多能源供給的無線橋梁健康監測裝置

有效

• 申請號: 201220663127.8
• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN203083608U
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 楊秦敏;劉寧;盧建剛;孫優賢;鄧毅;陳積明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

技術領域

本實用新型屬于橋梁健康監測技術領域，具體涉及一種多種綠色能源供給，無需額外電源的無線網絡橋梁健康監測系統。?

背景技術

自20世紀50年代以來，隨著橋梁建設事業的迅猛發展，而在橋梁的使用中，由于受到自然環境和人為的一些損害，一些橋梁坍塌事故的不斷發生，橋梁健康監測的重要性逐漸被認識，使用橋梁健康監測技術，觀測和分析橋梁的各種結構狀況，當橋梁處于危險狀況時發布預警信號，以保證橋梁的正常運行，這對橋梁的維護、管理都具有非常重要的意義。而基于現有無線傳感網絡和傳感器技術的發展，在橋梁健康監測方面也有了相應的應用。目前已經有一些橋梁健康監測無線數據采集的技術，如申請號為200720140648.4的專利中所述，該專利是采用內置電池或外置人為監控充電供給電源，雙CPU處理數據模式的橋梁檢測無線數據采集裝置，這些裝置存在以下缺點：1、采用電池或者單一的電源為系統供電，能量采集和轉換效率低；2、雙CPU和雙通訊模塊，增加了系統的功耗；3、采用的傳感器為模擬量傳感器，信號需要經過濾波和放大、模/數轉換，這大大降低了數據采集的精確性和時滯性，并且增加了系統的能耗。?

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種多能源供給的無線橋梁健康監測裝置，它采用多種綠色能源供給，能量利用效率高、裝置結構簡單、數據采集精確度高、信息傳輸效率高，克服了現有提出的橋梁健康監測技術中存在的需要外部電源、供電電源單一、功耗較大的不足。?

為此，本實用新型采用以下技術方案：一種多能源供給的無線橋梁健康監測裝置，它包括電源收集和管理模塊、傳感器模塊、微處理器模塊、無線通信模塊、無線路由節點、報警模塊；電源收集和管理模塊與微處理器模塊、無線通信模塊連接，并為它們提供電能；傳感器模塊中具有數字式無源傳感器和模擬量傳感器，數字式無源傳感器與微處理器模塊直接相連，模擬量傳感器經過信號調理電路再與微處理器模塊連接，微處理器模塊與無線通信模塊連接，無線通信模塊通過無線電將數據發送至無線路由節點，并進而發送至中央監控室。?

在采用上述技術方案的基礎上，本實用新型還可采用以下進一步的技術方案：?

電源收集和管理模塊中包括電能收集模塊、電源管理芯片、超級電容；電能收集模塊包括振動能模塊、風能模塊、太陽能模塊；電能收集模塊通過振動能模塊、風能模塊和太陽能模塊分別收集橋體的振動能、風能和太陽能，并轉換為系統可用電壓等級，電能收集模塊連接電源管理芯片，電源管理芯片連接超級電容，超級電容連接微處理器模塊和無線通訊模塊為其供電。?

在超級電容輸出電壓同時連接至微處理器模塊的電壓監測引腳，微處理器模塊會依據采集到的超級電容輸出的電壓，采用模糊智能算法管理自身的“運行”和“休眠”時間，實現微處理器模塊“運行”和“休眠”交替的工作模式。?

所述的傳感器模塊中的多個傳感器可同時連接至一個微處理器模塊。?

微處理器模塊連接報警模塊，當不同的監測值超出預定警戒值時，報警模塊實現現場報警，同時通過網絡將報警信息傳輸到中央監控室，在中央監控室監控界面發出相應的報警信號。?

無線通信模塊采用3G模塊，無線通信模塊和無線路由節點實現自組網。?

所述無源傳感器模塊包括對橋梁的荷載、表面形貌、結構強度等進行測量的無源傳感器。無源傳感器不需要額外電源的供電，從而節省了大量的能耗。同時傳感器模塊中有數字量無源傳感器和模擬量無源傳感器。對部分參數的測量采用模擬量無源傳感器，模擬量無源傳感器通過相應的信號調理電路接連至微處理器?模塊，對部分參數的測量采用數字量無源傳感器，無需中間的信號調理電路，直接連接至微處理器模塊。從而減少了中間的電路，減少了干擾，使整個裝置更加穩定可靠。?

所述微處理器模塊負責對傳感器所采集到的數據進行處理與存儲、設定警戒值，當監測值超出設定警戒值時報警模塊就發出相應的現場報警信號和監控室報警信號。微處理器模塊將處理過的信息與數據傳輸至無線通信模塊。同時微處理器模塊負責電源的管理，實時地檢測超級電容器所存儲的電量與所輸出的電壓，并調節微處理器模塊的“運行”與“休眠”時間，使電能的供應達到最佳狀態。?

所述無線通訊模塊和微處理器模塊相連接，由傳感器采集并經微處理器模塊處理后的數據，通過無線通訊模塊實時地發送到無線路由節點。?

所述無線路由節點實現和多個無線通訊模塊進行組網，組織成星形無線網絡拓撲結構，接收來自橋梁不同位置的不同數據監測信息，并將數據傳輸至中央監控室。?