[實用新型]便攜式橋梁健康監測系統

有效

• 申請號: 201220670553.4
• 申請日: 2012-12-08
• 公開（公告）號: CN202974336U
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 施杰;劉椿峰
• 申請（專利權）人: 江蘇泰斯特電子設備制造有限公司
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 靖江市靖泰專利事務所 32219
• 代理人: 陸平

技術領域

???本實用新型涉及橋梁監測領域，尤其是涉及一種分布式利用USB和RS-485方式進行通訊的便攜式橋梁健康監測系統。

背景技術

橋梁是鐵路、公路等陸路交通和水利建設等跨越河流、山谷等障礙，使之得以延伸重要連接環節，在交通網絡中，橋梁結構起著樞紐的作用，橋梁結構的安全使用無疑使整個城市交通網絡保持正常運作的關鍵環節之一。20?世紀以來，隨著橋梁設理論和施工技術的不斷進步，橋梁跨度不斷有新的突破，結構形式也日趨復雜。但是橋梁的建設運營過程中，一方面，由于施工質量尚有令人不夠滿意的地方，使得它們在一些施工的誤差和先天性不足；另一方面，已有橋梁運營時，由于頻繁承載甚至超，以及交通事故等人為因素的損害，再加上地震、洪水、颶風等自然環境因素的影響，使橋梁損傷和局部破壞。隨著運營時間的增長，橋梁的損傷部位和損傷種類會越來多，其程度也會越來越嚴重。迄今為止，國內外發生的橋梁安全事故并不鮮見。

如果能對橋梁的健康狀態進行監測，對橋梁狀態作出科學準確的評判，就能及時發現存在的安全隱患，及時進行維護或加固，這樣既確保了橋梁的使用安全和耐久性，又能區分輕重緩急，優化資源配置，做到有的放矢。

隨著橋梁結構的日趨復雜，傳統的人工檢測方法由于其滯后性、效率低，已跟不上橋梁發展的需求，也不符合經濟運作的規律。采用大型橋梁上安裝的在線健康監測系統資金耗費太大，往往不切實際；如果能研發一套系統，以較小的代價便能快速及時準確地了解橋梁的運營狀況，實現橋梁狀態快速檢測與評定，那么其對建設節約型公路橋梁養護體系將會有積極地推進作用，并產生重大的社會和經濟效益。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種便攜式橋梁健康監測系統，以較小的代價便能快速、及時、準確地了解橋梁的運營狀況，實現橋梁狀態快速檢測與評定，對建設節約型公路橋梁養護體系將會有積極地推進作用，并產生重大的社會和經濟效益。

本實用新型是這樣實現的：便攜式橋梁健康監測系統，包括USB通訊線、電源控制器、RS-485擴展線，其特征在于：USB通訊線將主計算機與電源控制器的USB接口相連，RS-485擴展線將電源控制器的通訊輸出插座與第一個數據采集模塊的通訊輸入插座相連，第一個數據采集模塊的通訊輸出插座與第二個數據采集模塊的通訊輸入插座通過RS-485擴展線相連，第二個數據采集模塊的通訊輸出插座與第三個數據采集模塊的通訊輸入插座通過RS-485擴展線相連。

?????本實用新型所述的數據采集模塊，包括可控供橋電壓、程控放大器、單片機，其特征在于：可控供橋電壓、加速度傳感器、程控放大器、模擬濾波器、DSP數據處理、16位模擬數字轉換器、RS-485通訊模塊、計算機順序串聯，減法器、16位數字模擬轉換器順序串聯，同時與比較器并聯，可控供橋電壓、程控放大器、16位數字模擬轉換器、比較器、16位模擬至數字轉換器、DSP數據處理、RS-485通訊模塊順序與單片機并聯；所述的計算機設置有信號測試分析軟件。???????????????????????

??????本實用新型以較小的代價便能快速、及時、準確地了解橋梁的運營狀況，實現橋梁狀態快速檢測與評定，對建設節約型公路橋梁養護體系將會有積極地推進作用，并產生重大的社會和經濟效益。

附圖說明

????圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是本實用新型中數據采集模塊的結構示意圖。

圖中1、主計算機，2、USB通訊線，3、電源控制器，4、RS-485擴展線,5、數據采集模塊，6、可控供橋電壓，?7、傳感器，8、程控放大器，9、模擬濾波器，10、減法器，11、16位數字模擬轉換器，12、比較器，13、單片機，14、16位模擬數字轉換器，15、DSP數據處理，16、RS-485通訊模塊，17、計算機。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步說明：

參照附圖，便攜式橋梁健康監測系統，包括USB通訊線2、電源控制器3、RS-485擴展線4，其特征在于：USB通訊線2將主計算機1與電源控制器3的USB接口相連，RS-485擴展線4將電源控制器3的通訊輸出插座與第一個數據采集模塊5的通訊輸入插座相連，第一個數據采集模塊5的通訊輸出插座與第二個數據采集模塊5的通訊輸入插座通過RS-485擴展線4相連，第二個數據采集模塊5的通訊輸出插座與第三個數據采集模塊5的通訊輸入插座通過RS-485擴展線4相連。所述的數據采集模塊10，包括可控供橋電壓6、程控放大器8、單片機8，其特征在于：可控供橋電壓6、加速度傳感器7、程控放大器8、模擬濾波器9、DSP數據處理10、16位模擬數字轉換器11、RS-485通訊模塊16、計算機17順序串聯，減法器5、16位數字模擬轉換器11順序串聯，同時與比較器12并聯，可控供橋電壓6、程控放大器8、16位數字模擬轉換器11、比較器12、16位模擬至數字轉換器14、DSP數據處理15、RS-485通訊模塊16順序與單片機13并聯；所述的計算機17設置有信號測試分析軟件。具體實施時，為了簡化系統構成，便于系統管理和維護，將靜態應力、靜位移、溫度等靜態特性，以及加速度、動位移、動應變等動態特性的多種參數采集與初步分析集成在一個大系統中，以測試斷面、子站為單元，采用模塊化組合，形成數據采集模塊，數據采集模塊包括振動模塊，動應變、動位移模塊，靜應變、靜位移、溫度模塊；其中對于加速度傳感器，將普通的三個方向的單向加速度傳感器集成為單個的三向加速度傳感器。本實用新型為集中控制和供電，即一根供電通訊總線電纜將各斷面、各個采集模塊串接起來，各模塊測試信號經過數據采集后多通道合成一根總線傳輸電纜進行數字化實時傳輸，實現現場采集數據的長距離高速不間斷傳輸。現場模塊布置方案采取數據采集模塊安放于各測試斷面/子站，距各測點較近，使得傳感器輸出的微弱信號傳輸距離較短，減少干擾及信號傳輸線路。?數據采集模塊、主控計算機控制現場各采集箱完成橋梁各種靜、動態響應信號的采集、預處理和存儲，可以實時觀測橋梁的振動、位移和應力應變狀況；數據采集模塊、主控計算機布置于一端，采集系統供電可以考慮蓄電池組或車載電源供電方式。數據采集模塊中振動模塊：一個模塊?4?通道，具有單通道（垂直或水平）、2?通道（垂直、水平橫向）、3?通道（垂直、水平橫向和水平縱向）等型式的模塊，能夠通過操作軟件設置速度檔和加速度檔，以適用不同規模的結構或不同特性的測點；?動應變、動位移模塊：?一個模塊4?通道，?內部采用WAGO壓線端子，通過外部防水插頭接入。防水插頭集中輸入預設在橋梁測點上的應變橋路輸出信號，便于定期到現場采集信號，省去每次接線的麻煩；?靜應變、靜位移、溫度模塊：一個模塊?8?通道，內部也是采用WAGO壓線端子，通過外部防水插頭接入。?各個采集模塊采用前置信號處理系統設計，每個通道設置獨立放大器，增強系統抗干擾能力；?系統與計算機采用USB接口方式，數據采集模塊之間的通訊方式為RS-485擴展線，通訊長度不受限制。監測時，用RS-485擴展線將電源控制器的通訊輸出插座與采集器的通訊輸入插座相連，再用RS-485擴展線將數據采集模塊的通訊輸出插座與下一個數據采集模塊的通訊輸入插座相連，依次類推。然后用USB通訊線將主計算機與電源控制器的USB接口相連，最后插上電源控制器電源線，打開電源控制器電源開關，就可以開始進行采樣操作。首先遠程計算機里安裝的信號測試分析軟件，通過通訊模塊給一個命令給單片機，之后單片機控制可控供橋電壓，輸出供橋電壓給加速度傳感器或應變片，為加速度傳感器或應變片提供工作電壓。與此同時，遠程計算機中的信號測試分析軟件通過RS-485通訊模塊發送指令給單片機，單片機再給16位模擬數字轉換器發送指令，使16位模擬數字轉換器輸出模擬電壓進入減法器，進行運算，再經過比較器進行比較后，給單片機發送停止命令，將電路中內置電壓除去，避免影響到測量信號。加速度傳感器或應變片輸出信號給程控信號放大器，信號經過放大之后進入模擬濾波器，濾去無關信號，將有用信號再經過16位模擬數字轉換器，轉換成數字信號，之后進入DSP數據處理，最后通過單片機將信號轉換成USB模塊能識別的信號，傳至計算機，顯示在信號測試分析軟件上。