[實用新型]一種工程結構健康監測數據采集系統

有效

• 申請號: 201520774472.2
• 申請日: 2015-10-08
• 公開（公告）號: CN205246116U
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 趙淑蘭;叢旭娟;付金璐;劉艷峰;崔春雷;王亞沖
• 申請（專利權）人: 中鐵城際規劃建設有限公司
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01M99/00;G08C17/02
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司 13100
• 代理人: 李志民;董金國

技術領域

本實用新型涉及結構工程自動化技術領域，具體涉及一種工程結構健康監測數據 采集系統。

背景技術

從20世紀80年代起，我國的公路建設飛速發展，陸續建設了各種類型的公路橋梁， 擁有橋梁數量位于世界第二位。伴隨著我國經濟的持續增長和人民生活水平質量的提高， 對橋梁的通行能力和承載能力提出了更高的要求。如今，橋梁不僅僅作為順利通行的建筑 物，橋梁產業的發展和橋梁技術的進步已經成為國家綜合國力的體現，溝通和促進著各國 文化的交流和發展。但在快速發展的橋梁領域，不斷追求造型和材料創新的同時卻忽視了 成橋后的運營狀態和質量，投入運營后橋梁的可靠性能否到達最初的設計標準，值得探究。 在橋梁運營階段，由于結構受到可變作用和偶然作用的影響，日積月累將導致結構或構件 出現不同程度的損傷，材料性能加速退化，縮短橋梁的正常使用壽命。

我國的橋梁健康狀況每況愈下，頻頻出現報警，應給予高度重視。據統計，截至到 2013年底，全國公路橋梁達七十多萬座。其中，大橋所占比重較大，約為總數的90％，特大橋 梁有三千多座。國家投入大量資金用于養護舊橋，改造危橋，共改造危橋兩萬多座。另外，公 路橋梁超載現象比較普遍，而橋梁一旦超載使用會使其結構產生難以修復的內部損傷，頻 繁超載后導致混凝土出現開裂現象。超載最致命的負面作用是對橋梁正常使用壽命的影 響。若車輛超載一倍就會導致橋梁使用壽命縮短90％。在橋梁運營條件每況愈下的情況下， 超載現象頻繁導致的惡性循環加重了橋梁結構的損傷。

建立結構健康監測系統是保障結構安全運營和延長使用壽命的有效手段。結構健 康監測系統利用長期安裝在結構關鍵位置上的傳感器實時監測、評估結構的結構狀態，在 自然環境、交通條件或運營狀況嚴重異常時發出預警信號，為結構維護、維修與管理決策提 供依據和指導，可在第一時間發現潛在問題，有效避免惡性事故。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種工程結構健康監測數據采集系統，該 系統能夠實時采集、傳輸和處理橋梁運營技術參數，具有響應速度快、可靠性高和成本低廉 等特點，能夠滿足橋梁分布分散、地域廣闊的大型監控網的建設需要。

本實用新型的技術方案為：

一種工程結構健康監測數據采集系統，包括現場工作站以及與現場工作站無線通 信的監控中心服務器及監控終端數據預警系統。

現場工作站包括靜態數據采集單元、動態數據采集單元、工控機和無線傳輸模塊。 靜態數據采集單元通過總線與工控機通信，動態數據采集單元通過工控機中的采集卡與工 控機通信，工控機通過無線傳輸模塊并利用無線通信網絡與監控中心服務器通信。監控終 端數據預警系統包含報警軟件及移動終端，可將超限報警的數據直接發送到被關聯的移動 終端設備上，具手機短信通知功能。

具體的，靜態數據采集單元包括監測靜態響應的的溫度傳感器、監測應力應變的 振弦應變計、監測橋梁撓度的靜力水準儀、監測結構裂縫變化的裂縫儀和監測結構位移的 位移計，動態數據采集單元包括監測結構振動情況的拾振器。

具體的，無線傳輸模塊為DTU數傳模塊。

本實用新型的有益效果：按照本實用新型將橋梁運行技術參數分為靜態數據和動 態數據，靜態數據指變化速度較慢的結構運營技術參數，如結構箱外溫度、應力應變、結構 撓度、結構裂縫變化和結構位移等；動態數據指變化速度較快的結構運營技術參數，如結構 振動情況，包括振動頻率、振型和阻尼系數等。本實用新型中，靜態數據采集單元用于采集 靜態數據并使用基于總線的分布式數據采集技術與現場的工控機通信，動態數據采集單元 用于采集動態數據并使用基于板卡的集中式數據采集技術與現場的工控機通信。基于總線 的分布式數據采集技術具有易維護、布線簡單、可靠性高等優點，其缺點是采樣速度低。基 于板卡的集中式數據采集技術具有采樣速度快的優點，其缺點是布線費用較高，適合于動 態監測系統。本實用新型針對結構運營監控中不同技術參數的特點，分別采用以上兩種數 據采集技術進行采集，既滿足了工程實際中結構健康檢測的技術需要，而且降低了現場布 線的難度和成本，具有較強的實用性。