[實用新型]一種基于Zigbee無線通信的結(jié)構(gòu)靜力實驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN207197757U
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 刁寅午
• 申請（專利權(quán)）人: 天津城建大學
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00;G08C17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及結(jié)構(gòu)靜力實驗數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域，尤其是基于Zigbee無線通信的結(jié)構(gòu)靜力實驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)靜力實驗是確定工程結(jié)構(gòu)在靜荷載作用下的強度、剛度或穩(wěn)定性而進行的力學實驗。除須對結(jié)構(gòu)的承力零件作加載實驗外，還要對結(jié)構(gòu)作整體或局部的承力性能實驗。實驗對象可以是飛機、火箭、船舶實體結(jié)構(gòu)或模型，也可以是大型裝備機械結(jié)構(gòu)，也可以是建筑結(jié)構(gòu)如：鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等，一般包括梁柱結(jié)構(gòu)、屋架結(jié)構(gòu)、薄殼和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等的實體或模型。

結(jié)構(gòu)靜力實驗的目的在于：①確定結(jié)構(gòu)在一定靜荷載作用下的應(yīng)力分布和變形形態(tài)；②確定結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性；③確定結(jié)構(gòu)的最大承載能力，即強度；④從承力的角度評價結(jié)構(gòu)承受靜荷載的合理性；⑤驗證理論分析和計算方法的可靠性，或由實驗提出新的理論和計算方法。

荷載加載通過加載器和分配梁進行多點加載，加載方式通常有電動馬達式加載、液壓千斤頂加載、機械螺旋式加載、重物加載等。實驗室適合電動馬達和液壓千斤頂加載，可以手動控制也可以采用計算機進行自動控制。對于野外現(xiàn)場環(huán)境通常采用人工控制加載方式，如用液壓千斤頂加載、重物加載等。

結(jié)構(gòu)靜力實驗中測定有關(guān)的力學參量值主要有荷載、位移、應(yīng)變等。通常測量系統(tǒng)由傳感部分、放大部分和指示部分構(gòu)成。測量荷載常用拉壓力傳感器；測量位移常用電阻式位移傳感器、電感式位移傳感器、電容式位移傳感器；測量應(yīng)變常用電阻應(yīng)變傳感器。

目前結(jié)構(gòu)靜力實驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般是由一臺計算機完成，也就是集中式數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)采集部分包括傳感器、傳感器信號變送柜、計算機采集卡及計算機等部分。通常一個實驗布置應(yīng)變傳感器數(shù)量達幾十個到幾百個，位移傳感器、荷載傳感器也有十幾個到幾十個。應(yīng)變傳感器、位移傳感器、荷載傳感器接入到變送器柜變換成標準的電壓信號，再接入到臺式計算機內(nèi)部安裝數(shù)據(jù)采集卡。計算機將應(yīng)變、位移、荷載信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)成數(shù)字量，采集的數(shù)據(jù)以文件的形式保存下來，用于以后的分析和應(yīng)用。這些數(shù)據(jù)也可以以靜態(tài)曲線形式在屏幕上顯示出來用于觀測數(shù)據(jù)采集的結(jié)果。

現(xiàn)有集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要缺點：

①價格高、體積重量大，尤其是變送器柜價格貴，體積和重量都比較大，不適合現(xiàn)場使用。

②在結(jié)構(gòu)靜力實驗對象上放置的各種傳感器一般情況多達幾十個到幾百個，布線和接線都需耗費很多人力物力。

③信號有線傳輸會帶來共模和差模干擾，影響到信號的傳輸質(zhì)量和信號的采集精度。

實用新型內(nèi)容

基于結(jié)構(gòu)靜力實驗具有測試對象數(shù)據(jù)采集點多且分散的特點，本實用新型的目的是提供一種基于Zigbee無線通信的結(jié)構(gòu)靜力實驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)實驗對象各測試點的應(yīng)變、位移、荷載等參數(shù)的采集、傳輸、處理和存儲。

本實用新型的技術(shù)方案是：一種基于Zigbee無線通信的結(jié)構(gòu)靜力實驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集系統(tǒng)Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)采用星形結(jié)構(gòu)，包括多臺數(shù)據(jù)采集終端節(jié)點、一臺協(xié)調(diào)器節(jié)點和一臺計算機，所述數(shù)據(jù)采集終端節(jié)點與協(xié)調(diào)器節(jié)點通過無線連接，所述協(xié)調(diào)器節(jié)點通過USB與計算機連接，所述數(shù)據(jù)采集終端節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點采用低功耗設(shè)計，所述數(shù)據(jù)采集終端節(jié)點由電池供電，所述協(xié)調(diào)器節(jié)點是由計算機通過USB接口提供的電源。

進一步的，所述數(shù)據(jù)采集終端節(jié)點包括應(yīng)變采集節(jié)點、位移采集節(jié)點和荷載采集節(jié)點。

進一步的，所述應(yīng)變采集節(jié)點應(yīng)變檢測采用電阻應(yīng)變片傳感器。

進一步的，所述位移采集節(jié)點位移檢測采用的是電位器位移傳感器，所述電位器位移傳感器將位移的變化轉(zhuǎn)換成電位器電阻的變化。

進一步的，所述荷載采集節(jié)點荷載檢測采用壓力傳感器或拉力傳感器，所述壓力傳感器或拉力傳感器將荷載轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮钁?yīng)變片電阻的變化。

進一步的，所述應(yīng)變采集節(jié)點為4個通道，節(jié)點包括4組應(yīng)變片電橋、4路應(yīng)變變換電路、微處理器CC2530及輔助電路、數(shù)據(jù)存儲電路、天線匹配電路、電源電路和外接電池，所述應(yīng)變變換電路將電阻應(yīng)變片電阻的變化變換成標準的電壓信號，再由CC2530內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器變換成數(shù)字量并經(jīng)過處理保存在數(shù)據(jù)存儲電路，并通過無線傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器節(jié)點。應(yīng)變數(shù)據(jù)采集節(jié)點組成框圖如圖2所示。