[發明專利]一種低頻環境振動信號的一體化三軸采集存儲裝置

在審

• 申請號: 202011073779.1
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112197855A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 尹濤
• 申請（專利權）人: 尹濤
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發明公開了一種低頻環境振動信號的一體化三軸采集存儲裝置，該裝置采用模塊化方式進行組裝，各個功能部件相對獨立；封裝成一個整體結構，內置若干個傳感器，集三軸傳感、采集、存儲、供電于一體，用于實現三個正交方向微弱環境振動信號的同步采集。本發明具有體積小、重量輕且移動便攜的優點，單臺裝置即可以獨立完成結構指定測點處的數據采集全過程，且測試過程中除移動測點外無需人為干預，有效避免了現場測試過程中繁雜的導線設備連接布線以及大量相關人力資源的消耗，同時，該設備在外接電源條件下可實現無人值守長期監測。

技術領域

本發明屬于土木工程技術領域，涉及到環境信號監測，具體涉及一種低頻環境振動信號的一體化三軸采集存儲裝置。

背景技術

大型土木工程結構(如大跨橋梁、超高層建筑等)在服役期內容易受到各種因素的影響而發生疲勞損傷，損傷累積到一定程度則可能會引發結構的整體或局部破壞從而導致災難性事故發生，造成重大人員傷亡和巨大經濟財產損失，因此，亟需實施大型土木工程結構的健康狀態監測，以便及時對其安全狀態進行有效評估。

數據采集存儲系統是結構健康監測整體系統的核心組成部分，獲取足夠的高質量監測數據是結構健康監測成功與否的關鍵前提。大型土木工程結構為柔度大、自振頻率低的空間三維結構體系，其環境激勵下動態響應信號中的低頻微弱成份占主導，傳統實驗室級別的單軸傳感器及有線采集方式通常無法勝任低頻微弱信號的現場采集，同時受限于監測成本，缺乏足夠數量的昂貴低頻高靈敏度傳感器及配套采集存儲軟硬件，難以保證獲取足夠的反映結構三維空間信息的高質量低頻環境振動信號。因此，亟待發展一種針對大型空間結構環境振動信號監測的成本低、低頻分辨率高、空間三軸的采集存儲一體化裝置。

現有技術中存在的主要問題和不足包括：

申請號為“201210056339.4”的中國發明專利公開了一種用于土木工程結構健康監測的傳感器系統，包括：采集模塊、濾波放大電路、數據處理模塊、通訊模塊和電源模塊；申請號為“201220062275.4”的中國實用新型專利公開了一種用于采集土木工程結構物理量的采集模塊，包括：用于采集土木工程結構的加速度物理量的加速度傳感器，用于采集土木工程結構的溫度物理量的溫度傳感器，以及用于接收包含外部應變傳感器采集的土木工程結構的應變物理量的信號的轉換接口；申請號為“201020660885.5”的中國實用新型專利公開了一種自校準三軸振動監測及環境監測采集裝置，由一組振動監測模塊，溫度補償模塊，環境監測模塊以及信號調理模塊組成。首先，該系列專利采集裝置為非一體式封裝且采用外置電源裝置供電，使其整體性和移動性較差，同時缺乏堅固性和防水性，受測試場地環境影響大，野外適應性低；其次，該裝備不具備實時數據存儲功能，斷電后信號采集的可靠性難以保證，同時其采用的無線數據傳輸技術普遍存在丟包問題，影響數據采集的完整性與可靠性；此外，其設備采用基于微機電系統(MEMS)的加速度傳感器ADXL335，該類型加速度傳感器普遍價格低廉，屬于通用型傳感器，廣泛應用于對成本敏感的移動設備、游戲系統以及磁盤驅動器保護等非專業信號采集領域，但其頻帶范圍過寬，低頻分辨率與信噪比均較低，達不到對于大型土木工程結構環境激勵條件下微弱低頻響應信號以及地面脈動信號感應的高分辨率和高敏感性要求。

申請號為“201510632737.X”的中國發明專利公開了一種信號一體化采集裝置和方法，該專利內容與本技術概念上和用途上完全不同，其應用于空間地理信息系統采集，無法適用于大型土木工程結構微弱環境振動信號與地脈動信號監測。

申請號為“201810991329.7”的中國發明專利公開了一種環境振動能量收集與存儲系統的裝置，該專利內容與本技術概念上和用途上完全不同，其功能是利用壓電陶瓷的壓電效應收集結構振動的能量，將振動的機械能轉化為電能并輸出。

姜志國、陳玉玲、史巖峰等人發表的論文“一種三軸振動傳感器設計”(《傳感器與微系統》，2015年第34卷第5期，106-109)僅設計了一種三軸傳感器，無其他配套設備，且其頻帶范圍過寬，不具備低頻分辨率，無法適用于超低頻微弱環境振動信號采集。