CN104155086A - 无线远程控制的光纤传感结构健康监测系统及其使用方法 - Google Patents

无线远程控制的光纤传感结构健康监测系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线远程控制的光纤传感结构健康监测系统及其使用方法。目前的光纤传感结构健康监测系统，无法将传感器采集的电信号直接通过无线网络传至监控中心；光纤光栅解调系统长期不间断的工作必将使其加速老化。本发明包括现场光纤传感结构健康监测系统及远程监控终端，所述的现场光纤传感结构健康监测系统包括光纤光栅传感网络、与所述光纤光栅传感网络相连的光纤光栅解调仪、与所述光纤光栅解调仪连接的数据采集计算机、与所述光纤光栅解调仪和所述数据采集计算机均连接的GSM远程控制电源开关及与所述数据采集计算机连接的GSM计算机远程开/关机卡和无线上网卡。本发明使用寿命长、不受地域限制、系统构架简单且使用方便。

Description

无线远程控制的光纤传感结构健康监测系统及其使用方法
 
技术领域
    本发明涉及结构健康监测系统，尤其是一种无线远程控制的光纤传感结构健康监测系统及其使用方法。
背景技术   
结构监测方式方面：传统的结构安全检测方法是人工定期巡查，由专业人员临时装设传感器，收集相关状态信息，获得的信息拿回实验室进行分析，然后得出结果。这样做一方面很难做到及时准确地掌握结构状况，另一方面，由于建筑结构的复杂性，一般需检测的节点较多且分散，该种检测手段需耗费较多的人力，且每次都需重新安装传感器及重新布线，成本很高。随着科学技术的发展，出现了早期的信息化监测技术。它利用专线或专用网络将设备现场和控制中心连接起来，传感器采集到的状态信息按照一定的协议传送给控制中心。这种方式的特点是自成系统、数据传送快速安全，缺点是需要单独布设通信线路，当距离很远时将大大增加工程的成本。近年来，随着通信技术和计算机技术的发展，使人们对结构的实时远程信息化监测成为可能。
结构监测系统方面：光纤传感结构健康监测系统采用光纤光栅传感器，与传统结构健康监测系统采用的传感器相比较，其具有抗电磁干扰、耐腐蚀、长寿命、可实现远距离的监测与传输、使用期限内维护费用低等优点。同时它可以用来传感多种物理量和化学量，因此光纤传感结构健康监测系统非常适合土木工程结构的长期实时监测。然而该系统同时还存在以下问题：首先，光纤光栅传感器输出信号为光信号，因此在建立无线远程光纤传感结构健康监测系统时，无法同传统无线远程健康监测系统一样将传感器采集的电信号直接通过无线网络传至监控中心。其次，光纤传感结构健康监测系统所特有的设备—光纤光栅解调系统价格昂贵，如和传统无线远程健康监测系统一样长期不间断的工作必将使其加速老化，影响使用寿命，从而导致整体监测成本的大幅上升。因此需要在无需进行结构健康监测的情况下，对解调系统进行关闭维护，以延长整个光纤传感结构健康监测系统的服役周期。
发明内容
本发明的目的在于解决现有光纤传感结构健康监测系统较难实现无线远程监测及光纤光栅解调系统长期不间断运行容易老化的问题，提供一种使用寿命长、不受地域限制、系统构架简单、成本低廉且使用方便的无线远程控制的光纤传感结构健康监测系统。
为此，本发明采用如下的技术方案：无线远程控制的光纤传感结构健康监测系统，其特征在于：它包括现场光纤传感结构健康监测系统及远程监控终端，所述的现场光纤传感结构健康监测系统包括光纤光栅传感网络、与所述光纤光栅传感网络相连的光纤光栅解调仪、与所述光纤光栅解调仪连接的数据采集计算机、与所述光纤光栅解调仪和所述数据采集计算机均连接的GSM远程控制电源开关及与所述数据采集计算机连接的GSM计算机远程开/关机卡和无线上网卡，所述的数据采集计算机装有与所述光纤光栅解调仪相匹配的数据采集软件；
所述的远程监控终端包括至少一个远程控制手机及多个远程监控计算机，所述的远程控制手机通过GSM网络与GSM远程控制电源开关和GSM计算机远程开/关机卡进行通讯，所述的远程监控计算机通过无线网络与数据采集计算机进行通讯；
所述的数据采集计算机和所述的远程监控计算机装有相同版本的同一远程控制软件，所述的远程控制软件具有远程控制计算机及远程传输文件的功能。
基于光纤传感结构健康监测系统较难实现无线远程监测的问题，本发明先将光纤光栅传感网络的光信号通过现场布置的光纤光栅解调仪进行集中解调成电信号，然后将电信号通过数据采集软件显示并储存在数据采集计算机上，最后通过远程监控计算机远程控制数据采集计算机，即可在数据采集软件中实时了解当前结构的运行状况，并将监测数据发送至远程监控计算机，从而实现了光纤传感结构健康监测系统的无线远程监测；基于光纤光栅解调系统长期不间断运行容易老化的问题，本发明通过在数据采集计算机内安装GSM计算机远程开/关机卡远程控制该计算机的开、关机，通过GSM远程控制电源开关远程控制光纤光栅解调仪电源的开关，从而实现在需要的时候可自动开启或关闭解调系统，以利于光纤光栅解调系统的维护，以延长其服役周期。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征：
所述的光纤光栅传感网络由埋设在土木工程结构构件内部或粘贴在土木工程结构构件表面的多个串联在一起的光纤光栅传感器组成。
所述的光纤光栅传感器为光纤光栅应力传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅压力传感器、光纤光栅加速度传感器或光纤光栅位移传感器。
所述的数据采集软件具有向指定邮箱或手机发送报警信息的功能。
所述的GSM远程控制电源开关和所述的GSM计算机远程开/关机卡内均装有与远程控制手机配合使用的SIM卡，所述的GSM远程控制电源开关与220V电源连接。
所述无线远程控制的光纤传感结构健康监测系统的使用方法，其步骤如下：1）监测系统报警信息的预设置：现场光纤传感结构健康监测系统安装完成后，在数据采集计算机的数据采集软件中先按需求设置光纤光栅传感器的报警值，然后通过设置将报警信息自动发送至远程控制手机或与远程控制手机绑定的邮箱，保证光纤光栅传感网络的监测数据一旦超过报警值，远程控制手机能实时收到相应报警信息；2)远程开启现场光纤传感结构健康监测系统的设备电源：使用远程控制手机向GSM远程控制电源开关内的SIM卡号码发送电源开启指令，待收到SIM卡反馈信息后，表明光纤光栅解调仪及数据采集计算机已有电源供应，且光纤光栅解调仪已处于工作状态；3）数据采集计算机的远程唤醒：使用远程控制手机向GSM计算机远程开/关机卡内的SIM卡号码发送开机指令，待收到SIM卡反馈信息后，数据采集计算机被远程唤醒，且自动与光纤光栅解调仪及无线上网卡连接，远程控制软件通过无线网络自动登录；4）数据采集计算机的远程控制：在远程监控计算机登陆远程控制软件，在控制窗口输入数据采集计算机上的远程控制软件的注册用户名及控制密码，远程控制数据采集计算机，在数据采集软件中实时了解当前结构的运行状况；5）监测数据的远程传输：当需要对监测系统得到的数据进行分析处理时，通过远程控制软件，在数据采集计算机中找到该数据文件，并通过远程文件传输功能，将监测数据发送至远程监控计算机；6）现场光纤传感结构健康监测系统的关闭：先使用远程控制手机向GSM计算机远程开/关机卡内的SIM卡号码发送关机指令，待收到SIM卡反馈信息后，数据采集计算机关机；然后使用远程控制手机向GSM远程控制电源开关内的SIM卡号码发送电源关闭指令，待收到SIM卡反馈信息后，表明光纤光栅解调仪及数据采集计算机电源被切断，此时现场光纤传感结构健康监测系统处于关闭状态；7）启动下一次的监测工作，重复步骤2-6。
本发明的无线远程控制的光纤传感结构健康监测系统使用寿命长、不受地域限制、系统构架简单、成本低廉且使用方便，能广泛地使用于实际工程中。
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是本发明无线远程控制的光纤传感结构健康监测系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示的无线远程控制的光纤传感结构健康监测系统，它由现场光纤传感结构健康监测系统及远程监控终端组成，现场光纤传感结构健康监测系统由光纤光栅传感网络、光纤光栅解调仪、数据采集计算机、GSM远程控制电源开关、GSM计算机远程开/关机卡和无线上网卡组成，远程监控终端由一个远程控制手机及多个远程监控计算机组成。其中，光纤光栅传感网络与光纤光栅解调仪相连、光纤光栅解调仪与数据采集计算机连接、GSM远程控制电源开关与光纤光栅解调仪和数据采集计算机均相连，GSM计算机远程开/关机卡和无线上网卡均与数据采集计算机相连，所述的数据采集计算机装有与所述光纤光栅解调仪相匹配的数据采集软件，所述的数据采集计算机和所述的远程监控计算机装有相同版本的同一远程控制软件，所述的远程控制软件具有远程控制计算机及远程传输文件的功能。远程控制计算机通过无线网络与数据采集计算机连接，远程控制手机通过GSM网络与GSM远程控制电源开关、GSM计算机远程开/关机卡连接。
本发明监测系统的组建及使用方法如下：
1）光纤光栅传感网络的组建：根据结构健康监测的要求，在监测现场的拟监测部位布设光纤光栅传感器，并通过串联的方式，将上述光纤光栅传感器组成光纤光栅传感网络；
2）现场光纤传感结构健康监测系统的构建：在监测现场，将光纤光栅传感网络端口与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪与数据采集计算机连接、GSM远程控制电源开关与光纤光栅解调仪和数据采集计算机均相连，GSM计算机远程开/关机卡和无线上网卡均与数据采集计算机相连，远程控制计算机通过无线网络与数据采集计算机连接；
3）监测系统报警信息的预设置：现场光纤传感结构健康监测系统安装完成后，在数据采集计算机的数据采集软件中先按需求设置光纤光栅传感器的报警值，然后通过设置将报警信息自动发送至远程控制手机或与远程控制手机绑定的邮箱，保证光纤光栅传感网络的监测数据一旦超过报警值，远程控制手机能实时收到相应报警信息；
4）远程控制终端的控制调试：按照GSM远程控制电源开关及GSM计算机远程开/关机卡的使用要求，授权远程控制手机对其进行远程控制，并进行控制测试；确认远程控制计算机内存有数据采集计算机远程控制软件的注册用户名及控制密码；
5）远程开启现场光纤传感结构健康监测系统的设备电源：使用远程控制手机向GSM远程控制电源开关内的SIM卡号码发送电源开启指令，待收到SIM卡反馈信息后，表明光纤光栅解调仪及数据采集计算机已有电源供应，且光纤光栅解调仪已处于工作状态；
6）数据采集计算机的远程唤醒：使用远程控制手机向GSM计算机远程开/关机卡内的SIM卡号码发送开机指令，待收到SIM卡反馈信息后，数据采集计算机被远程唤醒，且自动与光纤光栅解调仪及无线上网卡连接，远程控制软件通过无线网络自动登录；
7）数据采集计算机的远程控制：在远程监控计算机登陆远程控制软件，在控制窗口输入数据采集计算机上的远程控制软件的注册用户名及控制密码，远程控制数据采集计算机，在数据采集软件中实时了解当前结构的运行状况；
8）监测数据的远程传输：当需要对监测系统得到的数据进行分析处理时，通过远程控制软件，在数据采集计算机中找到该数据文件，并通过远程文件传输功能，将监测数据发送至远程监控计算机；
9）现场光纤传感结构健康监测系统的关闭：先使用远程控制手机向GSM计算机远程开/关机卡内的SIM卡号码发送关机指令，待收到SIM卡反馈信息后，数据采集计算机关机；然后使用远程控制手机向GSM远程控制电源开关内的SIM卡号码发送电源关闭指令，待收到SIM卡反馈信息后，表明光纤光栅解调仪及数据采集计算机电源被切断，此时现场光纤传感结构健康监测系统处于关闭状态；
10）启动下一次的监测工作，重复步骤5-9。

Claims (6)

1.无线远程控制的光纤传感结构健康监测系统，其特征在于：它包括现场光纤传感结构健康监测系统及远程监控终端，所述的现场光纤传感结构健康监测系统包括光纤光栅传感网络、与所述光纤光栅传感网络相连的光纤光栅解调仪、与所述光纤光栅解调仪连接的数据采集计算机、与所述光纤光栅解调仪和所述数据采集计算机均连接的GSM远程控制电源开关及与所述数据采集计算机连接的GSM计算机远程开/关机卡和无线上网卡，所述的数据采集计算机装有与所述光纤光栅解调仪相匹配的数据采集软件；
所述的远程监控终端包括至少一个远程控制手机及多个远程监控计算机，所述的远程控制手机通过GSM网络与GSM远程控制电源开关和GSM计算机远程开/关机卡进行通讯，所述的远程监控计算机通过无线网络与数据采集计算机进行通讯；
所述的数据采集计算机和所述的远程监控计算机装有相同版本的同一远程控制软件，所述的远程控制软件具有远程控制计算机及远程传输文件的功能。
2.根据权利要求1所述的无线远程控制的光纤传感结构健康监测系统，其特征在于：所述的光纤光栅传感网络由埋设在土木工程结构构件内部或粘贴在土木工程结构构件表面的多个串联在一起的光纤光栅传感器组成。
3.根据权利要求2所述的无线远程控制的光纤传感结构健康监测系统，其特征在于：所述的光纤光栅传感器为光纤光栅应力传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅压力传感器、光纤光栅加速度传感器或光纤光栅位移传感器。
4.根据权利要求1所述的无线远程控制的光纤传感结构健康监测系统，其特征在于：所述的数据采集软件具有向指定邮箱或手机发送报警信息的功能。
5.根据权利要求1所述的无线远程控制的光纤传感结构健康监测系统，其特征在于：所述的GSM远程控制电源开关和所述的GSM计算机远程开/关机卡内均装有与远程控制手机配合使用的SIM卡，所述的GSM远程控制电源开关与220V电源连接。
6.权利要求1-5任一项所述无线远程控制的光纤传感结构健康监测系统的使用方法，其步骤如下：1）监测系统报警信息的预设置：现场光纤传感结构健康监测系统安装完成后，在数据采集计算机的数据采集软件中先按需求设置光纤光栅传感器的报警值，然后通过设置将报警信息自动发送至远程控制手机或与远程控制手机绑定的邮箱，保证光纤光栅传感网络的监测数据一旦超过报警值，远程控制手机能实时收到相应报警信息；2)远程开启现场光纤传感结构健康监测系统的设备电源：使用远程控制手机向GSM远程控制电源开关内的SIM卡号码发送电源开启指令，待收到SIM卡反馈信息后，表明光纤光栅解调仪及数据采集计算机已有电源供应，且光纤光栅解调仪已处于工作状态；3）数据采集计算机的远程唤醒：使用远程控制手机向GSM计算机远程开/关机卡内的SIM卡号码发送开机指令，待收到SIM卡反馈信息后，数据采集计算机被远程唤醒，且自动与光纤光栅解调仪及无线上网卡连接，远程控制软件通过无线网络自动登录；4）数据采集计算机的远程控制：在远程监控计算机登陆远程控制软件，在控制窗口输入数据采集计算机上的远程控制软件的注册用户名及控制密码，远程控制数据采集计算机，在数据采集软件中实时了解当前结构的运行状况；5）监测数据的远程传输：当需要对监测系统得到的数据进行分析处理时，通过远程控制软件，在数据采集计算机中找到该数据文件，并通过远程文件传输功能，将监测数据发送至远程监控计算机；6）现场光纤传感结构健康监测系统的关闭：先使用远程控制手机向GSM计算机远程开/关机卡内的SIM卡号码发送关机指令，待收到SIM卡反馈信息后，数据采集计算机关机；然后使用远程控制手机向GSM远程控制电源开关内的SIM卡号码发送电源关闭指令，待收到SIM卡反馈信息后，表明光纤光栅解调仪及数据采集计算机电源被切断，此时现场光纤传感结构健康监测系统处于关闭状态；7）启动下一次的监测工作，重复步骤2-6。
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