CN105187805B - 基于网络摄像机的应变数据采集装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学应变测量系统领域，提供一种基于网络摄像机的应变数据采集装置和系统，应变数据采集装置包括：一端开口且形成有中空内腔的结构的外壳；设置在外壳的中空内腔中的网络摄像机，网络摄像机的镜头经外壳的开口端对准待采集应变数据的金属结构件；环绕着网络摄像机的镜头周围而设置的环形灯带。该应变数据采集系统包括：前述应变数据采集装置、服务器和监视器、服务器同互联网相连接，该服务器同监视器相通信连接，服务器和网络摄像机通过互联网连接。本发明解决了现有技术领域中存在的信号传输距离有限、安装复杂、不适用于应变集中的局部区域并且现有技术中没有能够重复使用的应变数据采集装置和系统的问题。

Description

基于网络摄像机的应变数据采集装置和系统

技术领域

本发明涉及光学应变测量系统的技术领域，即涉及一种基于网络摄像机的应变数据采集装置和系统，尤其涉及一种针对金属结构件的基于网络摄像机的应变数据采集装置和系统。

背景技术

目前大型金属结构件的应变状态监测系统主要采用电阻应变计或光栅传感器来进行应变数据采集，将电阻应变计安装在构件表面，构件在受载荷后表面所产生的微小变形(伸长或缩短)，会使应变计的敏感栅随之变形，导致应变计的电阻发生变化，其变化率ΔR/R和安装应变计处构件的应变ε成比例变化。测出此电阻的变化，即可按公式算出构件表面的应变以及相应的应力。而光栅传感器适用于焊接到各种钢结构场合：如钢管、坑道的支撑、桩和桥梁等；也可用螺丝安装固定在各种结构的表面，长期监测其应力与应变，电阻应变计或光栅传感器的信号传输距离有限，安装复杂，且不适用于应变集中的局部区域。另外，电阻应变计或光栅传感器只能一次性使用。而现在还没有一种能够远距离监控且能够重复使用的应变数据采集装置和系统。

发明内容

本发明的发明人在完成“典型港口机械金属结构安全性评价体系及应用研究”这一课题项目的过程中提出了一种基于网络摄像机的应变数据采集装置和系统。

本发明的目的在于提供一种基于网络摄像机的应变数据采集装置和系统，以解决现有技术领域中存在的信号传输距离有限、安装复杂、不适用于应变集中的局部区域并且现有技术中没有能够重复使用的应变数据装置和采集系统的问题。

本发明的基于网络摄像机的应变数据采集装置，该应变数据采集装置包括：外壳，所述外壳为一端开口且形成有中空内腔的结构；网络摄像机，所述网络摄像机设置在所述外壳的中空内腔中，所述网络摄像机的镜头经所述外壳的开口端对准待采集应变数据的金属结构件；和环形灯带，所述环形灯带环绕着所述网络摄像机的摄像头主体上的镜头周围而设置。

在如上所述的基于网络摄像机的应变数据采集装置中，优选：在所述外壳的开口端面内侧壁设置有一环状的沟路，在所述沟路内安装有连接部件，所述外壳通过所述连接部件与待采集应变数据的金属结构件可拆卸连接。

在如上所述的基于网络摄像机的应变数据采集装置中，优选：所述金属结构件的材质为铁磁性材质，所述连接部件为磁铁。

在如上所述的基于网络摄像机的应变数据采集装置中，优选：还包括：固定环，所述网络摄像机的摄像头主体通过所述固定环设置在所述中空内腔中。

在如上所述的基于网络摄像机的应变数据采集装置中，优选：所述固定环的顶部端面与所述摄像头主体的底部端面相连接，该摄像头主体的底部端面的中间位置安装有被所述固定环所环绕的所述镜头，所述环形灯带固定在所述固定环的底部端面，所述镜头也被所述环形灯带所环绕。

在如上所述的基于网络摄像机的应变数据采集装置中，优选：所述摄像头主体、所述固定环和所述环形灯带通过一螺钉螺接在一起。

在如上所述的基于网络摄像机的应变数据采集装置中，优选：在所述固定环的外壁上设置有弹性凸起，在所述外壳的内壁上开有凹槽，所述弹性凸起伸入到所述凹槽中。

在如上所述的基于网络摄像机的应变数据采集装置中，优选：在所述固定环的外壁上设置有螺纹，在所述外壳的内壁上开有螺纹，所述固定环通过螺接与所述外壳固定在一起。

在如上所述的基于网络摄像机的应变数据采集装置中，优选：所述网络摄像机为微型网络摄像机。

本发明的基于网络摄像机的应变数据采集系统，该应变数据采集系统包括：上述的应变数据采集装置；服务器，所述服务器与所述网络摄像机通信连接；和监视器，所述监视器与所述服务器通信连接。

在如上所述的基于网络摄像机的应变数据采集系统中，优选：所述服务器和所述网络摄像机通过互联网连接。

在如上所述的基于网络摄像机的应变数据采集系统中，优选：所述应变数据采集装置的数量为多个。

综上所述，本发明提供的基于网络摄像机的应变数据采集装置和系统，具有能够远距离监控、能够重复使用并且具有结构简单易于维护的优点。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于网络摄像机的应变数据采集装置的结构示意图；

图2为本发明提供的一种基于网络摄像机的应变数据采集系统的结构示意图；

图3为摄像头主体、固定环与灯带三者之间的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明的基于网络摄像机的应变数据采集装置，该应变数据采集装置包括外壳8、网络摄像机1以及环形灯带7，该外壳8为一端开口且形成有中空内腔16的结构，外壳8的另一端为突出部17，突出部17的纵截面形状为等腰梯形，在本实施例中网络摄像机为微型网络摄像机；网络摄像机1设置在外壳8的中空内腔16中，网络摄像机的镜头经外壳的开口端对准待采集应变数据的金属结构件13，网络摄像机1还具有自动调焦和调整倍率的性能；应用时，把镜头对准金属结构件的应变集中的局部区域，而应变集中的局部区域表面还预制有散斑图像，接着启动网络摄像机，就能使用网络摄像机头主体上的镜头来实时采集金属结构件13表面各个变形阶段的散斑图像；环形灯带7环绕着网络摄像机1的摄像头主体5上的镜头6周围而设置，另外还优选该环形灯带7为LED环形灯，LED环形灯由若干LED灯珠均匀排列分布为环形结构而构成。

因为LED环形灯为纯直流供电，无频闪，不易使眼睛产生疲劳感，亦不会对工作区域的其它设备产生谐波干扰；LED环形灯光照均匀，由于LED环形灯是按照360°的照射范围均匀照射在被观察物体上，无虚影产生，清晰度高；LED环形灯还具有超长的工作寿命，这是由于其发热量低(没有热幅射)、耗电量小(低电压、低电流起动)以及平均寿命大于35000小时的性能，此种性能远大于环形节能灯的1500-2500小时的工作寿命范围，其工作寿命为环形节能灯的十倍以上。

另外，本发明在外壳的开口端面内侧壁设置有一环状的沟路，在沟路内安装有连接部件，外壳通过连接部件与金属结构件实现可拆卸连接，即连接部件与待采集应变数据的金属结构件之间的连接为可拆卸连接，从而实现外壳与待采集应变数据的金属结构件之间的可拆卸连接，优选连接部件为一环形件且其内径与其设置位置处的外壳内径相同，还有就是，整个外壳由于内径差异分为三个部分而呈现出台阶状结构，其中设置有摄像机主体的部分的内径最小，设置有固定环的部分的内径大小居中，设置有磁铁的部分的内径最大；

连接部件可以为粘结带或者胶带。当金属构件的材质为铁磁性材质时，例如铁、钢，该连接部件可以为磁铁9。进一步地还可以优选该磁铁9为超强磁铁，超强磁铁为能够吸附超过本身重量640倍以上重量的磁铁，如钕铁硼磁铁、钐钴永久磁铁、铝铁硼磁铁就为超强磁铁，其具有性价比高，并具有良好的机械特性。通过把磁铁吸附或放置在待检测的金属结构件的特定位置上，该特定位置为应变集中的局部区域的边界上，就能够固定住基于网络摄像机的应变数据采集装置。

在采集过程中还通过启动环形灯带来照明，以此避免因环境光线变化对图像数据采集产生干扰的问题，从而提高了该应变数据采集装置采集数据的稳定性；

这样的应变数据采集装置安装简单、适用于应变集中的局部区域并且通过磁铁的作用来固定，便于拆卸，由此就能反复多次使用。

本发明的基于网络摄像机的应变数据采集装置还包括固定环10，摄像头主体5通过固定环10设置在中空内腔16中；

固定环10的顶部端面与摄像头主体5的底部端面相连接，该摄像头主体5的底部端面的中间位置安装有被固定环所环绕的镜头6，环形灯带7固定在固定环10的底部端面，环形灯带7固定在固定环10的底部端面的结构更便于安装，镜头6也被环形灯带7所环绕，此种连接方式结构简单，便于维护。另外，优选镜头6和外壳的底部(下端)之间保持有一定距离，目的是用来确保调整镜头焦距的空间，该距离也能够防范金属结构件可能的大变形对镜头造成的损害。

作为固定环与外壳连接以固定摄像头主体的方式可以为：固定环10的外壁与外壳8的内壁螺纹连接(如图1中固定环10外侧的竖直长条即为二者之间的螺接部，凹槽12为便于螺接方式的退刀槽。在其他的实施例中，还可以为：在固定环10的外壁上设置有弹性凸起11，在外壳8的内壁上开有凹槽12，弹性凸起11伸入到凹槽12中，此种固定结构简单，便于维护。

作为摄像头主体5与环形灯带7和固定环10的连接方式，可以通过在环形灯带7的周向布置至少2颗以上的螺钉18(具体数目不定，比如可以根据实际情况高达6颗)，利用螺钉18如图3那样将摄像头主体、固定环与环形灯带通过螺纹连接而固定在一起。这种方式连接简单，固定牢固，避免相机在工作过程抖动造成测量误差。具体来说，即摄像头主体设置有与螺钉18连接的螺孔，在固定环10的臂部设置有第一通孔供螺钉18穿过，此第一通孔内壁可以无螺纹，也可以设置有与螺钉18螺接的螺纹，同样环形灯带7的臂部也是设置有轴向即图3中上下方向的第二通孔，此第二通孔内壁可以无螺纹，也可以设置有与螺钉18螺接的螺纹。通过在第一通孔或者/和第二通孔内也设置有与螺钉18螺接的螺纹，使得摄像头主体、固定环与灯带之间的连接会更加稳定，从而进一步降低抖动的可能性。

为安装方便，摄像头主体的外壁同中空内腔16的内壁之间保持有间隔，该间隔大小范围为0.1～0.2mm此间隔还能够避免摄像头主体同中空内腔之间出现相互接触而发生磨损的问题，并且能够提供摄像头主体工作时产生热量后的散热空间。进一步地，外壳壁厚为2mm，此类厚度的外壳便于加工。进一步地，中空内腔16的内侧壁与其内顶壁之间通过圆角连接，该圆角连接方式能够在外壳受到外部应力作用时达到减小应力集中的效果。

而本发明的基于网络摄像机的应变数据采集系统，包括服务器4、监视器14、以及上述的基于网络摄像机的应变数据采集装置，也就是在上述的基于网络摄像机的应变数据采集装置的基础上，通过网络摄像机1的通信接口与通信电缆2相连接以通过通信电缆接入互联网3，服务器4与互联网3相连接，该服务器4同监视器14相通信连接，就构成了基于网络摄像机的应变数据采集系统。

根据该基于网络摄像机的应变数据采集系统，就能把网络摄像机1所采集的信号经过互联网3传递到位于远距离地方的服务器，并且在服务器4内安装上二维光学应变测量系统软件和网络视频监控软件，由此能把网络摄像机1采集到的金属结构件表面预制的散斑图像数据，经互联网3传输至服务器4；图像相关技术已经广泛应用于材料应变测量、全场振动测量、动态应变测量、高速变形测量以及材料拉伸试验中来测量材料的特性参数。

国内已经研究开发出了二维光学应变测量系统软件，通过测量金属结构件上印制的圆形网格几何量的变化，进而计算应变值，绘制出成形极限曲线。二维光学测量相对三维光学测量而言，简化了计算过程，计算结果精度较高，适用于表面为平面的材料应变数据测量。这样服务器4应用二维光学应变测量系统软件中的数字图像相关算法，计算得到金属结构件表面的应变数据，即利用数字图像相关算法进行表面变形点的位移匹配，重建出匹配点的二维坐标，再对位移场数据进行平滑处理和变形信息的可视化处理，以此得到金属结构件表面的应变数据，就能实现高精度、实时的金属结构件表面应变场远程测量或监控。

服务器4在监控过程中通过应用网络视频监控软件，把散斑图像数据发送到监视器14中进行可视化显示，据此能够实现远程监控的作用。于是网络视频监控软件通过有线、无线IP网络、电力网络把视频信息以数字化的形式来进行传输。只要是网络可以到达的地方就可以实现视频监控和记录，并且这种监控还可以与很多其它类型的系统进行结合。网络视频监控技术已经成熟应用于交通、水利、油田、银行、电信等各个领域。通过网络视频监控技术，可高效传输高清视频信息。

本发明的基于网络摄像机的应变数据采集系统中的应变数据采集装置的数量可以为多个，也就能够在多个测量点进行测量。

另外服务器可以通过无线或者有线的方式与网络摄像机通信连接，由此使得通信连接方式灵活。

本发明的基于网络摄像机的应变数据采集系统，在该应变数据采集系统的外壳8的设定位置上开有同中空内腔16相通的通孔15，该设定位置为同其开口端相对的外壳的另一端的端面上，通信电缆2从通孔15中伸出，此种结构加工方便，并能对通信电缆起到加固的作用。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (7)

1.一种基于网络摄像机的应变数据采集装置，其特征在于，该应变数据采集装置包括：

外壳，所述外壳为一端开口且形成有中空内腔的结构；

网络摄像机，所述网络摄像机设置在所述外壳的中空内腔中，所述网络摄像机的镜头经所述外壳的开口端对准待采集应变数据的金属结构件；和

环形灯带，所述环形灯带环绕着所述网络摄像机的镜头周围而设置；

在所述外壳的开口端面内侧壁设置有一环状的沟路，在所述沟路内安装有连接部件，所述外壳通过所述连接部件与待采集应变数据的金属结构件可拆卸连接；

还包括固定环，所述网络摄像机的摄像头主体通过所述固定环设置在所述中空内腔中；

所述固定环的顶部端面与所述摄像头主体的底部端面相连接，该摄像头主体的底部端面的中间位置安装有被所述固定环所环绕的所述镜头，所述环形灯带固定在所述固定环的底部端面，所述镜头也被所述环形灯带所环绕；优选地，所述摄像头主体、所述固定环和所述环形灯带通过一螺钉螺接在一起。

2.根据权利要求1所述的基于网络摄像机的应变数据采集装置，其特征在于：所述金属结构件的材质为铁磁性材质，所述连接部件为磁铁。

3.根据权利要求1所述的基于网络摄像机的应变数据采集装置，其特征在于：作为固定环与外壳的连接方式，为下述二者之一：

第一种方式：在所述固定环的外壁上设置有弹性凸起，在所述外壳的内壁上开有凹槽，所述弹性凸起伸入到所述凹槽中；

第二种方式：在所述固定环的外壁上设置有螺纹，在所述外壳的内壁上开有螺纹，所述固定环通过螺接与所述外壳固定在一起。

4.根据权利要求1所述的基于网络摄像机的应变数据采集装置，其特征在于：所述网络摄像机为微型网络摄像机。

5.一种基于网络摄像机的应变数据采集系统，其特征在于，该应变数据采集系统包括：

权利要求1～4之任一项所述的应变数据采集装置；

服务器，所述服务器与所述网络摄像机通信连接；和

监视器，所述监视器与所述服务器通信连接。

6.根据权利要求5所述的应变数据采集系统，其特征在于，所述服务器和所述网络摄像机通过互联网连接。

7.如权利要求5所述的应变数据采集系统，其特征在于，所述应变数据采集装置的数量为多个。