CN105527457A - 一种结构检测用内置式无线加速度传感器 - Google Patents

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吴发红
朱广富
孙浩
王圣萍
沈朔望
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Yancheng Institute of Technology
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    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration

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Abstract

本发明公开了一种结构检测用结构用的内置式无线加速度传感器，包括保护罩和置于保护罩内部的惯性发电机、加速度传感器、无线模块等功能模块。本发明可以实现系统自主供电，利用加速度传感器对结构内部相关功能参数进行测量，并将所测得的数据通过无线模块传送给外部接收器；该系统可以跟随结构位移自主发电，所产生的电量可以供给系统正常工作，并对蓄电池进行充电。本发明结构设计合理，加工制作和安装布设方便，使用操作简单，所测得的数据真实可靠，并且中间没有导线对测量数据的影响，可以真实准确的将数据传递给终端系统进行数据处理，有效解决了传统测量方式对于线材的依赖和线材带来的信号衰减、信号干扰等影响。

Description

一种结构检测用内置式无线加速度传感器
技术领域
本发明涉及一种内置加速度传感器，尤其涉及一种结构检测用内置式无线加速度传感器。
背景技术
现如今，伴随交通运输等基础设施的建设，高墩大跨结构在经济发展中的作用越来越重要，在役结构的检测也成为判断结构性能的一个必不可缺的方法和手段。传统检测方法依靠表面粘贴或者局部破损的方式来检测结构内部状况；或者依靠预先埋设传感器后通过大量的导线来传递数据信号。这样的方式要么不能直接接触到结构内部，要么会给结构带来局部的破坏。与此同时，大量的导线一方面会加大经济的投入，另外一方面由于导线自身的信号损耗和干扰会给结构检测带来不小的误差。
发明内容
本发明主要解决的技术问题在于针对上述现有技术和不足中提供一种可以内置式无线加速度传感器，其结构设计合理，投入成本低，施工方便并且寿命长、效率高、使用效果好，能够有效解决现有检测传感器等不能长期有效稳定的测量结构某一特征值的缺陷和现有传感器接线问题带来的影响。
为了解决上述问题，本发明采用的方案是：一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征在于：本发明由内置蓄电池、惯性发电机、惯性开关、加速度传感器、无线发射模块、控制板、防护罩、支撑结构组成；其中惯性发电机、惯性开关、蓄电池、控制板、固定于支撑结构之上，加速度传感器依据其不同功能作用于高墩大跨结构外表面或者内部；加速度传感器依靠焊接技术固定于控制板上；内置蓄电池、惯性发电机、惯性开关、功能传感器、无线发射模块、控制板、支撑结构置于防护罩内部。
上述一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征是：保护罩为金属构件，分为上下两个腔体，两者之间依靠机械连接组成一个整体，结合处设置有密封胶条防止水分等有害物质侵入。
上述一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征是：由于风力、外部荷载、地动力作用结构会发生微小晃动，惯性发电机通过内部振子可以感知结构晃动，并随着晃动产生电量，供给电路及蓄电池充电。
上述一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征是：惯性开关可以随着结构振动，控制整个系统进行结构性能检测。
上述一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征是：控制板包含主控制器、相关电路、无线模块、时钟模块；依靠控制器，可以进行简单的数据预处理并将传感器采集得到的数据通过无线模块发射给外部接收器；控制器为可编程控制器，内部烧录预编好的数据采集程序和数据转换程序。
上述一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征是：加速度传感器是系统的重点功能组件，用来测量结构数据，所采用的传感器的参数由结构计算后确定，投入使用前必须经过标定，并且将相关的参数输入控制板内的控制器。
上述一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征是：惯性发电机为系统的能源模块，其主体为偏心系统，当偏心系统随结构位移产生位置变化系统发电。
上述一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征是：蓄电池和惯性发电机是整个系统的能源供给单元，其中单个蓄电池能够支持15-20年的工作寿命，当工作期满后可以采用备用蓄电池进行替换；惯性电机设计为不低于100年的使用寿命。
上述一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征是：无线模块是实时通信模块，可以和外部控制系统进行数据传递。其中电气部分集成在主控版上；无线发射天线集成在保护罩上，通过导线和控制板相连。
上述一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征是：时钟控制器可以实时反馈时间信号给主控制器。
上述一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征是：惯性电机可以对蓄电池进行充电。
上述一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征是：控制器的程序为预先编辑的代码，通过烧录的方式烧录，相关程序包含检测命令和执行命令，利用控制程序可以完成蓄电池的充放电功能、功能传感器参数的识别、功能传感器参数的转换、无线模块的激活及数据传输功能。
本发明与现有技术相比有以下优点：
1.结构简单、设计合理，且体积小，重量轻，依靠无线技术进行数据传递，节省了大量导线的经费；
2.数据传输稳定可靠，无信号干扰现象发生；
3.由于传感器的内置，在实际使用时候无需搭架子、接线等繁杂的工程顺序，使用过程中人力成本较低；
4.由于依靠无线可以和电脑直接进行数据传输，将大量的数据传递和整理的工作直接交给电脑来进行操作，中间过程的信号损失减少，有助于更加准确的判断结构工作情况；
综上所述，本发明具有结构合理，加工制作及安装方便等好处，实际使用中，操作简便，信号处理效果好，测量准确、解决了现有问题中的不足。
下面通过附图和事例，对本发明的技术方案做一个详细的描述。
附图说明
附图1为本发明结构示意图。
附图1标记说明：
1--保护罩；2--加速度传感器；3--蓄电池；
4--惯性发电机；5--控制器；6--惯性开关；
7--天线；8--无线模块；9--控制板；
10--支撑结构。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括内置蓄电池3、惯性发电机4、惯性开关6、加速度传感器2、无线模块8、控制板9、防护罩1、支撑结构10组成；其中内置蓄电池3、惯性发电机4、惯性开关6、功能传感器2、无线模块8、控制板9固定于内部支撑结构10之上，无线发射天线7固定于防护罩1上，依靠导线和控制板9相连；控制板9包含控制器5、时钟模块、无线模块8，其他部分依靠导线和控制器相连。使用中，惯性发电机4首先做动，驱动惯性6开关进行通电，内置控制器5执行嵌入程序，判断各个功能模块是否工作正常后进行数据采集、转换和传输工作。
本实施例中，系统经过测试功能无误后，依靠保护罩1进行保护，随着混凝土的浇筑一起埋置于构建内部。埋置过程中，需要按照设计好的方向进行定位。
本实施例中，当构件验收合格交付使用后，伴随外部荷载激励，结构会产生一定的位移，此时惯性发电机4开始做动发电。
本实例中，当惯性发电机4开始作动给电路通过点后，惯性开关切换至通路状态，系统进入自检状态，自检完成后各个功能模块开始工作。
本实例中，功能传感器2是本系统的主要功能结构，当系统开始工作后功能传感器执行具体功能，并将测量得到的数据以电流的形式反馈给控制器5。
本实例中，控制器5为系统的核心控制模块，相关控制程序由系统设计者预先编制好烧录进控制器，工作中，由控制器主动读取并执行相关指令。
本实例中，控制器5获取功能传感器的数据信号后，将具体信号转换为数字信号后，将数据实时通过无线模块发送给外部接收器。
本实例中，无线发射天线7内置于保护罩1内侧，通过导线和无线模块相连。
本实例中，支撑结构10是结构的内部支撑，是整个系统的骨架，所有的功能部件都固定于支撑结构之上。
以上所述，近视本发明的较佳实施实例，并非对本发明做任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施实例进行任何形式的修改，变更以及等效结构变换，均仍然属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征在于，包括：保护罩（1）、加速度传感器（2）、蓄电池（3）、惯性发电机（4）、控制器（5）、惯性开关（6）、天线（7）、无线模块（8）、控制板（9）、支撑结构（10）；其中支撑结构（10）固定于防护罩（1）的下半部，结构间隙间安装蓄电池（3），功能传感器（2），惯性发电机（3）、控制板（9）依靠螺栓等机械手段固定于支撑结构（10）上，控制器（5）、惯性开关（6）、无线模块（8）依靠SMT制程布设于控制板（9）上，控制板（9）内部设计有多层电路，将控制器（5）和各个功能模块连接；天线（7）固定于保护罩上部内侧，依靠导线和无线模块直接相连。
2.按照权利1要求所属的一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征在于：所属保护罩（1）为金属腔形构件，分为上下两个部分，两部分交界处，设有密封槽防止水汽等渗入。
3.按照权利1要求所属的一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征在于：惯性发电机（3）为系统的能源模块，其结构为偏心系统，当偏心系统随测量结构位移产生位置变化后发电机开始发电。
4.按照权利1要求所属的一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征在于：控制器（5）为可编程控制器，设计人员预先设计好相关的工程程序并烧录进控制器rom，系统开始工作后，控制器执行相关代码，主要功能是实现对功能传感器的数据处理和转换，并将功能传感器数据打包经由无线模块发送给外部接收器。
5.按照权利1要求所属的一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征在于：加速度传感器（2）是系统的重点功能组件，用来测量结构数据，所采用的传感器的各种系数由结构计算参数所决定，在使用前必须经过标定，并且将相关的参数输入控制板内的控制器。
6.按照权利1要求所属的一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征在于：无线模块（8）为系统的数据传送模块，经由该模块，将系统信息和传感器测量数据传输给外部控制器。
7.按照权利1要求所属的一种结构检测用内置式无线加速度传感器，其特征在于：惯性开关（6）为系统工作开关，依靠开关可以控制系统工作状态，并且切换发电机（4）对蓄电池（4）的的充放电。
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