CN106979798B - 一种土木工程结构健康检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于土建工程健康监测领域，具体是一种土木工程结构健康检测系统，包括：中央处理器、建筑体检测单元、环境检测单元、摄像装置、远程监控端以及太阳能供电装置；所述中央处理器通过无线收发模块一与远程监控端无线通讯连接；所述太阳能供电装置与中央处理器电连接。本发明能够自动采集包括建筑物检测点的振动物理量、加速度物理量、内部的裂纹和缺陷物理量、应变物理量信号、空气酸碱度值、温湿度值、风压值、风速值以及视频信号，并具备相关物理量信号异常的报警功能。克服了现有土木工程结构健康状态监测由于多采用人工定期检查记录，并进行数据对比，需要巨大的工作量的缺点，并能够通过无线网络随时将监测数据自动发送给监控终端。

Description

一种土木工程结构健康检测系统
技术领域
本发明属于土建工程健康监测领域，具体涉及一种土木工程结构健康检测系统。
背景技术
重大工程结构的使用期长达几十年、甚至上百年，在环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应等灾害因素的共同作用下将不可避免地导致结构系统的损伤积累和抗力衰减，极端情况下可能引发灾难性的突发事故。随着对工程结构的安全性、耐久性及正常使用功能的日益关注，人们希望能够在结构的服役期，即使出现一些如地震、台风、爆炸等灾害性事故后，也能充分了解结构的健康状况，以决定是否需要对结构进行维修和养护，以及何时进行维修和养护。随着全世界经济的迅速发展，土木工程领域也取得了令人瞩目的成就，各种大型复杂结构不断出现。当今的土木工程结构正在向超大化、复杂化方向发展，如大型桥梁、超高层建筑、规模巨大的大型场馆、大型水坝、核电站及近海结构等。由于大型复杂结构具有特别重大的社会意义和影响，加之其体量大、个性显著、结构复杂，因此，对通过结构健康监测与安全预警技术，监测其关键构件和关键位置的反应，推断其结构的健康与安全状况，并及时进行预警，从而保障结构的服役安全，避免重大事故的发生，是土木工程领域的前沿技术。
现有土木工程结构健康状态监测由于多采用人工定期检查记录，并进行数据对比，需要巨大的工作量，同时对工人来说具有一定的危险，满足不了日益增长的土建需求。即便是有的监测体系采取的是自动监测的手段，但也会出现诸如布线复杂、布线效率低，需要耗费大量人力、物力、财力；受制于有线限制，无法移动便捷操作，容易造成采集数据读取错误等缺点。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种能够自动监测的土木工程结构健康检测系统，并通过无线网络随时将检测数据发送给监控终端，以便于工程人员及时了解土木工程结构的健康状况。
本发明的技术方案是：一种土木工程结构健康检测系统，包括：中央处理器、建筑体检测单元、环境检测单元、摄像装置、远程监控端以及太阳能供电装置；所述中央处理器通过无线收发模块一与远程监控端无线通讯连接；所述太阳能供电装置与中央处理器电连接；所述建筑体检测单元用于实时采集建筑体上测量点的振动物理量、加速度物理量、内部的裂纹和缺陷物理量以及应变物理量，并将所采集到的各物理量信号实时发送给所述中央处理器；所述环境检测单元用于实时采集建筑体上测量点处环境中的空气酸碱度值、温湿度值、风压值以及风速值，并将采集到的各数值信号实时发送给所述中央处理器；所述摄像装置用于实时采集建筑体上测量点处的视频，并将视频信号实时发送给所述中央处理器；所述中央处理器用于实时接收所述建筑体检测单元所发送的振动物理量、加速度物理量、内部的裂纹和缺陷物理量以及应变物理量信号并发送给无线收发模块一，中央处理器同时将所接收到的各物理量信号值与所设定的各物理量信号值进行实时比对，若所接收到的各物理量信号值中的一个或多个信号值低于设定值，所述中央处理器将向无线收发模块一发出建筑体检测异常的信号；所述中央处理器还用于实时接收所述环境检测单元所发送的空气酸碱度值信号、温湿度值信号、风压值信号以及风速值信号，并发送给无线收发模块一；所述中央处理器还用于实时接收摄像装置实时采集的建筑体上测量点处的视频信号，并将视频信号实时发送给所述无线收发模块一；所述无线收发模块一用于实时接收所述中央处理器发送来的振动物理量、加速度物理量、内部的裂纹和缺陷物理量以及应变物理量信号，并发送给所述远程监控端；所述无线收发模块一还用于接收所述中央处理器发送来的建筑体检测异常的信号，并发送给所述远程监控端；所述无线收发模块一还用于实时接收所述中央处理器发送来的空气酸碱度值信号、温湿度值信号、风压值信号以及风速值信号，并发送给所述远程监控端；所述无线收发模块一还用于实时接收所述中央处理器发送来的视频信号，并发送给所述远程监控端。
较佳地，所述中央处理器还信号连接有GPS模块；所述GPS模块用于采集建筑体上测量点处的地理位置，并将地理位置信号发送给中央处理器；所述中央处理器将所述地理位置信号发送给所述无线收发模块一；所述无线收发模块一将所接收到的所述地理位置信号发送给所述远程监控端。
较佳地，所述建筑体检测单元包括分别与所述中央处理器信号连接的用于实时采集建筑体上测量点的振动物理量的振动检测模块、用于实时采集建筑体上测量点的加速度物理量的加速度传感器、用于实时采集建筑体上测量点的内部的裂纹和缺陷物理量的移动探伤探头以及用于实时采集建筑体上测量点处应变物理量的应变计。
较佳地，所述环境检测单元包括分别与所述中央处理器信号连接的用于实时采集建筑体上测量点处环境中的空气酸碱度值的空气酸碱度检测仪、用于实时采集建筑体上测量点处环境中的温湿度值的温湿度传感器、用于实时采集建筑体上测量点处环境中的风压值的风压仪以及用于实时采集建筑体上测量点处环境中的风速值的风速仪。
较佳地，所述摄像装置包括分别与中央处理器信号连接的摄像机以及云台，所述摄像机设于云台上。
较佳地，所述远程监控端包括与无线收发模块一无线通讯连接的无线收发模块二，所述无线收发模块二与移动监控端以及远程监控计算机分别信号连接；所述远程监控计算机与报警装置信号连接；所述无线收发模块二用于实时接收无线收发模块一所发送来的振动物理量、加速度物理量、内部的裂纹和缺陷物理量、应变物理量信号、空气酸碱度值信号、温湿度值信号、风压值信号、风速值信号以及视频信号，并发送给所述移动监控终端以及远程监控计算机；所述无线收发模块二还用于接收无线收发模块一所发送来的建筑体检测异常的信号，并发送给所述远程监控计算机；所述远程监控计算机根据所述建筑体检测异常的信号向报警装置发送报警指令。
较佳地，所述太阳能供电装置包括太阳能电池板以及与太阳能电池板电连接的蓄电池，所述中央控制器与蓄电池通过电源开关电连接。
较佳地，所述中央处理器是MSP430单片机或型号为OMRONCP1E-N20DR-D的PLC控制器。
较佳地，所述无线收发模块一以及无线收发模块二是3G无线通信模块、4G无线通信模块或WIFI模块。
本发明的有益效果：本发明提供了一种土木工程结构健康检测系统，能够自动采集包括建筑物检测点的振动物理量、加速度物理量、内部的裂纹和缺陷物理量、应变物理量信号、空气酸碱度值、温湿度值、风压值、风速值以及视频信号，并具备振动物理量、加速度物理量、内部的裂纹和缺陷物理量以及应变物理量信号异常的报警功能。克服了现有土木工程结构健康状态监测由于多采用人工定期检查记录，并进行数据对比，需要巨大的工作量，同时对工人来说具有一定的危险的缺点，并能够通过无线网络随时将监测数据自动发送给监控终端，以便于工程人员及时了解土木工程结构的健康状况。
附图说明
图1是本发明的系统框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1所示，本实施例提供了一种土木工程结构健康检测系统，包括：中央处理器、建筑体检测单元、环境检测单元、摄像装置、远程监控端以及太阳能供电装置；所述中央处理器通过无线收发模块一与远程监控端无线通讯连接；所述太阳能供电装置与中央处理器电连接；所述建筑体检测单元用于实时采集建筑体上测量点的振动物理量、加速度物理量、内部的裂纹和缺陷物理量以及应变物理量，并将所采集到的各物理量信号实时发送给所述中央处理器；所述环境检测单元用于实时采集建筑体上测量点处环境中的空气酸碱度值、温湿度值、风压值以及风速值，并将采集到的各数值信号实时发送给所述中央处理器；所述摄像装置用于实时采集建筑体上测量点处的视频，并将视频信号实时发送给所述中央处理器；所述中央处理器用于实时接收所述建筑体检测单元所发送的振动物理量、加速度物理量、内部的裂纹和缺陷物理量以及应变物理量信号并发送给无线收发模块一，中央处理器同时将所接收到的各物理量信号值与所设定的各物理量信号值进行实时比对，若所接收到的各物理量信号值中的一个或多个信号值低于设定值，所述中央处理器将向无线收发模块一发出建筑体检测异常的信号；所述中央处理器还用于实时接收所述环境检测单元所发送的空气酸碱度值信号、温湿度值信号、风压值信号以及风速值信号，并发送给无线收发模块一；所述中央处理器还用于实时接收摄像装置实时采集的建筑体上测量点处的视频信号，并将视频信号实时发送给所述无线收发模块一；所述无线收发模块一用于实时接收所述中央处理器发送来的振动物理量、加速度物理量、内部的裂纹和缺陷物理量以及应变物理量信号，并发送给所述远程监控端；所述无线收发模块一还用于接收所述中央处理器发送来的建筑体检测异常的信号，并发送给所述远程监控端；所述无线收发模块一还用于实时接收所述中央处理器发送来的空气酸碱度值信号、温湿度值信号、风压值信号以及风速值信号，并发送给所述远程监控端；所述无线收发模块一还用于实时接收所述中央处理器发送来的视频信号，并发送给所述远程监控端。
进一步地，所述中央处理器还信号连接有GPS模块；所述GPS模块用于采集建筑体上测量点处的地理位置，并将地理位置信号发送给中央处理器；所述中央处理器将所述地理位置信号发送给所述无线收发模块一；所述无线收发模块一将所接收到的所述地理位置信号发送给所述远程监控端。
进一步地，所述建筑体检测单元包括分别与所述中央处理器信号连接的用于实时采集建筑体上测量点的振动物理量的振动检测模块、用于实时采集建筑体上测量点的加速度物理量的加速度传感器、用于实时采集建筑体上测量点的内部的裂纹和缺陷物理量的移动探伤探头以及用于实时采集建筑体上测量点处应变物理量的应变计。
进一步地，所述环境检测单元包括分别与所述中央处理器信号连接的用于实时采集建筑体上测量点处环境中的空气酸碱度值的空气酸碱度检测仪、用于实时采集建筑体上测量点处环境中的温湿度值的温湿度传感器、用于实时采集建筑体上测量点处环境中的风压值的风压仪以及用于实时采集建筑体上测量点处环境中的风速值的风速仪。
进一步地，所述摄像装置包括分别与中央处理器信号连接的摄像机以及云台，所述摄像机设于云台上。
进一步地，所述远程监控端包括与无线收发模块一无线通讯连接的无线收发模块二，所述无线收发模块二与移动监控端以及远程监控计算机分别信号连接；所述远程监控计算机与报警装置信号连接；所述无线收发模块二用于实时接收无线收发模块一所发送来的振动物理量、加速度物理量、内部的裂纹和缺陷物理量、应变物理量信号、空气酸碱度值信号、温湿度值信号、风压值信号、风速值信号以及视频信号，并发送给所述移动监控终端以及远程监控计算机；所述无线收发模块二还用于接收无线收发模块一所发送来的建筑体检测异常的信号，并发送给所述远程监控计算机；所述远程监控计算机根据所述建筑体检测异常的信号向报警装置发送报警指令。
进一步地，所述太阳能供电装置包括太阳能电池板以及与太阳能电池板电连接的蓄电池，所述中央控制器与蓄电池通过电源开关电连接。
进一步地，所述中央处理器是MSP430单片机或型号为OMRONCP1E-N20DR-D的PLC控制器。
进一步地，所述无线收发模块一以及无线收发模块二是3G无线通信模块、4G无线通信模块或WIFI模块。
综上所述，本发明提供的一种土木工程结构健康检测系统，能够自动采集包括建筑物检测点的振动物理量、加速度物理量、内部的裂纹和缺陷物理量、应变物理量信号、空气酸碱度值、温湿度值、风压值、风速值以及视频信号，并具备振动物理量、加速度物理量、内部的裂纹和缺陷物理量以及应变物理量信号异常的报警功能。克服了现有土木工程结构健康状态监测由于多采用人工定期检查记录，并进行数据对比，需要巨大的工作量，同时对工人来说具有一定的危险的缺点，并能够通过无线网络随时将监测数据自动发送给监控终端，以便于工程人员及时了解土木工程结构的健康状况。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种土木工程结构健康检测系统，包括：中央处理器、建筑体检测单元、环境检测单元、远程监控端、无线收发模块一以及太阳能供电装置，其特征在于，还包括摄像装置，所述中央处理器通过无线收发模块一与远程监控端无线通讯连接；所述太阳能供电装置与中央处理器电连接；
所述建筑体检测单元用于实时采集建筑体上测量点的振动物理量、加速度物理量、内部的裂纹和缺陷物理量以及应变物理量，并将所采集到的各物理量信号实时发送给所述中央处理器；
所述环境检测单元用于实时采集建筑体上测量点处环境中的空气酸碱度值、温湿度值、风压值以及风速值，并将采集到的各数值信号实时发送给所述中央处理器；
所述摄像装置用于实时采集建筑体上测量点处的视频，并将视频信号实时发送给所述中央处理器；
所述中央处理器用于实时接收所述建筑体检测单元所发送的振动物理量、加速度物理量、内部的裂纹和缺陷物理量以及应变物理量信号并发送给无线收发模块一，中央处理器同时将所接收到的各物理量信号值与所设定的各物理量信号值进行实时比对，若所接收到的各物理量信号值中的一个或多个信号值低于设定值，所述中央处理器将向无线收发模块一发出建筑体检测异常的信号；所述中央处理器还用于实时接收所述环境检测单元所发送的空气酸碱度值信号、温湿度值信号、风压值信号以及风速值信号，并发送给无线收发模块一；所述中央处理器还用于实时接收摄像装置实时采集的建筑体上测量点处的视频信号，并将视频信号实时发送给所述无线收发模块一；
所述无线收发模块一用于实时接收所述中央处理器发送来的振动物理量、加速度物理量、内部的裂纹和缺陷物理量以及应变物理量信号，并发送给所述远程监控端；所述无线收发模块一还用于接收所述中央处理器发送来的建筑体检测异常的信号，并发送给所述远程监控端；所述无线收发模块一还用于实时接收所述中央处理器发送来的空气酸碱度值信号、温湿度值信号、风压值信号以及风速值信号，并发送给所述远程监控端；所述无线收发模块一还用于实时接收所述中央处理器发送来的视频信号，并发送给所述远程监控端。
2.如权利要求1所述的一种土木工程结构健康检测系统，其特征在于，所述中央处理器还信号连接有GPS模块；所述GPS模块用于采集建筑体上测量点处的地理位置，并将地理位置信号发送给中央处理器；所述中央处理器将所述地理位置信号发送给所述无线收发模块一；所述无线收发模块一将所接收到的所述地理位置信号发送给所述远程监控端。
3.如权利要求1所述的一种土木工程结构健康检测系统，其特征在于，所述建筑体检测单元包括分别与所述中央处理器信号连接的用于实时采集建筑体上测量点的振动物理量的振动检测模块、用于实时采集建筑体上测量点的加速度物理量的加速度传感器、用于实时采集建筑体上测量点的内部的裂纹和缺陷物理量的移动探伤探头以及用于实时采集建筑体上测量点处应变物理量的应变计。
4.如权利要求1所述的一种土木工程结构健康检测系统，其特征在于，所述环境检测单元包括分别与所述中央处理器信号连接的用于实时采集建筑体上测量点处环境中的空气酸碱度值的空气酸碱度检测仪、用于实时采集建筑体上测量点处环境中的温湿度值的温湿度传感器、用于实时采集建筑体上测量点处环境中的风压值的风压仪以及用于实时采集建筑体上测量点处环境中的风速值的风速仪。
5.如权利要求1所述的一种土木工程结构健康检测系统，其特征在于，所述摄像装置包括分别与中央处理器信号连接的摄像机以及云台，所述摄像机设于云台上。
6.如权利要求1所述的一种土木工程结构健康检测系统，其特征在于，所述远程监控端包括与无线收发模块一无线通讯连接的无线收发模块二，所述无线收发模块二与移动监控端以及远程监控计算机分别信号连接；所述远程监控计算机与报警装置信号连接；所述无线收发模块二用于实时接收无线收发模块一所发送来的振动物理量、加速度物理量、内部的裂纹和缺陷物理量、应变物理量信号、空气酸碱度值信号、温湿度值信号、风压值信号、风速值信号以及视频信号，并发送给所述移动监控终端以及远程监控计算机；所述无线收发模块二还用于接收无线收发模块一所发送来的建筑体检测异常的信号，并发送给所述远程监控计算机；所述远程监控计算机根据所述建筑体检测异常的信号向报警装置发送报警指令。
7.如权利要求1所述的一种土木工程结构健康检测系统，其特征在于，所述太阳能供电装置包括太阳能电池板以及与太阳能电池板电连接的蓄电池，所述中央控制器与蓄电池通过电源开关电连接。
8.如权利要求1所述的一种土木工程结构健康检测系统，其特征在于，所述中央处理器是MSP430单片机或型号为OMRON CP1E-N20DR-D的PLC控制器。
9.如权利要求1所述的一种土木工程结构健康检测系统，其特征在于，所述无线收发模块一以及无线收发模块二是3G无线通信模块、4G无线通信模块或WIFI模块。
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