CN109060224A - 一种基于物联网技术的紧固件轴向应力监测系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于物联网技术的紧固件轴向应力监测系统，包括应力传感器，应力传感器与节点网关通信连接，节点网关通过基站与云服务器通信连接，云服务器通过基站与PC端通信连接。所述应力传感器通过无线发送端与节点网关通信连接。所述应力传感器通过传感器连接电缆连接无线发送端。本发明无需繁琐的布线，迅速完成监测点的铺设，能有效解决现有基于缆线的应力采集方式布局繁琐，无需外部电源即可实现长期监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于物联网技术的紧固件监测系统，用于紧固件的轴向应力监测。
背景技术
紧固件通常是指由锚杆、锚栓、螺栓或螺柱和螺母组成的连接副施加轴向应力起到紧固连接作用的零件，其应用场合遍布各个领域。紧固件的轴向应力在线监测，对于评估紧固件连接效果和疲劳寿命，都具有重要意义，而国内紧固件领域的应力长期实时在线监测，基本属于空白。
目前紧固件轴向应力监测有应变式传感器、振弦式传感器、超声检测等手段。振弦式传感器所需安装空间大，精度差，不适用于紧固件轴向应力在线监测。在已经检索到的紧固件领域的应力监测仪中，“应力测力锚杆及使用方法”（申请号201210223419.4），“一种锚杆应力监测仪”（申请号201621131376.7）均采用有线式通信，频繁使用时，信号线与传感器接头附近易磨损，导致屏蔽线暴露，甚至信号线接触不良。布局监控网时信号电缆线不易整理。在“锚索或锚杆预应力全自动遥控监测及预警系统”（专利号200820049469.4）中，其采用了无线通信技术，但每个传感器无法直接与主计算机通信，信号需要经电缆线传至信号采集发送装置后再传至主计算机，且无法脱离无外部电源实现长期监测。
发明内容
本发明的目的：针对多点分散式的紧固件轴向应力监测的需要，提供一种基于物联网技术的紧固件轴向应力监测系统。
本发明采用的技术方案：
一种基于物联网技术的紧固件轴向应力监测系统，包括应力传感器1，应力传感器1与节点网关4通信连接，节点网关4通过基站与云服务器8通信连接，云服务器8通过基站与PC端6通信连接。
所述应力传感器1通过无线发送端2与节点网关4通信连接。
所述应力传感器1通过传感器连接电缆3连接无线发送端2。
所述无线发送端2包括与应力传感器1通信连接的MCU20，MCU20上连接与节点网关4通信连接的通信模块21。
所述MCU20连接光伏发电模块，所述光伏发电模块包括光伏模块16，光伏模块16依次连接光伏锂电池充电模块17、电池模块18、稳压模块19，稳压模块19连接MCU20。
所述电池模块18为锂电池。
所述应力传感器1为环形应变式传感器。
所述云服务器8和移动终端5通信连接。
本发明的有益效果：
（1）无需繁琐的布线，迅速完成监测点的铺设，能有效解决现有基于缆线的应力采集方式布局繁琐，
（2）无需外部电源即可实现长期监测。
附图说明
图1为本发明的系统架构图。
图2为本发明传感器无线发送端的系统原理框图。
图3为本发明传感器无线发送端外形示意图。
图4为本发明所用特殊传感器外形示意图。
图5为本发明传感器与传感器无线发送端的连接方法一。
图6为本发明传感器与传感器无线发送端的连接方法二。
图7为本发明实现长期无外部电源监测功能的安装方式示意图。
图8为本发明的安装方式详图。
图中1-应力传感器，2-传感器无线发送端，3-传感器连接电缆，4-节点网关，5-移动控制端，6-PC控制端，7-网络运营商网络基站，8-云服务器，9-螺母，10-法兰A，11-法兰B，12-紧固件，13-垫片，14-传感器连接插座，15-通信天线，16-光伏模块，17-光伏锂电池智能充电模块，18-电池模块，19-稳压模块，20-芯片，21-通信模块.。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明针对目前紧固件应力监测布线繁琐，监测节点网络搭建所需时间较长，无法进行远程监控，必须依托外部电源的缺点，将传统的应变式传感器、MCU、无线通讯套件、光伏模块、锂电池与PC端、移动终端搭建出一套新型应力传感器数据采集系统，监测网络搭建简单，可实现远程监测，无需外部电源。
具体来说，如图1所示，本发明包括应力传感器1，应力传感器1与节点网关4通信连接，节点网关4通过基站7与云服务器8通信连接，将各应力传感器的信号经无线基站7发送给云服务器8，云服务器8通过基站7与PC端6和移动终端5通信连接，将数据无线传输给PC端6或者移动终端5。
应力传感器1上可连接无线发送端2，通过无线发送端2与节点网关4连接，进而应力传感器1检测的数据能够无线传输给节点网关4后，再通过基站7无线传输给云服务器8，无需布线，检测方便。
上述的无线发送端2为一个无线发送模块，包括一个带模数转换器并集成嵌入式处理器与温度传感器的MCU，型号可选为JHM3802，其可提供传感器所需的激励电压，并将传感器信号放大，然后经自带ADC转换为数字信号再进行传输。MCU上连接无线通信模块21，该无线通信模块21能够与节点网关4进行无线通信，将应力传感器1的信号无线传输给云服务器8。上述的通信模块21选用LoRa模块。
为了减少电源线的布设，降低设备布置时的复杂度，本发明的无线发送端采用太阳能供电。即MCU20上连接光伏发电模块，该光伏发电模块包括光伏模块16，该光伏模块16为光伏面板，吸收太阳的光能转换为电能，光伏模块16转换的电能通过光伏锂电池充电模块17为电池模块18的3.7V高性能锂电池充电，给锂电池提供续航能力，实现无外部电源监测。而电池模块18的电能通过稳压模块19对锂电池电压进行升压，稳压，将电池模块18的3.7V电压转换为稳定的5V电压，为MCU供电。
如图3所示，无线发送模块设置为一个壳体，壳体上面贴有用作光伏模块的光伏面板，而壳体的侧面具有传感器连接插座14，该传感器连接插座14用于连接应力传感器1，壳体上伸出天线15无节点网关4通信。
如图4所示，应力传感器1选择为环形应变式传感器，传感器信号采集频率区间为0.01HZ至1HZ，可以在区间内任意设定采样频率。环形应变式传感器的侧部设置有接口，该接口用于可连接传感器连接电缆3后连接无线发送端2，也可直接连接传感器无线发送端2。
如图5所示，为应力传感器直接连接无线发送端2的示意图。当安装空间足够时，使用此连接方式，将应力传感器1的无线发送端2侧面接头直接插入应力传感器侧面接口中，并将无线发送端2上的光伏模块15调整至向阳处。
如图6所示，为应力传感器通过传感器连接电缆连接无线发送端的示意图。当传感器安装空间狭小时，可按此方法连接。首先将应力传感器连接电缆3插入应力传感器1的接口中，然后另一端插入无线发送端2上的传感器连接插座14中，最后将无线发送端2摆放至合适的向阳位置。传感器连接电缆3为五芯屏蔽电缆，电缆两端为小型航空插头，一头为公头，一头为母头。
如图7和图8所示，本发明在使用时，将应力传感器1连接后，将应力传感器1安装至监测点，然后连接应力传感器1与无线发送端2、光伏模块15需移动至合适位置以最大限度地利用太阳能。
如图8所示，为本发明的一种安装结构示意图，包括法兰10 、法兰11，紧固件12穿过法兰10和法兰11，首先将垫片13穿过紧固件12，使其落在法兰10上，然后将应力传感器1，垫片13，螺母9按顺序穿过紧固件12安装。最后将垫片13穿过紧固件12，安装至法兰11下方，再拧上法兰11下方的螺母9，施加预紧力时，根据移动控制端5或PC控制端6的压力值显示调整螺母9松紧。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于物联网技术的紧固件轴向应力监测系统，其特征在于：包括应力传感器（1），应力传感器（1）与节点网关（4）通信连接，节点网关（4）通过基站与云服务器（8）通信连接，云服务器（8）通过基站与PC端（6）通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的紧固件轴向应力监测系统，其特征在于：所述应力传感器（1）通过无线发送端（2）与节点网关（4）通信连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网技术的紧固件轴向应力监测系统，其特征在于：所述应力传感器（1）通过传感器连接电缆（3）连接无线发送端（2）。
4.根据权利要求2所述的一种基于物联网技术的紧固件轴向应力监测系统，其特征在于：所述无线发送端（2）包括与应力传感器（1）通信连接的MCU（20），MCU（20）上连接与节点网关（4）通信连接的通信模块（21）。
5.根据权利要求4所述的一种基于物联网技术的紧固件轴向应力监测系统，其特征在于：所述MCU（20）连接光伏发电模块，所述光伏发电模块包括光伏模块（16），光伏模块（16）依次连接光伏锂电池充电模块（17）、电池模块（18）、稳压模块（19），稳压模块（19）连接MCU（20）。
6.根据权利要求5所述的一种基于物联网技术的紧固件轴向应力监测系统，其特征在于：所述电池模块（18）为锂电池。
7.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的紧固件轴向应力监测系统，其特征在于：所述应力传感器（1）为环形应变式传感器。
8.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的紧固件轴向应力监测系统，其特征在于：所述云服务器（8）和移动终端（5）通信连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN110608839A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-12-24 | 蚌埠学院 | 无线式螺栓预紧力传感器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2018
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