CN109189008A - 一种基于电子标识和云平台的传感器监测系统、便捷的检测数据采集系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电子标识和云平台的传感器监测系统、便捷的检测数据采集系统及方法，传感器监测系统包括：第一电子标识上具有传感器技术参数信息或编码信息；云平台上具有数据库，数据库的数据记录包含传感器技术参数信息、传感器采集模块技术参数信息以及测试采集的数据；传感器采集模块接收传感器采集的数据，并发送到云平台；第二电子标识上具有传感器采集模块的技术参数信息或编码信息；手持终端用于识别第一、第二电子标识，将传感器采集模块、传感器以及与云平台数据库上存储的信息一一对应。终端通过云平台获取传感器采集的数据以及对每个传感器的参数和预警指标进行设定。本发明的监测系统搭建简便、灵活，性能更稳定，节省投资。
Description
技术领域
本发明属于工程监测、物联网领域，尤其涉及一种基于电子标识和云平台的传感器监测系统、便捷的检测数据采集系统及方法。
背景技术
在土木、水利、交通、桥梁、海洋工程、能源等基础设施建造领域，经常需要对建筑物或构筑物进行工程监测和检测。以掌握工程对象在荷载和各种因素作用下的工作状态和变化情况，及时发现不正常的迹象，分析原因，以便进行有效处理，确保工程安全。因此非常有必要不断改进和提高监测和检测技术。
目前在开展工程监测和检测时，存在的主要技术问题是：(1)建造和运营场地环境复杂，传感器数据线布置工作量大，作业干扰大。(2)现有的传感器方案，往往采用有效工作距离较近的无线传输技术(例如：ZigBee、Wifi、蓝牙等)，所有路由设备节点将信息传递到网关，网关通过有线或GPRS将信息传递到PC设备，只是部分地减少了现场的布线工作量。(3)工程中大量传感器在计算其测试值时，需要利用到传感器自身的标定参数或技术参数，在对这些技术资料管理和计算取值时，非常不方便。(4)在以往的无线监测系统中，传感器采集的数据存在多级上传现象，不同传感器类型的采集设备管理维护复杂。当传感器种类多、数量多时，人工对传感器读数的工作量很大，不能保证监测的时效、准确性和可靠性。(5)在进行工程检测时，测读的数据需要人工记录，数据保存和计算管理不方便。
因此非常有必要进一步改进和优化工程监测技术方案，发明和提出新的基于电子标识和云平台的无线传感监测系统、便捷的检测数据采集系统及方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，发明基于电子标识和云平台的传感器监测系统、便捷的检测数据采集系统及方法。主要包括：发明基于电子标识(条形码、二维码、射频电子标签或传感器内置芯片)的计量器具和/或传感器技术参数存储及获取方法，为计量器具和/或传感器便捷安装和技术资料管理提供了有效方法。发明具有电子标识的传感器采集模块，该模块能够对各种常用传感器进行数据采集，能够直接远程上传数据到云平台，减少监测系统中的设备种类和级次，提高系统的可靠性。发明了传感器和采集模块的现场安装方法及流程，并建立与之相匹配的手持终端、电脑PC端和云平台，提供了工程监测系统的解决方案。发明了便捷的检测数据采集系统和方法，实施更简洁、性能更稳定，节省投资。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种基于电子标识和云平台的传感器监测系统，包括传感器、固定在传感器上或与传感器连接的第一电子标识、传感器采集模块、固定在传感器采集模块上或与传感器采集模块连接的第二电子标识、手持终端、云平台、终端；
所述的第一电子标识上具有传感器技术参数信息，或者所述的第一电子标识上具有传感器的编码信息；
所述的云平台上具有数据库，数据库有多个数据记录，数据记录包含传感器技术参数信息、传感器采集模块技术参数信息、以及测试采集的数据；
所述的传感器采集模块用于与传感器建立连接，接收传感器采集的数据，并将采集到的数据通过有线或无线的方式发送到云平台；
所述的第二电子标识上具有传感器采集模块技术参数信息，或者所述的第二电子标识上具有传感器采集模块的编码信息；
所述的手持终端用于识别第一电子标识和第二电子标识，将传感器采集模块、与之相连的传感器、以及与云平台数据库上存储的信息一一对应；
所述的终端通过云平台获取传感器采集的数据以及对每个传感器的参数和预警指标进行设定。
进一步的，所述的传感器根据实现原理来划分，传感器的类型选自：振弦式传感器、光纤传感器、数字式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电容式传感器、电阻式传感器、电感式传感器、磁感应传感器、磁电式传感器、光学传感器、全球卫星导航系统。
进一步的，所述的第一电子标识上具有传感器技术参数信息，包括：传感器的类型、传感器测试的物理量、用于进行传感器测试值计算的标定参数和计算公式；或者所述的第一电子标识上具有传感器的编码信息，通过该编码信息能够建立与数据库中的数据记录的对应关系。
所述的第二电子标识上具有传感器采集模块技术参数信息，具体包括传感器采集模块的类型、所能采集的物理量；或者所述的第二电子标识上具有传感器采集模块的编码信息，通过该编码信息能够建立与数据库中的数据记录的对应关系。
进一步的，所述的用于进行传感器测试值计算的标定参数和计算公式如下：
对于振弦式传感器有两种计算方法；第一种计算方法：测试物理量P＝K×(Fi-F0)+B，式中，K、B为该振弦传感器的标定参数，由传感器厂家给定；F0为传感器读数初始值，Fi为第i次读取读数值；第二种计算方法：测试物理量P＝K×(fi 2-f0 2)，式中，K为该振弦式传感器的标定参数，由传感器厂家给定；f0为传感器读数初始值，fi为第i次读取读数值；
对于光纤传感器：测试物理量P＝K×[(λi-λ0)-α(λTi-λT0)]，式中，K为光纤传感器的标定参数，由传感器厂家给定；λi，λ0分别为i时刻和初始时刻的光纤传感器波长读数，单位nm；α为温度修正系数，由传感器厂家给定；λTi，λT0分别为i时刻和初始时刻的温度传感器读数，单位nm；
对于输出数字信号的传感器，采集到的数据不需要计算；
对于输出电压值的传感器，测试物理量P＝U/K，式中，K为传感器灵敏度，由传感器厂家给定；U为传感器的电压测量值；
对于输出电荷值的传感器，测试物理量P＝Q/K，式中，K为传感器灵敏度，由传感器厂家给定；Q为传感器的电荷测量值；
对于输出电阻值的传感器，测试物理量P＝Ri/R0K，式中，K为传感器灵敏度，R0为传感器初始电阻值，由传感器厂家给定；Ri为传感器的电阻测量变化值；
对于输出电流值的传感器，测试物理量P＝I/K，式中，K为传感器灵敏度，由传感器厂家给定；I为传感器的电流测量值。
进一步的，所述的第一电子标识和第二电子标识采用条形码、二维码、射频电子标签或传感器内置芯片。
进一步的，所述的传感器采集模块包括：CPU、电源管理模块、EEPROM、用户操作交互模块、数据信号采集接口、存储卡、以太网接口、无线传输模块；
所述的CPU用于发出指令和数据计算；
所述的电源管理模块为整个模块提供工作电源，为内部电池充电，以及光伏电池板接入；
所述的EEPROM用于存储程序指令和数据信息；
所述的用户操作交互模块用于在用户使用时，信息指令的输入和反馈显示；
所述的数据信号采集接口用于传感器或外部设备的接入、数据采集和数据通讯；
所述的存储卡用于保存监测到的数据；
所述的以太网接口，与CPU相连，用于将采集到的数据，通过网线或光缆传输到PC、云端服务器；
所述的无线传输模块为GPRS模块、NBIoT模块或LoRA模块，用于将采集到的数据，通过无线方式传输到PC、云端服务器；GPRS模块内置了流量包。
本发明的另一目的是提供上述的传感器监测系统的监测方法，该方法包括如下步骤：
(1)在安装传感器时，采用手持终端扫描传感器上的第一电子标识后，可识别出存储的传感器技术参数信息或编码信息，从而建立该传感器与云平台上存储的数据记录的一一对应关系；
(2)根据传感器的类型，选用与之相匹配的传感器采集模块，将传感器与传感器采集模块连接；
(3)采用手持终端扫描传感器采集模块上的第二电子标识后，可识别存储的技术参数信息或编码信息，从而建立该传感器采集模块、与之相连的传感器、以及与云平台上存储信息的一一对应关系；
(4)打开传感器采集模块的开关，按照设置的参数进行传感器数据的采集，并将采集到的数据发送到云平台上；
(5)通过终端，对每个传感器和传感器采集模块进行参数的设定。
进一步的，所述参数的设定选自如下内容的一个或多个：采样频率、数据上传频率、低功耗模式、唤醒模式、预警指标和阀值、预警方式；预警方式包括消息推送、短信通知、邮件通知、语音通知。
进一步的，每个传感器的预警指标和阀值需要根据具体的监测对象，通过已有的设计和计算方法获得，或者是根据国家有关规范和行业标准取值；当传感器监测值达到设定的预警阀值时，向用户发送警示信息。
进一步的，在终端上，査看所有传感器在某一个时段上的数据时程，展示所有超限传感器的列表，展示大于某一测试值的传感器列表；在数据展示时，添加筛选条件，筛选显示某种传感器类型的数据，筛选某个时间段的传感器的数据，将展示的数据及说明生成图文报告。
本发明另一目的是提供一种便捷的检测数据采集系统，包括感知模块、电子标识、数据采集模块、手持终端、云平台、终端；
所述的感知模块包括计量器具和/或传感器，来获取所测试的物理量，感知模块永久地或临时地固定或连接在检测对象上；
所述的电子标识上具有计量器具和/或传感器的技术参数信息，或者所述的电子标识上具有计量器具和/或传感器的编码信息；所述的电子标识固定或连接在计量器具和/或传感器上，或者安装于被测试对象附近，能够与其他检测对象有所区别；
所述的数据采集模块用于与感知模块建立连接，向感知模块传递采集指令并接收感知模块测试的数据，并将采集到的数据通过接口发送到手持终端；
所述的手持终端通过接口与数据采集模块连接，或者是数据采集模块与手持终端集成为一体；通过手持终端识别电子标识和/或检测对象的定位位置信息，接收数据采集模块采集的数据，将电子标识信息和/或检测对象的定位位置信息、采集到的数据保存并发送到云平台；
所述的云平台上具有数据库，数据库有多个数据记录，数据记录包含检测对象的标识信息和/或检测对象的定位位置信息、计量器具和/或传感器的技术参数信息、以及测试采集的数据；
所述的终端通过云平台获取采集的数据以及对每个计量器具或传感器的参数和预警指标进行设定。
进一步的，所述的电子标识上具有计量器具和/或传感器技术参数信息，包括：测试的物理量、传感器的类型、用于进行测试值计算的标定参数和计算公式；或者所述的电子标识上具有计量器具和/或传感器的编码信息，通过该编码信息能够建立与数据库中的数据记录的对应关系。
进一步的，所述的数据采集模块根据传感器的类型进行选择，用于传感器或外部设备的接入、数据采集和数据通讯；
对于振弦传感器，数据采集模块包括：用于采集处理振弦传感器信号的振弦采集模块、用于给整个模块供电的电源调理模块以及用于振弦采集模块与手持终端之间进行通讯的通讯接口模块；
对于光纤传感器，数据采集模块包括：用于采集处理光纤传感器信号的光纤采集模块、用于给整个模块供电的电源调理模块以及用于光纤采集模块与手持终端之间进行通讯的通讯接口模块；
对于数字式传感器、全球卫星导航系统，数据采集模块包括：用于采集解码数字信号的数字信号采集模块、用于给整个模块供电的电源调理模块以及用于信号采集模块与手持终端之间进行通讯的通讯接口模块。
对于压电式传感器、压阻式传感器、电容式传感器、电阻式传感器、电感式传感器、磁感应传感器、磁电式传感器、光学传感器传感器，数据采集模块包括：用于采集处理模拟信号的模拟量采集模块、用于给整个模块供电的电源调理模块以及用于模拟量采集模块与手持终端之间进行通讯的通讯接口模块。
本发明还提供一种便捷的检测数据采集系统的检测方法，该方法包括如下步骤：
(1)在测试对象上安装计量器具和/或传感器；采用手持终端扫描计量器具和/或传感器上的电子标识后，可识别出存储的计量器具和/或传感器技术参数信息或编码信息，从而建立该计量器具和/或传感器与云平台上存储的数据记录的一一对应关系；或者采用手持终端识别出检测对象的定位位置信息，将该定位位置信息与云平台上存储的数据记录的一一对应；
(2)根据传感器的类型，选用与之相匹配的数据采集模块，将计量器具和/或传感器与数据采集模块连接；
(3)将数据采集模块与手持终端连接，或者是将计量器具和/或传感器与集成了数据采集模块的手持终端连接，手持终端向数据采集模块发送采集指令，按照设置的参数进行数据的采集，采集到的数据显示在手持终端上，确认采集数据后，将检测对象的标识信息和/或检测对象的定位位置信息、计量器具和/或传感器的技术参数信息、以及测试采集的数据发送到云平台上；
(4)通过终端，编辑、展示、输出采集到的信息，对计量器具和/或传感器和数据采集模块进行参数的设定。
以上未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
本发明的优势与有益效果如下：(1)需要开展工程监测的基础设施往往体型高大，建造和运营中的场地环境复杂，通过采取本发明方案，每个传感器采集模块可以连接1个至多个传感器，所采集的数据直接上传到云端服务器，减少了设备的类型数量和中间设备的级次，减少了设备之间的布线工作量。(2)由于采用电子标识及数据库存储技术，传感器的技术参数、标定参数和计算公式得到有效、便捷的管理和存储，还可以方便地对这些信息进行更新，在计算传感器测试值时，可以方便地从数据库中读取相应的信息进行计算。(3)通过手机端或PC端软件，可以便捷地设定每个传感器的参数和预警指标，实现传感器数据的自动采集和预警，大大减少了人工测读工作量。(4)本发明的工程监测和检测系统搭建简便、灵活，性能更稳定，节省投资。
附图说明
图1为本发明的基于电子标识和云平台的传感器监测系统的拓补图；
图2为传感器采集模块硬件组成图；
图3是本发明的便捷的检测数据采集系统的拓补图；
图中：传感器1、第一电子标识2、传感器采集模块3、第二电子标识4、手持终端5、云平台6、终端7、感知模块8、电子标识9、数据采集模块10。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
如图1所示，本发明的实施例提供一种基于电子标识和云平台的传感器监测系统，包括传感器1、固定在传感器1上或与传感器1连接的第一电子标识2、传感器采集模块3、固定在传感器采集模块3上或与传感器采集模块3连接的第二电子标识4、手持终端5、云平台6、终端7；所述的传感器根据实现原理来划分，传感器的类型选自：振弦式传感器、光纤传感器、数字式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电容式传感器、电阻式传感器、电感式传感器、磁感应传感器、磁电式传感器、光学传感器、全球卫星导航系统。以基坑和结构监测中常用的钢筋应力监测为例进行说明。
(1)所选用的传感器类型为：振弦式传感器，即振弦式钢筋应力计，其测试物理量为钢筋的应力。
(2)在工程监测过程中，需要存储管理和使用的传感器的技术参数的信息字段包括：生产厂家的基本信息：金坛传感器厂；传感器的出厂编号：10579；传感器的类型(必要)：振弦式传感器；传感器测试的物理量(必要)：应力；传感器的技术指标：受拉量程小于200MPa，受压量程小于100MPa，防渗水压力小于0.4MPa，绝缘电阻大于50兆欧姆等。对于振弦式传感器有两种计算方法(必要)；第一种计算方法：测试物理量P＝K×(Fi-F0)+B，式中，K、B为该振弦传感器的标定参数，由传感器厂家给定；F0为传感器读数初始值，Fi为第i次读取读数值；第二种计算方法：测试物理量P＝K×(fi 2-f0 2)，式中，K为该振弦式传感器的标定参数，由传感器厂家给定；f0为传感器读数初始值，fi为第i次读取读数值。
(3)更具体地，本例中以第一种方法进行计算，振弦式钢筋应力计用于计算的标定参数为K＝0.0104、B＝0.03954，计算公式为P＝K×(F0-Fi)+B，初始读数为F0＝2193Hz。这些参数和公式由传感器厂家给定。
(4)建立(2)、(3)中传感器信息的数据库，对每个传感器，创建该传感器所对应的一条数据记录，记录表达该传感器的所有信息字段的具体值。
(5)对于数据库中的每条传感器技术参数信息，生成第一电子标识(条形码、二维码、射频电子标签或在传感器内置芯片中写入信息)，建立每个传感器技术参数信息与第一电子标识(条形码、二维码、射频电子标签或传感器内置芯片中写入信息)之间的一一对应关系。电子标识实现对该传感器的追溯和信息表达、信息管理；将建立好的传感器信息数据库搭载在云平台上。
(6)上述电子标识固定或连接在传感器上，具体实现方式可以是以下若干种之一或组合：将二维码印刷于传感器的外壳上；将二维码印刷于基体材料上，将带有二维码的基体材料与传感器或传感器的引出数据线连接固定；条形码和二维码类似。射频电子标签固定在传感器上或固定在传感器的引出数据线上；在传感器上内置存储芯片，存储该传感器的技术信息。
如图2所示，本发明提供的带有电子标识的传感器采集模块，包括：CPU、电源管理模块、EEPROM、用户操作交互模块、数据信号采集接口(485、232或USB)、SD/TF存储卡、以太网接口、GPRS模块或NBIoT模块或LoRA模块，传感器采集模块上固定有或连接有第二电子标识。
(1)所述的第二电子标识上具有传感器采集模块编码信息，具体包括传感器采集模块的类型、所能采集的物理量、生产厂家的基本信息、出厂编号；第二电子标识固定或连接在传感器采集模块上，具体实现方式可以是以下若干种之一或组合：将二维码印刷于传感器采集模块的外壳上；将二维码印刷于基体材料上，将带有二维码的基体材料与传感器采集模块或传感器采集模块的引出数据线连接固定；条形码和二维码类似。射频电子标签固定在传感器采集模块上或固定在传感器采集模块的引出数据线上；在传感器采集模块上内置存储芯片，存储技术信息。
(2)CPU，用于发出指令和数据计算；
(3)电源管理模块，用于为整个模块提供工作电源，内部电池充电，以及光伏电池板接入；
(4)EEPROM，用于存储程序指令和内置信息；
(5)用户操作交互模块，包括显示屏、键盘、拨码开关、蜂鸣器等，实现用户在使用时，信息指令的输入和反馈显示；
(6)数据信号采集接口，主要包括485、232或USB，实现传感器或外部设备的接入和数据通讯；
(7)SD/TF存储卡，用于保存监测到的数据；
(8)以太网接口，与CPU相连，用于将采集到的数据，通过网线或光缆传输到PC、云端服务器；
(9)GPRS模块或NBIoT模块或LoRA模块，用于将采集到的数据，通过无线方式传输到PC、云端服务器；GPRS模块内置了流量包。
以基坑的钢筋应力监测为例，监测系统搭建和实施采集的步骤如下：
(1)在安装振弦式钢筋应力计时，采用手持终端扫描二维码后，可识别二维码信息(存储有传感器技术参数信息)，从而建立该传感器与云平台上存储的传感器技术参数信息的一一对应关系；条形码和二维码类似；类似地，采用射频识读器，可识别传感器的射频电子标签；采用传感器的采集模块可以识别内置存储芯片的信息；通过这些方法，可以获得该传感器的技术参数信息，从而为下一步的数据采集和测试数据计算提供了便捷、可靠的途径。
(2)选用与振弦式钢筋应力计相匹配的传感器采集模块，将传感器与传感器采集模块连接。
(3)采用手持终端扫描传感器采集模块上的二维码后，可识别二维码信息；条形码和二维码类似；或类似地，采用射频识读器，可识别传感器采集模块的射频电子标签；或读取传感器采集模块上内置的芯片信息。通过这些方法，建立该传感器采集模块、与之相连的传感器、以及与云平台上存储信息的一一对应关系。
(4)打开传感器采集模块的开关，按照设置的参数进行传感器数据采集，并将采集到的数据发送到云平台上。
(5)通过终端(可为手机端或PDA或PC端)，可以对每个传感器和传感器采集模块设定参数，参数包括：采样频率、数据上传频率、低功耗模式、唤醒模式、预警指标和阀值、预警方式等。预警方式包括消息推送、短信通知、邮件通知、语音通知。例如设定采样频率为每10分钟采集并上传1个数据。
(6)每个传感器的预警指标和阀值需要根据具体的监测对象，通过已有的设计和计算方法获得，或者是根据国家有关规范和行业标准取值。例如：预警指标为钢筋拉应力小于150MPa，钢筋压应力小于80MPa；当传感器监测值达到设定的预警阀值时，向用户发送警示信息。
(7)在终端(可为手机端或PDA或PC端)上，可以査看所有传感器在某一个时段上的数据时程，展示所有超限传感器的列表，展示大于某一测试值的传感器列表。在数据展示时，可以添加筛选条件，筛选显示某种传感器类型的数据，筛选某个时间段安装的传感器的数据等，将展示的数据及说明生成图文报告。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上，提供了一种便捷的检测数据采集系统和方法，如图3所示，该系统包括感知模块8、电子标识9、数据采集模块10、手持终端5、云平台6、终端7；
所述的感知模块包括计量器具和/或传感器，来获取所测试的物理量，感知模块永久地或临时地固定或连接在检测对象上；
所述的电子标识上具有计量器具和/或传感器的技术参数信息，或者所述的电子标识上具有计量器具和/或传感器的编码信息；所述的电子标识固定或连接在计量器具和/或传感器上，或者安装于被测试对象附近，能够与其他检测对象有所区别；
所述的数据采集模块用于与感知模块建立连接，向感知模块传递采集指令并接收感知模块测试的数据，并将采集到的数据通过接口发送到手持终端；
所述的手持终端通过接口与数据采集模块连接，或者是数据采集模块与手持终端集成为一体；通过手持终端识别电子标识和/或检测对象的定位位置信息，接收数据采集模块采集的数据，将电子标识信息和/或检测对象的定位位置信息、采集到的数据保存并发送到云平台；
所述的云平台上具有数据库，数据库有多个数据记录，数据记录包含检测对象的标识信息和/或检测对象的定位位置信息、计量器具和/或传感器的技术参数信息、以及测试采集的数据；
所述的终端通过云平台获取采集的数据以及对每个计量器具或传感器的参数和预警指标进行设定。
其中，所述的数据采集模块根据传感器的类型进行选择，用于传感器或外部设备的接入、数据采集和数据通讯，数据采集模块与手持终端的通讯既可以是有线连接也可以是无线连接；
对于振弦传感器，数据采集模块包括：用于采集处理振弦传感器信号的振弦采集模块、用于给整个模块供电的电源调理模块以及用于振弦采集模块与手持终端之间进行通讯的通讯接口模块；针对振弦传感器，本领域技术人员均能从现有产品中选择使用对应的振弦采集模块、电源调理模块以及通讯接口模块，这里不再赘述，下述同理。
对于光纤传感器，数据采集模块包括：用于采集处理光纤传感器信号的光纤采集模块、用于给整个模块供电的电源调理模块以及用于光纤采集模块与手持终端之间进行通讯的通讯接口模块。
对于数字式传感器、全球卫星导航系统，数据采集模块包括：用于采集解码数字信号的数字信号采集模块、用于给整个模块供电的电源调理模块以及用于信号采集模块与手持终端之间进行通讯的通讯接口模块。
对于压电式传感器、压阻式传感器、电容式传感器、电阻式传感器、电感式传感器、磁感应传感器、磁电式传感器、光学传感器传感器，数据采集模块包括：用于采集处理模拟信号的模拟量采集模块、用于给整个模块供电的电源调理模块以及用于模拟量采集模块与手持终端之间进行通讯的通讯接口模块。
实施例2适用于对工程对象的便捷检测，通过手持终端识别电子标识来获得感知模块的技术参数信息，通过手持终端获取检测对象的定位位置信息。与实施例1相比，手持终端可以与数据采集模块有线或无线连接，也可以将数据采集模块集成在手持终端上，从而获取感知模块的测试物理量。手持终端将识别的电子标识信息和/或检测对象的定位位置信息、采集到的数据保存并发送到云平台。
下面以基坑和结构监测中常用的钢筋应力检测为例进行说明。
选用振弦传感器，其电子标识存储信息与实施例1中的第一电子标识相同。将振弦传感器安装在拟检测的基坑或结构上。在进行工程检测时，采用手持终端扫描电子标识后，可识别存储的传感器技术参数信息或编码，从而建立该传感器与云平台上存储的传感器技术参数信息的一一对应关系。可选地，采用手持终端识别出检测对象和传感器的定位位置信息。
将振弦传感器与数据采集模块连接，并将数据采集模块和手持终端连接。通过手持终端向数据采集模块发送采集指令，并获取振弦传感器的测试物理量值。采集到的数据显示在手持终端上，确认采集数据后，将检测对象的标识信息和/或检测对象的定位位置信息、计量器具和/或传感器的技术参数信息、以及测试采集的数据发送到云平台上；通过终端，编辑、展示、输出采集到的信息，对计量器具和/或传感器和数据采集模块进行参数的设定。
所取得的显著效益是：(1)需要开展工程监测的基础设施往往体型高大，建造和运营中的场地环境复杂，通过采取本发明方案，每个传感器采集模块可以连接1个至多个传感器，所采集的数据直接上传到云端服务器，减少了设备的类型数量和中间设备的级次，减少了设备之间的布线工作量。(2)由于采用电子标识及数据库存储技术，传感器的技术参数、标定参数和计算公式得到有效、便捷的管理和存储，还可以方便地对这些信息进行更新，在计算传感器测试值时，可以方便地从数据库中读取相应的信息进行计算。(3)通过手机端或PC端软件，可以便捷地设定每个传感器的参数和预警指标，实现传感器数据的自动采集和预警，大大减少了人工测读工作量。(4)本发明的工程监测和检测系统搭建简便、灵活，性能更稳定，节省投资。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (20)
1.一种基于电子标识和云平台的传感器监测系统，其特征在于，包括传感器、固定在传感器上或与传感器连接的第一电子标识、传感器采集模块、固定在传感器采集模块上或与传感器采集模块连接的第二电子标识、手持终端、云平台、终端；
所述的第一电子标识上具有传感器技术参数信息，或者所述的第一电子标识上具有传感器的编码信息；
所述的云平台上具有数据库，数据库有多个数据记录，数据记录包含传感器技术参数信息、传感器采集模块技术参数信息、以及测试采集的数据；
所述的传感器采集模块用于与传感器建立连接，接收传感器采集的数据，并将采集到的数据通过有线或无线的方式发送到云平台；
所述的第二电子标识上具有传感器采集模块技术参数信息，或者所述的第二电子标识上具有传感器采集模块的编码信息；
所述的手持终端用于识别第一电子标识和第二电子标识，将传感器采集模块、与之相连的传感器、以及与云平台数据库上存储的信息一一对应。
所述的终端通过云平台获取传感器采集的数据以及对每个传感器的参数和预警指标进行设定。
2.根据权利要求1所述的传感器监测系统，其特征在于，所述的传感器根据实现原理来划分，传感器的类型选自：振弦式传感器、光纤传感器、数字式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电容式传感器、电阻式传感器、电感式传感器、磁感应传感器、磁电式传感器、光学传感器、全球卫星导航系统。
3.根据权利要求1所述的传感器监测系统，其特征在于，所述的第一电子标识上具有传感器技术参数信息，包括：传感器的类型、传感器测试的物理量、用于进行传感器测试值计算的标定参数和计算公式；或者所述的第一电子标识上具有传感器的编码信息，通过该编码信息能够建立与数据库中的数据记录的对应关系。
所述的第二电子标识上具有传感器采集模块技术参数信息，包括传感器采集模块的类型、所能采集的物理量；或者所述的第二电子标识上具有传感器采集模块的编码信息，通过该编码信息能够建立与数据库中的数据记录的对应关系。
4.根据权利要求1所述的传感器监测系统，其特征在于，所述的用于进行传感器测试值计算的标定参数和计算公式如下：
对于振弦式传感器有两种计算方法；第一种计算方法：测试物理量P＝K×(Fi-F0)+B，式中，K、B为该振弦传感器的标定参数，由传感器厂家给定；F0为传感器读数初始值，Fi为第i次读取读数值；第二种计算方法：测试物理量P＝K×(fi 2-f0 2)，式中，K为该振弦式传感器的标定参数，由传感器厂家给定；f0为传感器读数初始值，fi为第i次读取读数值；
对于光纤传感器：测试物理量P＝K×[(λi-λ0)-α(λTi-λT0)]，式中，K为光纤传感器的标定参数，由传感器厂家给定；λi，λ0分别为i时刻和初始时刻的光纤传感器波长读数，单位nm；α为温度修正系数，由传感器厂家给定；λTi，λT0分别为i时刻和初始时刻的温度传感器读数，单位nm；
对于输出数字信号的传感器，采集到的数据不需要计算；
对于输出电压值的传感器，测试物理量P＝U/K，式中，K为传感器灵敏度，由传感器厂家给定；U为传感器的电压测量值；
对于输出电荷值的传感器，测试物理量P＝Q/K，式中，K为传感器灵敏度，由传感器厂家给定；Q为传感器的电荷测量值；
对于输出电阻值的传感器，测试物理量P＝Ri/R0K，式中，K为传感器灵敏度，R0为传感器初始电阻值，由传感器厂家给定；Ri为传感器的电阻测量变化值；
对于输出电流值的传感器，测试物理量P＝I/K，式中，K为传感器灵敏度，由传感器厂家给定；I为传感器的电流测量值。
5.根据权利要求1所述的传感器监测系统，其特征在于，所述的第一电子标识和第二电子标识采用条形码、二维码、射频电子标签或传感器内置芯片。
6.根据权利要求1所述的传感器监测系统，其特征在于，所述的传感器采集模块包括：CPU、电源管理模块、EEPROM、用户操作交互模块、数据信号采集接口、存储卡、以太网接口、无线传输模块；
所述的CPU用于发出指令和数据计算；
所述的电源管理模块为整个模块提供工作电源，为内部电池充电，以及光伏电池板接入；
所述的EEPROM用于存储程序指令和数据信息；
所述的用户操作交互模块用于在用户使用时，信息指令的输入和反馈显示；
所述的数据信号采集接口用于传感器或外部设备的接入、数据采集和数据通讯；
所述的存储卡用于保存监测到的数据；
所述的以太网接口，与CPU相连，用于将采集到的数据，通过网线或光缆传输到PC、云端服务器；
所述的无线传输模块为GPRS模块、NBIoT模块或LoRA模块，用于将采集到的数据，通过无线方式传输到PC、云端服务器；GPRS模块内置了流量包。
7.根据权利要求1所述的传感器监测系统的监测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)在安装传感器时，采用手持终端扫描传感器上的第一电子标识后，可识别出存储的传感器技术参数信息或编码信息，从而建立该传感器与云平台上存储的数据记录的一一对应关系；
(2)根据传感器的类型，选用与之相匹配的传感器采集模块，将传感器与传感器采集模块连接；
(3)采用手持终端扫描传感器采集模块上的第二电子标识后，可识别存储的技术参数信息或编码信息，从而建立该传感器采集模块、与之相连的传感器、以及与云平台上存储信息的一一对应关系；
(4)打开传感器采集模块的开关，按照设置的参数进行传感器数据的采集，并将采集到的数据发送到云平台上。
(5)通过终端，对每个传感器和传感器采集模块进行参数的设定。
8.根据权利要求7所述的传感器监测系统的监测方法，其特征在于，所述参数的设定选自如下内容的一个或多个：采样频率、数据上传频率、低功耗模式、唤醒模式、预警指标和阀值、预警方式；预警方式包括消息推送、短信通知、邮件通知、语音通知。
9.根据权利要求7所述的传感器监测系统的监测方法，其特征在于，每个传感器的预警指标和阀值需要根据具体的监测对象，通过已有的设计和计算方法获得，或者是根据国家有关规范和行业标准取值；当传感器监测值达到设定的预警阀值时，向用户发送警示信息。
10.根据权利要求7所述的传感器监测系统的监测方法，其特征在于，在终端上，查看所有传感器在某一个时段上的数据时程，展示所有超限传感器的列表，展示大于某一测试值的传感器列表；在数据展示时，添加筛选条件，筛选显示某种传感器类型的数据，筛选某个时间段的传感器的数据，将展示的数据及说明生成图文报告。
11.一种便捷的检测数据采集系统，其特征在于，包括感知模块、电子标识、数据采集模块、手持终端、云平台、终端；
所述的感知模块包括计量器具和/或传感器，来获取所测试的物理量，感知模块永久地或临时地固定或连接在检测对象上；
所述的电子标识上具有计量器具和/或传感器的技术参数信息，或者所述的电子标识上具有计量器具和/或传感器的编码信息；所述的电子标识固定或连接在计量器具和/或传感器上，或者安装于被测试对象附近，能够与其他检测对象有所区别；
所述的数据采集模块用于与感知模块建立连接，向感知模块传递采集指令并接收感知模块测试的数据，并将采集到的数据通过接口发送到手持终端；
所述的手持终端通过接口与数据采集模块连接，或者是数据采集模块与手持终端集成为一体；通过手持终端识别电子标识和/或检测对象的定位位置信息，接收数据采集模块采集的数据，将电子标识信息和/或检测对象的定位位置信息、采集到的数据保存并发送到云平台；
所述的云平台上具有数据库，数据库有多个数据记录，数据记录包含检测对象的标识信息和/或检测对象的定位位置信息、计量器具和/或传感器的技术参数信息、以及测试采集的数据；
所述的终端通过云平台获取采集的数据以及对计量器具或传感器的参数和预警指标进行设定。
12.根据权利要求11所述的便捷的检测数据采集系统，其特征在于，所述的传感器根据实现原理来划分，传感器的类型选自：振弦式传感器、光纤传感器、数字式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电容式传感器、电阻式传感器、电感式传感器、磁感应传感器、磁电式传感器、光学传感器、全球卫星导航系统。
13.根据权利要求11所述的便捷的检测数据采集系统，其特征在于，所述的电子标识上具有计量器具和/或传感器技术参数信息，包括：测试的物理量、传感器的类型、用于进行测试值计算的标定参数和计算公式；或者所述的电子标识上具有计量器具和/或传感器的编码信息，通过该编码信息能够建立与数据库中的数据记录的对应关系。
14.根据权利要求11所述的便捷的检测数据采集系统，其特征在于，所述的用于进行传感器测试值计算的标定参数和计算公式如下：
对于振弦式传感器有两种计算方法；第一种计算方法：测试物理量P＝K×(Fi-F0)+B，式中，K、B为该振弦传感器的标定参数，由传感器厂家给定；F0为传感器读数初始值，Fi为第i次读取读数值；第二种计算方法：测试物理量P＝K×(fi 2-f0 2)，式中，K为该振弦式传感器的标定参数，由传感器厂家给定；f0为传感器读数初始值，fi为第i次读取读数值；
对于光纤传感器：测试物理量P＝K×[(λi-λ0)-α(λTi-λT0)]，式中，K为光纤传感器的标定参数，由传感器厂家给定；λi，λ0分别为i时刻和初始时刻的光纤传感器波长读数，单位nm；α为温度修正系数，由传感器厂家给定；λTi，λT0分别为i时刻和初始时刻的温补光栅读数，单位nm；
对于输出数字信号的传感器，采集到的数据不需要计算；
对于输出电压值的传感器，测试物理量P＝U/K，式中，K为传感器灵敏度，由传感器厂家给定；U为传感器的电压测量值；
对于输出电荷值的传感器，测试物理量P＝Q/K，式中，K为传感器灵敏度，由传感器厂家给定；Q为传感器的电荷测量值；
对于输出电阻值的传感器，测试物理量P＝Ri/R0K，式中，K为传感器灵敏度，R0为传感器初始电阻值，由传感器厂家给定；Ri为传感器的电阻测量变化值；
对于输出电流值的传感器，测试物理量P＝I/K，式中，K为传感器灵敏度，由传感器厂家给定；I为传感器的电流测量值。
15.根据权利要求11所述的便捷的检测数据采集系统，其特征在于，所述的电子标识采用条形码、二维码、射频电子标签或传感器内置芯片。
16.根据权利要求11所述的便捷的检测数据采集系统，其特征在于，所述的数据采集模块根据传感器的类型进行选择，用于传感器或外部设备的接入、数据采集和数据通讯；
对于振弦传感器，数据采集模块包括：用于采集处理振弦传感器信号的振弦采集模块、用于给整个模块供电的电源调理模块以及用于振弦采集模块与手持终端之间进行通讯的通讯接口模块；
对于光纤传感器，数据采集模块包括：用于采集处理光纤传感器信号的光纤采集模块、用于给整个模块供电的电源调理模块以及用于光纤采集模块与手持终端之间进行通讯的通讯接口模块；
对于数字式传感器、全球卫星导航系统，数据采集模块包括：用于采集解码数字信号的数字信号采集模块、用于给整个模块供电的电源调理模块以及用于信号采集模块与手持终端之间进行通讯的通讯接口模块。
对于压电式传感器、压阻式传感器、电容式传感器、电阻式传感器、电感式传感器、磁感应传感器、磁电式传感器、光学传感器，数据采集模块包括：用于采集处理模拟信号的模拟量采集模块、用于给整个模块供电的电源调理模块以及用于模拟量采集模块与手持终端之间进行通讯的通讯接口模块。
17.根据权利要求11所述的便捷的检测数据采集系统的检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)在测试对象上安装计量器具和/或传感器；采用手持终端扫描计量器具和/或传感器的电子标识后，可识别出存储的计量器具和/或传感器技术参数信息或编码信息，从而建立该计量器具和/或传感器与云平台上存储的数据记录的一一对应关系；或者采用手持终端识别出检测对象的定位位置信息，将该定位位置信息与云平台上存储的数据记录的一一对应；
(2)根据传感器的类型，选用与之相匹配的数据采集模块，将计量器具和/或传感器与数据采集模块连接；
(3)将数据采集模块与手持终端连接，或者是将计量器具和/或传感器与集成了数据采集模块的手持终端连接，手持终端向数据采集模块发送采集指令，按照设置的参数进行数据的采集，采集到的数据显示在手持终端上，确认采集数据后，将检测对象的标识信息和/或检测对象的定位位置信息、计量器具和/或传感器的技术参数信息、以及测试采集的数据发送到云平台上；
(4)通过终端，编辑、展示、输出采集到的信息，对计量器具和/或传感器和数据采集模块进行参数的设定。
18.根据权利要求17所述的便捷的检测数据采集系统的检测方法，其特征在于，所述参数的设定选自如下内容的一个或多个：采样频率、数据上传频率、低功耗模式、唤醒模式、预警指标和阀值、预警方式；预警方式包括消息推送、短信通知、邮件通知、语音通知。
19.根据权利要求17所述的便捷的检测数据采集系统的检测方法，其特征在于，计量器具和/或传感器的预警指标和阀值根据具体的检测对象，通过已有的设计和计算方法获得，或者是根据国家有关规范和行业标准取值；当计量器具和/或传感器检测值达到设定的预警阀值时，向用户发送警示信息。
20.根据权利要求17所述的便捷的检测数据采集系统的检测方法，其特征在于，在终端上，查看计量器具和/或传感器在某一个时段上的数据时程，展示所有超限的列表，展示大于某一测试值的列表；在数据展示时，添加筛选条件，筛选显示某种类型的数据，筛选某个时间段的数据，将展示的数据及说明生成图文报告。
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