CN111366234A - 一种闸门无线振动监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种闸门无线振动监测装置。该装置安装于闸门上，包括防水外壳、固定于防水外壳中的三轴MEMS加速度传感器、电路结构和电源模块；电源模块用于为三轴MEMS加速度传感器以及电路结构供电，电路结构包括微控制器、可调模拟滤波器、电源控制电路和无线通信模块，三轴MEMS加速度传感器的信号输出端与可调模拟滤波器的输入端电连接，可调模拟滤波器的输出端与微控制器的输入端电连接，微控制器的通信端口与无线通信模块电连接，无线通信模块用于将微控制器接收到的振动信号传输至远程监控设备，电源控制电路用于在微控制器接收到振动信号时控制电源模块向无线通信模块供电。本发明能够对闸门的振动情况进行长时间的监测。
Description
技术领域
本发明涉及水利水电枢纽建筑物中闸门的监测，特别是涉及一种闸门无线振动监测装置。
背景技术
水工钢闸门是水利水电枢纽建筑物的重要金属结构组成部分之一，其运行状况直接影响到工程的功能发挥和运行安全性，因闸门日常管理和维护不当导致整个枢纽工程出事故的案例屡见不鲜，因此闸门的运行安全问题显得尤为重要。
水工钢闸门主要作用是挡水和泄洪，运行过程中在水流的动水脉动压力作用下会使闸门产生振动，对于局部开度的泄洪闸门，还需承受高速水流引发的剧烈、复杂的流激振动(流固耦合振动)，其危害更大。
闸门所受荷载变化和启闭过程中振动响应是安全运行非常重要的参数，闸门运行时，振动加速度值的变化可反映出闸门运行的稳定性。由于闸门在长时间运行下振动可能会使闸门各构件发生疲劳破坏，如螺栓松动、水封破坏、闸门变形等不利工况，在不利工况产生的初期振动加速度值会发生变化。
现有技术中，振动传感器在测试技术中是关键部件之一，振动传感器多采用电池供电并实现实时监测，但振动传感器耗能较大，需要外接供电，或者采用大容量电源驱动，使得此类传感器体积较大，不能实现传感设备的微型化。而且，目前闸门振动的测量方式比较单一，均采用单次实验的测量方式，无法实现长期的闸门状态监测。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够对闸门振动进行长时间监测的振动监测装置。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种闸门无线振动监测装置，所述闸门无线振动监测装置安装于闸门上，包括防水外壳、固定于所述防水外壳中的三轴MEMS加速度传感器、电路结构和电源模块；所述电源模块用于为所述三轴MEMS加速度传感器以及所述电路结构供电，所述电路结构包括微控制器、可调模拟滤波器、电源控制电路和无线通信模块，所述三轴MEMS加速度传感器的信号输出端与所述可调模拟滤波器的输入端电连接，所述可调模拟滤波器的输出端与所述微控制器的输入端电连接，所述微控制器的通信端口与所述无线通信模块电连接，所述无线通信模块用于将所述微控制器接收到的振动信号传输至远程监控设备，所述电源控制电路用于在微控制器接收到振动信号时控制所述电源模块向所述无线通信模块供电。
可选的，所述无线通信模块为ZigBee无线通信模块。
可选的，采用LDO稳压器对所述电源模块的输出电压进行稳压。
可选的，所述电路结构还包括：电源管理电路，用于管理电源模块向所述三轴MEMS加速度传感器、微控制器、可调模拟滤波器、电源控制电路和无线通信模块供电。
可选的，所述闸门无线振动监测装置安装于所述闸门的背水面。
可选的，所述可调模拟滤波器采用巴特沃斯多阶模拟滤波。
可选的，所述电源模块为电池。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的闸门无线振动监测装置采用三轴MEMS加速度传感器进行闸门振动监测，实现了闸门振动监测装置的小型化。而且，本发明提供的闸门无线振动监测装置仅在三轴MEMS加速度传感器监测到振动信号时为无线通信模块供电，唤醒无线通信模块传输振动信号，其余时刻无线通信模块处于不通电状态，节约了功耗，保障了振动监测装置对闸门的长期监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的闸门无线振动监测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的闸门无线振动监测装置的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的闸门无线振动监测装置安装于闸门上，该装置包括防水外壳、固定于防水外壳中的三轴MEMS加速度传感器1、电路结构和电源模块；电源模块用于为三轴MEMS加速度传感器1以及电路结构供电，电路结构包括微控制器3、可调模拟滤波器2、电源控制电路5和无线通信模块4，三轴MEMS加速度传感器1的信号输出端与可调模拟滤波器2的输入端电连接，可调模拟滤波器2的输出端与微控制器3的输入端电连接，微控制器3的通信端口与无线通信模块4电连接，无线通信模块4用于将微控制器3接收到的振动信号传输至远程监控设备，电源控制电路5用于在微控制器3接收到振动信号时控制电源模块向无线通信模块4供电。
在本实施例中，闸门无线振动监测装置在安装时，首先将金属背板焊接在闸门上，背板上预留螺丝孔，采用防脱落螺丝将闸门无线振动监测装置与金属背板连接。三轴MEMS加速度传感器1获取振动参数，并将检测到的振动参数形成波形模拟信号，可调模拟滤波器2获取三轴MEMS加速度传感器1发出的波形模拟信号，并过滤超过阈值的波段部分，微控制器3内置模数转换器，微控制器3通过内置模数转换器将可调模拟滤波器2过滤后的波形模拟信号转化成数字信号。电源控制电路5与微控制器3电性连接，在微控制器3获取到数字信号时控制电源模块对无线通信模块4供电，以唤醒无线通信模块4，进而，微控制器3通过无线通信模块4将该数字信号发送至外部监控设备，比如中控台、监控中心、监控终端等，外部监控设备可以利用分析软件分析和预测被测闸门的振动状态。在本实施例中，由于仅在三轴MEMS加速度传感器1检测到振动信号时才为无线通信模块4通电以将其唤醒进行信号传输，降低了无线通信模块4的功耗，保障了闸门无线振动监测装置能够进行长时间的监测。
作为一种可选的实施方式，无线通信模块4为ZigBee无线通信模块，在不工作的时候，自动进入休眠状态，降低无线通信功耗，并可以用网关空中唤醒，以实现必要的通信。
作为一种可选的实施方式，采用功耗极低的LDO稳压器对电源模块的输出电压进行稳压。
作为一种可选的实施方式，电源模块为电池。
在本实施例中，电路结构还可以包括：电源管理电路6，用于管理电源模块向三轴MEMS加速度传感器1、微控制器3、可调模拟滤波器2、电源控制电路5和无线通信模块4供电。
在本实施例中，闸门无线振动监测装置安装于闸门的背水面，背板可以焊接在闸门一侧支臂靠近支绞处和闸门上横梁1/4处。可调模拟滤波器2采用巴特沃斯多阶模拟滤波，可以利用外部输入时钟，调节滤波截止频率。电量监控采用专用电路，保证测量的准确，确保测量真实电量。微控制器3内置的模数转换器为16位ADC，可配置多种采样率。
本发明提供的闸门无线振动监测装置具有可靠性高，可测频带宽，结构小巧，抗干扰能力强等优点。监测到的振动加速度结果可进行频域积分处理，以获得速度和位移量。可在-40℃低温环境中工作，防水能力能够达到IP68以上，电池续航时间可达48小时以上。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种闸门无线振动监测装置，其特征在于，所述闸门无线振动监测装置安装于闸门上，包括防水外壳、固定于所述防水外壳中的三轴MEMS加速度传感器、电路结构和电源模块；所述电源模块用于为所述三轴MEMS加速度传感器以及所述电路结构供电，所述电路结构包括微控制器、可调模拟滤波器、电源控制电路和无线通信模块，所述三轴MEMS加速度传感器的信号输出端与所述可调模拟滤波器的输入端电连接，所述可调模拟滤波器的输出端与所述微控制器的输入端电连接，所述微控制器的通信端口与所述无线通信模块电连接，所述无线通信模块用于将所述微控制器接收到的振动信号传输至远程监控设备，所述电源控制电路用于在微控制器接收到振动信号时控制所述电源模块向所述无线通信模块供电。
2.根据权利要求1所述的闸门无线振动监测装置，其特征在于，所述无线通信模块为ZigBee无线通信模块。
3.根据权利要求1所述的闸门无线振动监测装置，其特征在于，采用LDO稳压器对所述电源模块的输出电压进行稳压。
4.根据权利要求1所述的闸门无线振动监测装置，其特征在于，所述电路结构还包括：电源管理电路，用于管理电源模块向所述三轴MEMS加速度传感器、微控制器、可调模拟滤波器、电源控制电路和无线通信模块供电。
5.根据权利要求1所述的闸门无线振动监测装置，其特征在于，所述闸门无线振动监测装置安装于所述闸门的背水面。
6.根据权利要求1所述的闸门无线振动监测装置，其特征在于，所述可调模拟滤波器采用巴特沃斯多阶模拟滤波。
7.根据权利要求1所述的闸门无线振动监测装置，其特征在于，所述电源模块为电池。
Priority Applications (1)
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| CN202010405841.6A CN111366234A (zh) | 2020-05-14 | 2020-05-14 | 一种闸门无线振动监测装置 |
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| CN202010405841.6A CN111366234A (zh) | 2020-05-14 | 2020-05-14 | 一种闸门无线振动监测装置 |
Publications (1)
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Country Status (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113916361A (zh) * | 2021-09-28 | 2022-01-11 | 南京云创大数据科技股份有限公司 | 一种建筑物振动数据采集设备 |
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2020
- 2020-05-14 CN CN202010405841.6A patent/CN111366234A/zh active Pending
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