CN111981203B - 一种基于物联网的抗震支吊架智能监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的抗震支吊架智能监测系统，包括有抗震支吊架和两个形变量检测装置、两个松动检测装置以及终端，所述抗震支吊架包括有第一支杆、上支架、下支架、夹紧件、第二支杆、支座、巩固件、下U型管以及上U型管，所述第二支杆通过支座垂直安装在楼板上，所述上支架通过另一个支座固定在楼板上，所述巩固件安装在第一支架上，所述第一支架与楼板之间设置有支座，所述松动检测装置设置在支座上，松动检测装置分别设置在第一支杆上巩固件上。该方案可以检测支吊架安装部位的松动情况以及支架的形变损坏程度，若故障出现会自动将故障信息发送至管理终端，便于管理人员有针对性的维护，大大节省了劳动力成本。

Description

一种基于物联网的抗震支吊架智能监测系统

技术领域

本发明涉及智能检测技术领域，具体的，涉及一种基于物联网的抗震支吊架智能监测系统。

背景技术

抗震支吊架的作用是使建筑物结构主体与使用抗震设计的建筑中的各种管路、设备及沟槽相连接，利用地震产生的反作用力提供支撑作用。采用抗震支吊架的建筑物受地震影响较小，能够有效降低长期运行维护过程中的损伤、减轻地震破坏，防范次生灾害，尽量避免人员伤亡，降低经济损失，提升建筑物的安全性。

大量研究发现结构构件损害多集中在吊顶系统、管线系统、填充墙破坏等，并且调查发现管线系统的破坏原因主要有两个：一是由于管线接头的开裂或管线被拔出；二是缺乏可靠的侧向、纵向支撑系统或管线悬吊、支撑系统破坏导致管线掉落。由于抗震支吊架安装完成后，一旦遇到地质振动或者墙体损坏时会导致支架的铆钉连接处松动或者支架变形，需要人工巡检和更换，需要耗费大量的人力物力进行维护。

中国专利，公开号：CN207393825U，公开日：2018年5月22日，公开了一种防震电缆管路支吊架，包括框体、上吊杆、下吊杆和吊架，所述框体包括固定板、底板和支撑梁，所述支撑梁设有两组，分别与固定板和底板垂直固定焊接，固定板与支撑梁之间焊接有加强筋，固定板和底板分别设有贯穿其本体的通孔，上吊杆通过通孔贯穿于固定板，下吊杆通过通孔贯穿于底板和吊架，所述底板的上表面设有定位板，所述定位板的上部设有弹簧，所述弹簧的上部设有弹簧压板，所述弹簧压板与下吊杆的连接处设有紧固件，定位板在紧固件的正下方设有凹槽；所述吊架包括吊板、底座和侧板。该装置缺乏自检测能力，需要人工定期巡检维护，人工成本高。

发明内容

本发明的目的是解决现有支吊架缺乏智能感知能力导致人工维护成本高的问题，提出了一种基于物联网的抗震支吊架智能监测系统，该方案可以检测支吊架安装部位的松动情况以及支架的形变损坏程度，若故障出现会自动将故障信息发送至管理终端，便于管理人员有针对性的维护，大大节省了劳动力成本。

为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，一种基于物联网的抗震支吊架智能监测系统，包括有抗震支吊架和两个形变量检测装置、两个松动检测装置以及终端，所述抗震支吊架包括有第一支杆、上支架、下支架、夹紧件、第二支杆、支座、巩固件、下U型管以及上U型管，所述第二支杆通过支座垂直安装在楼板上，所述第二支杆的下端通过下支架与上U型管连接，所述第二支杆的一端与上支架连接，所述上支架通过另一个支座固定在楼板上，所述第二支杆的另一端与下支架连接，所述上U型管与下U型管通过螺栓连接，所述巩固件通过上下对称的夹紧件安装在第一支架上，所述第一支架与楼板之间设置有支座，两个所述松动检测装置分别设置在两个所述支座上，一个松动检测装置设置在第一支杆上，另一个松动检测装置设置在巩固件上。

本方案中，第一支杆和第二支杆之间的夹角一般为30度至60度，最好角度为45度，上U型管与下U型组成的封闭环内设置管道，第一支杆和第二支杆分别通过支座安装在楼板上，同时用弹性支撑片作为支座，当有地震灾害发生时，支座可以起到缓冲的作用，更好的抵御地震的波动，使得整个装置具备更高的抗震能力，其次，支座作为最易感受到松动的部位，在最容易松动的部位设置有监测装置，可以实时的监测装置安装的稳固性，同时形变量检测装置可以检测支吊架本身的损坏程度，极大的提高了装置的维护效率，大大节省了人力成本。

作为优选，所述的第一支杆为全牙螺杆，所述第二支杆和巩固件均为槽钢，所述第二支杆的两端均设置有端盖，所述端盖设置有安装孔，所述第二支杆通过端盖分别与上支架和下支架连接。

本方案中，槽钢结构稳固，作为支撑件和巩固件可以提高整个支吊架装置的稳定性和耐用性。

作为优选，所述支座包括有U型弹片和高强度弹簧，所述U型弹片的上下端面设置有通孔，所述高强度弹簧设置在上、下通孔之间，所述第一支杆通过锚栓与支座连接，所述上支架通过锚栓与支座连接，锚栓穿过通孔打入楼板一端距离；所述U型弹片的上、下端面上对称设置有上、下挂钩，所述检测装置设置在上、下挂钩上。

本方案中，U型弹性片配合高强度弹簧，使得支座具备良好的回复能力和抗震性能，即使铆钉与墙体有轻微松动，也可以在弹性力的作用下持续巩固支吊架装置的稳定性，松动检测装置通过挂钩悬挂在U型弹性片的上、下弹片之间，实际上就是检测弹性片的形变程度，当U型弹性片形变到一定程度，表明支吊架装置已经存在不稳固的隐患，此时，检测装置将告警信息发送至管理终端，当支架的本身形变量过大时，形变量检测装置将告警信息发送至管理终端，维护人员可以及时的对松动支吊架进行维护。

作为优选，所述松动检测装置包括有壳体，设置在壳体内的单片机、第一通信模块、柔性电路板、电源以及弹性剪切装置，所述柔性电路板印刷有检测电路，所述检测电路的输出端与单片机的采集端电连接，所述电源分别与单片机的供电端以及检测电路的电源端连接，通信模块与单片机电连接，所述弹性剪切装置用于切断检测电路的一段悬置导线实现电信号检测。

本方案中，当U型弹性片形变程度超过设定的阈值时，弹性剪切装置在上、下挂钩的拉动下，进行剪切，悬置导线被剪断，单片机接收到电流信号，触发报警机制，通过第一通信模块将报警信息以及支吊架装置的区域标号信息发送至管理终端，管理终端及时派遣人员进行维护，大大提高维护效率。

作为优选，所述弹性剪切装置包括有上、下对称设置的刀片、弹簧以及吊环，所述刀片的镂空设置、上、下刀片镂空部位组成切割区，所述切割区的上、下端面设置有刀刃，所述检测电路的一段悬置导线悬置切割区，所述刀片的中部设置有限位凸起，所述弹簧的一端设置在限位凸起上，弹簧的另一端设置在壳体的内壁上，所述刀片的一端向壳体外延伸并与吊环连接，所述吊环与上、下挂钩对应连接。

本方案中，上、下刀片分别受到上、下挂钩的拉力，当U型弹性片超过一定的形变量后，上刀片上行，下刀片下行，切割区域的悬置导线被上、下刀刃切断，触发报警机制，真实反映了支吊架安装的松动程度。

作为优选，所述检测电路包括有电阻R1，电阻R1的第一端与电源VCC电连接，电阻R1的第二端与三极管Q1的基极电连接，三极管Q1的集电极与电阻R1的第一端电连接，三极管Q1的基极与电阻R3的第一端电连接，三极管R3的第二端与电阻R2的第一端电连接，电阻R2的第二端与电阻R1的第一端电连接，电阻R2的第二端与电阻R2的第一端之间并联有所述悬置导线，电阻R2的第二端与电阻R3的第一端之间并联有电容C1，三极管Q1的发射极与电阻R4的第一端电连接，电阻R4的第二端接地，电阻R4的第一端与单片机的采集端电连接。

本方案中，三极管Q1为PNP型三极管，低电平导通，当悬置导线被切断时，相当于开关S1被打开，三极管Q1基极电压变小，三极管Q1导通，单片机检测到电流信号，触发报警机制，通过第一通信模块将报警信息以及支吊架装置的区域标号信息发送至管理终端，管理终端及时派遣人员进行维护，大大提高维护效率。

作为优选，所述形变量检测装置包括有薄膜电阻和控制盒，两个形变量检测装置的所述薄膜电阻分别完全包裹第一支杆和巩固件的外表面，其控制盒分别设置在第一支杆和巩固件的一端，所述控制盒内设置有电源模块、控制模块、第二通信模块以及振动传感器，所述薄膜电阻输出端与控制模块的检测端电连接，所述第二通信模块、振动传感器和电源模块分别与控制模块电连接。

本方案中，薄膜电阻包覆槽钢，当槽钢某部分发生不可逆形变后，薄膜电阻被撕裂，控制模块可以检测到薄膜电阻的电压信号；当发生振动时，振动传感器采集振动信号，当超过振动信号设定的阈值（主要为振动频率和振动幅度），控制模块发送一段检测信号，当控制模块的接收端没有检测到电压信号时，即证明支架本身没有发现不可逆损伤性形变；当控制模块的接收端检测到电压信号时，即证明支架本身发生不可逆损伤性形变，控制模块触发报警机制，通过第二通信模块将报警信息以及支吊架装置的区域标号信息发送至管理终端，管理终端及时派遣人员进行维护，大大提高维护效率，通过被动式检测方式，大大延长了装置的电源续航时间。

作为优选，所述薄膜电阻的等效电路为：电阻R11、电阻R12···电阻R1N依次串联组成电阻串，电阻串的首尾分别与控制模块电连接，每一个电阻的第一端和第二端并联有一根导线，导线的易断面的直径与支架的表面形变程度成正相关；当支架的形变超过设置阈值，薄膜电阻被撕裂，即导线折断，控制模块检测到电流信号进而判断支架损坏。

本方案中，薄膜电阻的易断裂处相当于一根导线，易断裂面的断裂难易程度（可以为断裂面的截面直径）与支架的表面形变程度成正相关，当当支架的形变超过设置阈值，薄膜电阻被撕裂，即导线折断，控制模块检测到电流信号进而判断支架损坏，该装置结构简单，可靠性高。

本发明的有益效果：本发明设计有智能检测装置并运用物联网技术，对支吊架最易损坏的支座和支架进行实时监测，方便维护人员实时获取抗震支吊架的现场性能状态并更好的对监测数据进行管理；实现了对抗震支吊架系统工作状况的实时监测，及时预警以及合理评估。采用U型弹性片作为支座减少长期运行维护过程中的损伤、地震时的次生灾害，便于管理人员有针对性的维护，大大节省了劳动力成本。

附图说明

图1为本发明的一种基于物联网的抗震支吊架智能监测系统的结构示意图。

图2为本发明的松动检测装置的结构图。

图3为本发明的刀片的结构图。

图4为本发明的检测电路的原理图。

图5为本发明的薄膜电阻的等效电路原理图。

图中标记说明：1-楼板、211-第一支杆、212-端盖、213-上支架、214-下支架、215-夹紧件、216-第二支杆、217-巩固件、218-下U型管、219-螺栓、220-上U型管、31-高强度弹簧、32-U型弹片、4-松动检测装置、41-刀片、42-弹簧、43-吊环、44-刀刃、45-限位凸起、5-形变量检测装置、53-电源模块、54-控制模块、55-振动传感器、56-第二通信模块、57-等效电路、6-单片机、7-第一通信模块。

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，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。

实施例：如图1所示，一种基于物联网的抗震支吊架智能监测系统，由抗震支吊架和两个形变量检测装置、两个松动检测装置以及终端组成，抗震支吊架包括有第一支杆211、上支架213、下支架214、夹紧件215、第二支杆216、支座、巩固件217、下U型管218以及上U型管220，第二支杆216通过支座垂直安装在楼板1上，第二支杆216的下端通过下支架214与上U型管220连接，第二支杆216的一端与上支架213连接，上支架213通过另一个支座固定在楼板1上，第二支杆216的另一端与下支架214连接，上U型管220与下U型管218通过螺栓219连接，巩固件217通过上下对称的夹紧件215安装在第一支架上，第一支架与楼板1之间设置有支座，两个松动检测装置分别设置在两个支座上，一个松动检测装置设置在第一支杆211上，另一个松动检测装置设置在巩固件217上。

本实施例中，第一支杆211和第二支杆216之间的夹角一般为30度至60度，最好角度为45度，上U型管220与下U型组成的封闭环内设置管道，第一支杆211和第二支杆216分别通过支座安装在楼板1上，同时用弹性支撑片作为支座，当有地震灾害发生时，支座可以起到缓冲的作用，更好的抵御地震的波动，使得整个装置具备更高的抗震能力，其次，支座作为最易感受到松动的部位，在最容易松动的部位设置有监测装置，可以实时的监测装置安装的稳固性，同时形变量检测装置可以检测支吊架本身的损坏程度，极大的提高了装置的维护效率，大大节省了人力成本。

第一支杆211为全牙螺杆，第二支杆216和巩固件217均为槽钢，第二支杆216的两端均设置有端盖212，端盖212设置有安装孔，第二支杆216通过端盖212分别与上支架213和下支架214连接。槽钢结构稳固，作为支撑件和巩固件217可以提高整个支吊架装置的稳定性和耐用性。

支座包括有U型弹片32和高强度弹簧31，U型弹片32的上下端面设置有通孔，高强度弹簧31设置在上、下通孔之间，第一支杆211通过锚栓与支座连接，上支架213通过锚栓与支座连接，锚栓穿过通孔打入楼板1一端距离；U型弹片32的上、下端面上对称设置有上、下挂钩，检测装置设置在上、下挂钩上。

本实施例中，U型弹性片配合高强度弹簧31，使得支座具备良好的回复能力和抗震性能，即使铆钉与墙体有轻微松动，也可以在弹性力的作用下持续巩固支吊架装置的稳定性，松动检测装置通过挂钩悬挂在U型弹性片的上、下弹片之间，实际上就是检测弹性片的形变程度，当U型弹性片形变到一定程度，表明支吊架装置已经存在不稳固的隐患，此时，检测装置将告警信息发送至管理终端，当支架的本身形变量过大时，形变量检测装置将告警信息发送至管理终端，维护人员可以及时的对松动支吊架进行维护。

如图2所示，松动检测装置4包括有壳体，设置在壳体内的单片机6、第一通信模块7、柔性电路板、电源以及弹性剪切装置，柔性电路板印刷有检测电路，检测电路的输出端与单片机6的采集端电连接，电源分别与单片机6的供电端以及检测电路的电源端连接，通信模块与单片机6电连接，弹性剪切装置用于切断检测电路的一段悬置导线实现电信号检测。

本实施例中，当U型弹片32形变程度超过设定的阈值时，弹性剪切装置在上、下挂钩的拉动下，进行剪切，悬置导线被剪断，单片机6接收到电流信号，触发报警机制，通过第一通信模块7将报警信息以及支吊架装置的区域标号信息发送至管理终端，管理终端及时派遣人员进行维护，大大提高维护效率。

弹性剪切装置包括有上、下对称设置的刀片41、弹簧42以及吊环43，刀片41的镂空设置、上、下刀片41镂空部位组成切割区，如图3所示，切割区的上、下端面设置有刀刃44，检测电路的一段悬置导线悬置切割区，刀片41的中部设置有限位凸起45，弹簧42的一端设置在限位凸起45上，弹簧42的另一端设置在壳体的内壁上，刀片41的一端向壳体外延伸并与吊环43连接，吊环43与上、下挂钩对应连接。

本实施例中，上、下刀片41分别受到上、下挂钩的拉力，当U型弹片32超过一定的形变量后，上刀片41上行，下刀片41下行，切割区域的悬置导线被上、下刀刃44切断，触发报警机制，真实反映了支吊架安装的松动程度。

如图4所示，检测电路包括有电阻R1，电阻R1的第一端与电源VCC电连接，电阻R1的第二端与三极管Q1的基极电连接，三极管Q1的集电极与电阻R1的第一端电连接，三极管Q1的基极与电阻R3的第一端电连接，三极管R3的第二端与电阻R2的第一端电连接，电阻R2的第二端与电阻R1的第一端电连接，电阻R2的第二端与电阻R2的第一端之间并联有悬置导线，电阻R2的第二端与电阻R3的第一端之间并联有电容C1，三极管Q1的发射极与电阻R4的第一端电连接，电阻R4的第二端接地，电阻R4的第一端与单片机6的采集端电连接。

本实施例中，三极管Q1为PNP型三极管，低电平导通，当悬置导线被切断时，相当于开关S1被打开，三极管Q1基极电压变小，三极管Q1导通，单片机6检测到电流信号，触发报警机制，通过第一通信模块7将报警信息以及支吊架装置的区域标号信息发送至管理终端，管理终端及时派遣人员进行维护，大大提高维护效率。

形变量检测装置5由薄膜电阻（未示出）和控制盒（未示出）组成，两个形变量检测装置的薄膜电阻分别包裹第一支杆211和巩固件217的外表面，其控制盒分别设置在第一支杆211和巩固件217的一端，控制盒内设置有电源模块53、控制模块54、第二通信模块56以及振动传感器55，薄膜电阻输出端与控制模块54的检测端电连接，第二通信模块56、振动传感器55和电源模块53分别与控制模块54电连接。

本实施例中，薄膜电阻包覆支架2，当支架2某部分发生不可逆形变后，薄膜电阻被撕裂，控制模块54可以检测到薄膜电阻的电压信号；当发生振动时，振动传感器55采集振动信号，当超过振动信号设定的阈值（主要为振动频率和振动幅度），控制模块54发送一段检测信号，当控制模块54的接收端没有检测到电压信号时，即证明支架2本身没有发现不可逆损伤性形变；当控制模块54的接收端检测到电压信号时，即证明支架2本身发生不可逆损伤性形变，控制模块54触发报警机制，通过第二通信模块56将报警信息以及支吊架装置的区域标号信息发送至管理终端，管理终端及时派遣人员进行维护，大大提高维护效率，通过被动式检测方式，大大延长了装置的电源续航时间。

如图5所示，薄膜电阻的等效电路为：电阻R11、电阻R12···电阻R1N依次串联组成电阻串，电阻串有若干个电阻串联组成，电阻串的首尾分别与控制模块54电连接，每一个电阻的第一端和第二端并联有一根导线，导线的易断面的直径与支架2的表面形变程度成正相关；当支架2的形变超过设置阈值，薄膜电阻被撕裂，即导线折断，控制模块54检测到电流信号进而判断支架2损坏。

本实施例中，薄膜电阻的易断裂处相当于一根导线，易断裂面的断裂难易程度（可以为断裂面的截面直径）与支架2的表面形变程度成正相关，当当支架2的形变超过设置阈值，薄膜电阻被撕裂，即导线折断，控制模块54检测到电流信号进而判断支架2损坏，该装置结构简单，可靠性高。

以上所述之具体实施方式为本发明一种基于物联网的抗震支吊架智能监测系统的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于物联网的抗震支吊架智能监测系统，其特征在于：包括有抗震支吊架和两个形变量检测装置、两个松动检测装置以及终端，所述抗震支吊架包括有第一支杆、上支架、下支架、夹紧件、第二支杆、支座、巩固件、下U型管以及上U型管，所述第二支杆通过支座垂直安装在楼板上，所述第二支杆的另一端与下支架连接，所述第一支杆的下端通过下支架与上U型管连接，所述第一支杆的一端与上支架连接，所述上支架通过另一个支座固定在楼板上，所述上U型管与下U型管通过螺栓连接，所述巩固件通过上下对称的夹紧件安装在第二支杆上，所述第一支杆与楼板之间设置有支座，两个所述松动检测装置分别设置在两个所述支座上，所述松动检测装置包括有壳体，设置在壳体内的单片机、第一通信模块、柔性电路板、电源以及弹性剪切装置，所述柔性电路板印刷有检测电路，所述检测电路的输出端与单片机的采集端电连接，所述电源分别与单片机的供电端以及检测电路的电源端连接，第一通信模块与单片机电连接，所述弹性剪切装置用于切断检测电路的一段悬置导线实现电信号检测，所述弹性剪切装置包括有上、下对称设置的刀片、弹簧以及吊环，所述刀片的镂空设置、上、下刀片镂空部位组成切割区，所述切割区的上、下端面设置有刀刃，所述检测电路的一段悬置导线悬置切割区，所述刀片的中部设置有限位凸起，所述弹簧的一端设置在限位凸起上，弹簧的另一端设置在壳体的内壁上，所述刀片的一端向壳体外延伸并与吊环连接，所述吊环与上、下挂钩对应连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的抗震支吊架智能监测系统，其特征在于：所述的第二支杆为全牙螺杆，所述第一支杆和巩固件均为槽钢，所述第一支杆的两端均设置有端盖，所述端盖设置有安装孔，所述第一支杆通过端盖分别与上支架和下支架连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的抗震支吊架智能监测系统，其特征在于：所述支座包括有U型弹片和高强度弹簧，所述U型弹片的上下端面设置有通孔，所述高强度弹簧设置在上、下通孔之间，所述第一支杆通过锚栓与支座连接，所述上支架通过锚栓与支座连接，锚栓穿过通孔打入楼板一端距离；所述U型弹片的上、下端面上对称设置有上、下挂钩，所述松动检测装置设置在上、下挂钩上。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的抗震支吊架智能监测系统，其特征在于：所述检测电路包括有电阻R1，电阻R1的第一端与电源VCC电连接，电阻R1的第二端与三极管Q1的基极电连接，三极管Q1的集电极与电阻R1的第一端电连接，三极管Q1的基极与电阻R3的第一端电连接，电阻R3的第二端与电阻R2的第一端电连接，电阻R2的第二端与电阻R1的第一端电连接，电阻R2的第二端与电阻R2的第一端之间并联有所述悬置导线，电阻R2的第二端与电阻R3的第一端之间并联有电容C1，三极管Q1的发射极与电阻R4的第一端电连接，电阻R4的第二端接地，电阻R4的第一端与单片机的采集端电连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的抗震支吊架智能监测系统，其特征在于：所述形变量检测装置包括有薄膜电阻和控制盒，两个形变量检测装置的所述薄膜电阻分别完全包裹第一支杆和巩固件的外表面，其控制盒分别设置在第一支杆和巩固件的一端，所述控制盒内设置有电源模块、控制模块、第二通信模块以及振动传感器，所述薄膜电阻输出端与控制模块的检测端电连接，所述第二通信模块、振动传感器和电源模块分别与控制模块电连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于物联网的抗震支吊架智能监测系统，其特征在于：所述薄膜电阻的等效电路为：电阻R11、电阻R12···电阻R1N依次串联组成电阻串，电阻串的首尾分别与控制模块电连接；每一个电阻的第一端和第二端并联有一根导线，导线的易断面的直径与支架的表面形变程度成正相关；当支架的形变超过设置阈值，薄膜电阻被撕裂，即导线折断，控制模块检测到电流信号进而判断支架损坏。

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