CN113251990A - 基于mems加速度计的形变监测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于MEMS加速度计的形变监测设备，包括一个或多个串联连接的检测节；所述检测节包括刚性传感节段、柔性关节和MEMS加速度计集成电路；所述刚性传感节段为中空管体，内部设置MEMS加速度计集成电路；所述刚性传感节段的一端设置柔性关节。可根据需要任意弯折，以适应特殊场景的监测，通过实时确定每个传感单元的空间形态，最终实现了对目标物体三维变形监测。
Description
技术领域
本发明型涉及自动化监测技术领域，特别是涉及一种基于MEMS加速度计的形变监测设备。
背景技术
建筑物在构建过程中，由于地下水位和大气温度变化、建筑物荷载和外力作用、地质和土壤性质不同等影响，导致建筑物发生垂直升降、水平位移、挠曲、倾斜等，统称为变形。
用仪器对建筑物的变形定期测量称为变形观测。变形观测分为内部观测和外部观测两个方面：外部变形观测的内容主要有沉降观测、位移观测、倾斜观测、裂缝观测和挠度观测等，所使用的设备有水准仪、全站仪、GPS、边坡雷达等。内部观测内容有建构筑物的内部应力、温度变化的测，动力特性及其加速度的测定等，所使用的仪器有VW沉降仪、固定沉降计、HD水平固定测斜仪等。但内部观测所使用的仪器安装复杂配件较多，传感器间距不固定，布设时不好把握，布设过多成本较高，太少则造成数据不准确引发事故。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种基于MEMS加速度计的形变监测设备；可根据需要任意弯折，以适应特殊场景的监测，可实现利用每个传感单元的空间形态，通过观测每个传感单元的当时的姿态，最终实现了对目标物体三维变形监测。
为了实现上述目的，本发明的一种基于MEMS加速度计的形变监测设备，包括一个或多个串联连接的检测节；所述检测节包括刚性传感节段、柔性关节和MEMS加速度计集成电路；所述刚性传感节段为中空管体，内部设置MEMS加速度计集成电路；所述刚性传感节段的一端设置柔性关节。
优选的，所述刚性传感节段呈圆柱形，所述柔性关节中间部分呈圆柱形。
在上述任意一项实施例中优选的，所述柔性关节首尾两端各有一个螺纹型圆柱，所述螺纹型圆柱用于连接并固定刚性传感节段。
在上述任意一项实施例中优选的，所述的柔性关节中间部分由内嵌钢丝网编制的增强橡胶软管制成。
在上述任意一项实施例中优选的，所述增强橡胶软管和螺纹型圆柱之间的一部分由316不锈钢包裹固定。
在上述任意一项实施例中优选的，所述的刚性传感节段由316不锈钢制成。
在上述任意一项实施例中优选的，所述MEMS加速度计集成电路呈长方形，且左右两侧各有一个弹性结构。
在上述任意一项实施例中优选的，所述MEMS加速度计集成电路，包括拼接在一起的主控板和副板。
在上述任意一项实施例中优选的，所述主控板包括主控模块以及分别与主控模块连接的通信模块、单轴加速器模块、磁力计模块和温湿度模块。
在上述任意一项实施例中优选的，所述副板上设有双轴加速度计，所述双轴加速度计与主控板上的主控模块连接。
本申请公开的基于MEMS加速度计的形变监测设备，相比于现有技术至少具有以下优点：
1、本申请提供的形变监测设备，将MEMS加速度计集成电路装入刚性传感节段中，利用刚性传感节段与柔性关节构成一个检测节，当需要测量较长设备的形变量时，可以根据需要将多个检测节串联，可根据需要任意弯折，利用多个检测节串联，本设备可以实时确定每个传感单元的空间形态，最终实现了对目标物体三维变形监测。
2、本申请提供的形变监测设备，柔性关节前后各有一个螺纹型圆柱，连接并固定刚性传感节段，提高了检测节的稳定性。
3、本申请提供的形变监测设备，柔性关节的中部采用钢丝网编制增强橡胶软管制成，前后两端的一部分被316不锈钢包裹并固定，提高了设备整体的强度。
4、本申请提供的形变监测设备，MEMS加速度计集成电路呈长方形，左右两侧各有一个弹性结构，便于安装进刚性传感节段。
附图说明
图1为本发明型实施例的整体结构图。
图2为本发明型实施例的柔性关节部位整体图。
图3为本发明型实施例的柔性关节部分的内部图。
图4为本发明型实施例的柔性关节部分的内部图。
图5为本发明型实施例的刚性传感节段图。
图6为本发明型实施例的MEMS加速度计集成电路。
图中：
1、刚性传感节段；2、柔性关节；3、MEMS加速度计集成电路；201、增强橡胶软管；202、螺纹型圆柱；301、主控模块；302、通信模块；303、单轴加速器模块；304、磁力计模块；305、温湿度模块；306、双轴加速度计。
具体实施方式
以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明一方面实施例提供的基于MEMS加速度计的形变监测设备，包括刚性传感节段1、柔性关节2、MEMS加速度计集成电路3。柔性关节2和一段刚性传感节段1组成一节，本设备由多节组成，一节长度为0.5m、1m、1.5m、2m等组成，具体长度根据具体需求定制。
由图2所示的柔性关节2，柔性关节2中间深色部分由钢丝网编制增强橡胶软管201制成，整体形状呈圆柱形，尺寸为外径15mm，内径8mm，钢丝网是内嵌并包裹着柔性关节2，用于提升柔性关节2结构的强度。前后两端有两个螺纹圆柱用于和刚性传感节段1连接，连接方式为顺时针方向旋转进入刚性传感节段1，螺纹圆柱一侧有一个由316不锈钢制成的六棱柱，便于柔性关节2和刚性传感节段1的连接，橡胶软管和六棱柱之间的部分也是由316不锈钢制成，外部的不锈钢包裹着橡胶软管，用于柔性关节2前后两端的连接和固定。
由图3所示的柔性关节2部分，图3的柔性关节2是图2提到的螺纹圆柱部分和橡胶软管部分之间部位，图3柔性关节2部分的部位是内部图，橡胶软管套入图3左侧有多个节段的部分，再用一段316不锈钢覆盖其表面，最后使用机器固定，固定后的图片如图2所示。
由图4所示的柔性关节2部分的内部图，是图2提到的六棱柱和橡胶软管之间用于固定并连接柔性关节2的不锈钢部分的切开部分图。由图5所示的刚性传感节段1，刚性传感节段1由316不锈钢制成，整体形状呈圆柱形，中心挖空，刚性传感节段1的尺寸为内径15mm，外径18mm。每一段刚性传感节段1内部都装有MEMS加速度计306电路板。
由图6所示的MEMS加速度计集成电路3，整体电路板呈长方形，左右两端各有一个弹性结构，其中一个弹性结构的对侧面有一点凸起，当设备装入刚性传感节段1时，弹性结构保证电路板在刚性传感节段1内部稳定不晃动，弹性结构对侧面凸起点保证电路板与刚性传感节段1保持平行。MEMS加速度计集成电路3分为主板和副板。主板由通信模块302、加速器模块303、磁力计模块304、温湿度模块305、主控模块301组成，副板只包括加速度传感器。主控模块301和通信模块302、加速器模块303、磁力计模块304、温湿度模块305、副板加速器计连接，加速器模块303、磁力计模块304、温湿度模块305采集数据传输给主控模块301处理，主控模块301处理完成后通过通信模块302传输给外部设备。
本申请提供的形变监测设备，将MEMS加速度计集成电路装入刚性传感节段中，利用刚性传感节段与柔性关节构成一个检测节，当需要测量较长设备的形变量时，可以根据需要将多个检测节串联，可根据需要任意弯折以适应特殊场景的监测，通过实时确定每个传感单元的空间形态，通过观测每个传感单元的当时的姿态，最终实现了对目标物体三维变形监测。每一节段都有装配有MEMS加速度计集成电路，外部连接有数据采集和处理设备，通过对电路中的MEMS加速度计的数据进行采集和解算，可测量出2D、3D形变及3D振动。
在进行检测时由于主板上设置了通信模块302、加速器模块303、磁力计模块304、温湿度模块305和主控模块301；加速器模块303、磁力计模块304、温湿度模块305将实时采集的被检测设备的形变；磁力计采集当时姿态；温湿度模块305采集被检测设备的温湿度值；并将采集的数据发送至主控模块，主控模块通过通信模型进行数据远传；其中主板上的加速器模块303采用单轴加速度计，副板上的加速器模块303为与单轴加速度计垂直的双轴加速度计。从而实现可以测量出2D、3D形变及3D振动。其中通信模块可以为WIFI模块，GPRS模块等；主控模块可以选用PIC系列ARM系列等多种嵌入式单片机，同理对于加速度模块、磁力计模块以及温湿度模块的型号，均可选用常用型号，即可实现本申请的功能，在此不再赘述。
显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种基于MEMS加速度计的形变监测设备，其特征在于，包括一个或多个串联连接的检测节；所述检测节包括刚性传感节段、柔性关节和MEMS加速度计集成电路；所述刚性传感节段为中空管体，内部设置MEMS加速度计集成电路；所述刚性传感节段的一端设置柔性关节。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS加速度计的形变监测设备，其特征在于，所述刚性传感节段呈圆柱形，所述柔性关节中间部分呈圆柱形。
3.根据权利要求2所述的基于MEMS加速度计的形变监测设备，其特征在于，所述柔性关节首尾两端各有一个螺纹型圆柱，所述螺纹型圆柱用于连接并固定刚性传感节段。
4.根据权利要求3所述的一种基于MEMS加速度计的形变监测设备，其特征在于：所述的柔性关节中间部分由内嵌钢丝网编制的增强橡胶软管制成。
5.根据权利要求4所述的一种基于MEMS加速度计的形变监测设备，其特征在于：所述增强橡胶软管和螺纹型圆柱之间的一部分由316不锈钢包裹固定。
6.根据权利要求1所述的一种基于MEMS加速度计的形变监测设备，其特征在于：所述的刚性传感节段由316不锈钢制成。
7.根据权利要求1所述的基于MEMS加速度计的形变监测设备，其特征在于，所述MEMS加速度计集成电路呈长方形，且左右两侧各有一个弹性结构。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种基于MEMS加速度计的形变监测设备，其特征在于：所述MEMS加速度计集成电路，包括拼接在一起的主控板和副板。
9.根据权利要求8所述的一种基于MEMS加速度计的形变监测设备，其特征在于：所述主控板包括主控模块以及分别与主控模块连接的通信模块、单轴加速器模块、磁力计模块和温湿度模块。
10.根据权利要求9所述的一种基于MEMS加速度计的形变监测设备，其特征在于：所述副板上设有双轴加速度计，双轴加速度计与主控板上的主控模块连接。
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