CN114234824B - 一种用于金属屋面故障监测的智能支座系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于金属屋面故障监测的智能支座系统，包括：支座，支座上连接的一体化装载架和终端服务器；一体化装载架上设置有数据采集单元、数据处理单元及数据传输单元，数据采集单元包括两组激光测距传感器及角度传感器，一组激光测距传感器用于测量一体化装载架水平端面与支座上部金属屋面咬合处的距离；另一组激光测距传感器用于测量一体化装载架与支座两侧金属屋面的距离；角度传感器用于检测支座的旋转角度；数据处理器对数据采集单元采集的数据进行数据格式转换，将转换好的数据通过数据传输单元传输给终端服务器；本发明能够精确地监控、诊断、预测金属屋面结构在复杂天气中的真实运行状态和结构故障。

Description

一种用于金属屋面故障监测的智能支座系统

技术领域

本发明涉及故障监测技术领域，更具体的说是涉及一种用于金属屋面故障监测的智能支座系统。

背景技术

金属屋面从20世纪70年代末在我国开始应用，经过30多年的发展，目前已广泛地应用于各种工业、商业和民用建筑中，已成为建筑中非常重要和必要的组成部分。虽然金属板屋面在我国得到广泛的应用，但使用状况不太理想，尤其是一些扣合、咬合形式等隐藏式固定的压型金属板屋面系统，由于技术细节考虑不周、质量控制欠缺等原因，建成后的许多金属屋面工程存在问题，包括抗风能力不够、发生重大火灾事故、漏水、热工性能差等。在众多安全隐患中，因为金属屋面的一些结构特点，目前已发生许多安全问题，例如因金属屋面属于轻型围护结构体系，各构件通过机械连接、固定，对外部荷载作用敏感，当承受较大荷载作用时，容易出现构件或连接失效。

国内金属屋面工程出现的结构问题主要有遭受大雪时受损或压塌、遭遇大风时屋面板被风掀起等；同时，在风荷载作用下，金属屋面对外部荷载作用的结构敏感性表现得更为明显。遭遇大风时，风引起的强大吸力及其脉动效应和因屋面结构的柔性而引起的风振等所致屋面系统在风荷载作用下的动力效应常会对屋面系统产生很强的破坏作用。

金属屋面上边的支座在一些特定应用场合下会存在金属屋面塑性变形、螺栓松动和疲劳效应等问题，使金属屋面系统的抗风揭、风掀性能下降所存在的安全隐患，我们需要考虑在支座上安装可监测的相关系统，对屋面的情况进行实时监测，通过数据的分析，能够迅速反映屋面的破损程度，屋面上方与抗风揭咬合处的松紧以及支座固定螺栓的松动情况。

而目前现有的一些压电传感器的使用，虽然能够反映螺栓松动等情况，但是无法实时反映出上端屋面与抗风揭咬合处的情况，致使有很多情况下，已经发生了屋面的脱落，但是无法第一时间得到失效信息，一旦发现，已经发生了较为严重的后果，大大降低了维修效率。

为了更加精准的实时监测屋面的情况，满足一旦发生屋面破损以及螺栓松动等问题，就能够第一时间通过数据反映失效状态的要求，我们现在考虑在支座上安装相关的监测系统，通过这一套系统实现实时监测的需求，以便在大风，大雪等容易发生屋面松动的恶劣环境下，能够做到及时的故障监测，从而大大提高维修的效率，并且能够降低整个工程的修复成本，提高屋面的安全性。

因此，如何对金属屋面进行及时精准监测，提供一种用于金属屋面故障监测的智能支座系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于金属屋面故障监测的智能支座系统对金属屋面进行精准监测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于金属屋面故障监测的智能支座系统，支座，支座上连接的一体化装载架和终端服务器；

所述一体化装载架上设置有数据采集单元、数据处理单元及数据传输单元；所述数据采集单元包括激光测距传感器及角度传感器，所述激光测距传感器包括两组，一组设置在一体化装载架的水平端面，用于测量一体化装载架水平端面与支座上部金属屋面咬合处的距离；另一组设置在一体化装载架的侧壁，用于测量一体化装载架侧壁与支座两侧金属屋面的距离；

所述角度传感器用于检测支座的旋转角度；

所述数据处理器对所述数据采集单元采集的数据进行数据格式转换，将转换好的数据通过一个通信接口传输给数据传输单元；

所述数据传输单元根据设定的通信协议将数据传输给所述终端服务器。

优选的，所述数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元集成在一张电路板上。

优选的，所述数据传输单元包括无线数据通信模块。

优选的，所述终端服务器包括上位机，所述上位机包括数据显示单元与判断预警单元。

优选的，当数据超出设置的阈值，所述判断预警单元产生预警信息并传输给移动客户端。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种用于金属屋面故障监测的智能支座系统，具有以下有益效果。

1、本发明使用多传感器构成的数据采集单元，大大提升可监测范围，针对金属屋面结构，设置了两组测距传感器，分别用来监测上端两边的咬合处以及侧边的脱落情况，直接点对点反映屋面的结构变化，同时角度传感器的使用可以有效监测支座的旋转角度，从而判断固定支座和金属屋面的螺栓是否松动，防止因螺栓松动导致支座不稳定造成屋面松动掀起等事故。

2、本发明将数据处理单元和数据传输单元以及所需要的电源模块集成在一张电路板上，方便安装，节省空间，另外本发明将电路板固定在装载架上，并可以通过螺栓将装载架固定在支座上，与支座形成一体化，这可以大大提升生产的便捷性，同时与支座形成一体化结构可以使测量结果更加准确，不需要进行等效变换，能够直接反映屋面与支座的连接情况，并且及时将数据按照协议模式处理并传输至终端服务器；

3、本发明将多传感器传送的数据进行统一处理，按照规定协议进行传输，无线透传模块能够实现数据的传输，不改变任何数据输出格式且能够保证传输速率，方便与服务器之间的连通。

4、通过终端服务器对整个屋面系统的安全性能进行实时监测，直接从上位机界面上能够看到具体的故障报警的传感器以及相关屋面的情况。

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，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的数据采集单元测量原理示意图。

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。

本发明实施例公开了一种用于金属屋面故障监测的智能支座系统，如图1、图2所示，包括：支座101，支座101上连接的一体化装载架102和终端服务器，一体化装载架102上设置有数据采集单元、数据处理单元及数据传输单元；

其中，数据采集单元包括激光测距传感器及角度传感器，激光测距传感器分为两组，每组两个，第一组水平激光测距传感器1设置在一体化装载架102的水平端面，用于测量一体化装载架102的水平端面和支座101上部金属屋面咬合处3的距离；第二组竖直激光测距传感器2设置在一体化装载架102的侧壁，用于测量一体化装载架102的侧壁与支座101两侧金属屋面5的距离；

角度传感器4设置在一体化装载架102的水平端面上，用于检测支座101的旋转角度，螺栓安装在支座101的安装孔103上，当螺栓发生松动，支座101会产生旋转，进而带动固定在支座上的金属屋面产生松动，角度传感器4能够监测出支座整体旋转角度从而判断出固定支座101的螺栓是否发生松动。

数据处理器对数据采集单元采集的数据，数据采集单元采集的数据包括水平激光测距传感器1采集的一体化装载架102的水平端面和支座101上部金属屋面咬合处3的距离数据、竖直激光测距传感器2采集的一体化装载架102的侧壁与支座101两侧金属屋面5的距离以及角度传感器4采集的角度数据，数据处理器首先对采集的数据进行数据格式转换，将采集的数据转换为统一的数据格式后通过一个通信接口传输给数据传输单元；

数据传输单元根据设定的通信协议将数据传输给终端服务器，终端服务器对传输的数据进行进一步的处理，根据传输的数据建立金属屋面支座模型，根据金属屋面支座模型实时监测支座101与支座101固定的金属屋面的连接情况。

一体化装载架水平端面的两个激光测距传感器用来测量屋面与抗风揭的两边咬合情况，该位置正对上端咬合处，当测定的屋面上端咬合处出现4cm的波动后，上端咬合松动，会发生屋面与抗风揭咬合不牢脱落的现象，将当上方咬合处出现4cm松动后对应的水平传感器的测量值设定为报警阈值，一旦该部位的测量值超过该值，则对应的状态为上端咬合处松动；竖直放置的两个传感器主要用来监侧边屋面的波动，用来反映屋面是否被掀开，一旦发生咬合松动或是被风掀的情况，侧边屋面会发生大范围波动，可以通过前期试验，测得安全的距离值，即测试屋面掀开对应的距离值，将其设定为侧边两个传感器的监测阈值，一旦在实际工作中，竖直两个传感器所测数据超出该范围，则进入事故预警状态；而三轴角度传感器主要是用来监测支座螺栓是否发生松动，其位置就水平放置，一旦发生支座螺栓松动，会带动整个支座发生旋转，水平面所测得的角度值会发生变化，前期通过设定正常状态下的角度测量值为标准，通过数据分析，得出角度传感器的阈值，在实际工作中，当角度传感器数据发生波动，则可表明螺栓发生了松动，需要工作人员进行加固，避免发生屋面掀起的现象。

为了进一步优化上述技术方案，数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元集成在一张电路板上，并固定在一体化装载架上。

为了进一步优化上述技术方案，所述数据传输单元包括无线数据通信模块，数据传输单元通过无线通信方式将数据传输给终端服务器。

为了进一步优化上述技术方案，所述终端服务器包括上位机，所述上位机包括数据显示单元与判断预警单元。当数据超出设置的阈值，所述判断预警单元产生预警信息并传输给移动客户端。

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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种用于金属屋面故障监测的智能支座系统，其特征在于，包括：支座，支座上连接的一体化装载架和终端服务器；

所述一体化装载架上设置有数据采集单元、数据处理单元及数据传输单元；所述数据采集单元包括激光测距传感器及角度传感器，所述激光测距传感器包括两组，一组设置在一体化装载架的水平端面，用于测量一体化装载架水平端面与支座上部金属屋面咬合处的距离；另一组设置在一体化装载架的侧壁，用于测量一体化装载架侧壁与支座两侧金属屋面的距离；

所述角度传感器用于检测支座的旋转角度；

数据处理器对所述数据采集单元采集的数据进行数据格式转换，将转换好的数据通过一个通信接口传输给数据传输单元；

所述数据传输单元根据设定的通信协议将数据传输给所述终端服务器；

所述数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元集成在一张电路板上。

2.根据权利要求1所述的用于金属屋面故障监测的智能支座系统，其特征在于，所述数据传输单元包括无线数据通信模块。

3.根据权利要求1所述的用于金属屋面故障监测的智能支座系统，其特征在于，所述终端服务器包括上位机，所述上位机包括数据显示单元与判断预警单元。

4.根据权利要求3所述的用于金属屋面故障监测的智能支座系统，其特征在于，当数据超出设置的阈值，所述判断预警单元产生预警信息并传输给移动客户端。

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