CN114235032A - 一种支柱监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种支柱监测系统，涉及支柱监测技术领域。该系统包括处理器、无线收发单元、加速度传感器及陀螺仪，处理器与无线收发单元、加速度传感器及陀螺仪分别电连接。加速度传感器的任意一个工作轴线与第一方向垂直，用于采集支柱的位移状态和动态响应；陀螺仪的轴线与第一方向平行，用于采集支柱的倾斜角度；处理器用于获取位移状态、动态响应及倾斜角度，并通过无线收发单元将位移状态、动态响应及倾斜角度传输给电子设备。通过加速度传感器和陀螺仪实时监测支柱的位移状态、动态响应以及倾斜角度，可以实时监测支柱的运行状态，保证环境安全及其服务功能的可用性。

Description

一种支柱监测系统

技术领域

本发明涉及支柱监测技术领域，具体而言，涉及一种支柱监测 系统。

背景技术

随着社会的不断发展，公共设施也越来越完善。城市建设中， 常常需要使用工程支撑结构。工程支撑结构可以包括电气化铁路接 触网支柱、市政灯杆、通信基站塔架、电力铁塔等支柱结构。

支柱是否正常会影响其服务场景的功能及该支柱附近的安全。 例如，2012年7月3日，焦线北板桥站至东元庆站间上行线 K318+576m处发生承力索断线，断线后承力索与区间运行的货物列 车发生刮碰缠绕，导致3根接触网支柱被列车拉断塌网，中断上行 线行车，经要点处理，于20时47分恢复上下行供电及行车，事故 影响北板桥站至东元庆站间上行线行车4h7min，影响下行线行车 3h33min。又例如，2016年9月15日，第14号台风“莫兰蒂”造 成了杏林跨海特大桥上200多根接触网支柱倾斜、倒伏，90组硬横 梁垮塌；该事故引起铁路行车中断数天，现场大量的接触网设备抢 险、复旧工作持续长达一个多月，造成了大量的人力、物力和财力 的损失。

可见，如何实现支柱环境和支柱本体的监测、提前预知其正常 状态的变化，需要解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种支柱监测系统，用于实时检测支柱 参数，可以实时监测支柱的运行状态，保证支柱结构本身和环境安 全运行。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

本发明实施例提供了一种支柱监测系统，支柱监测系统包括： 处理器、无线收发单元、加速度传感器及陀螺仪，处理器与无线收 发单元、加速度传感器及陀螺仪分别电连接；

加速度传感器的任意一个工作轴线与第一方向垂直，用于采集 支柱的位移状态和动态响应；其中，动态响应用于指示支柱的振动 频率，位移状态用于指示支柱在第二方向上的振动位移，第一方向 与第二方向垂直；

陀螺仪的轴线与第一方向平行，用于采集支柱的倾斜角度；

处理器用于获取位移状态、动态响应及倾斜角度，并通过无线 收发单元将位移状态、动态响应及倾斜角度传输给电子设备。

在一种可选的实施方式中，支柱监测系统还包括外壳，外壳设 置有开口，处理器、无线收发单元、加速度传感器及陀螺仪均通过 开口设置于外壳内。

在一种可选的实施方式中，支柱监测系统还包括盖体，盖体覆 盖于开口上。

在一种可选的实施方式中，外壳及盖体均采用防水材料制成。

在一种可选的实施方式中，支柱监测系统还包括第一温度传感 器，第一温度传感器设置于外壳外，第一温度传感器与处理器电连 接；

第一温度传感器用于采集支柱的表面温度。

在一种可选的实施方式中，支柱监测系统还包括第二温度传感 器，第二温度传感器设置于外壳外，第二温度传感器与处理器电连 接；

第二温度传感器用于采集支柱的内部温度。

在一种可选的实施方式中，支柱监测系统还包括湿度传感器， 湿度传感器设置于外壳外，湿度传感器与处理器电连接；

湿度传感器用于采集环境湿度。

在一种可选的实施方式中，加速度传感器用于在预设时刻检测 支柱是否存在振动，并持续检测位移状态和动态响应；

加速度传感器还用于在未检测到位移状态和动态响应的预设 时长后进入休眠状态。

在一种可选的实施方式中，陀螺仪用于在加速度传感器检测到 支柱存在振动时，采集支柱的倾斜角度，并在检测到一次倾斜角度 后进入休眠状态。

在一种可选的实施方式中，处理器、无线收发单元、加速度传 感器及陀螺仪均集成于电路板。

本发明实施例提供的支柱监测系统，该系统包括处理器、无线 收发单元、加速度传感器及陀螺仪，处理器与无线收发单元、加速 度传感器及陀螺仪分别电连接。加速度传感器的任意一个工作轴线 与第一方向垂直，用于采集支柱的位移状态和动态响应；其中，动 态响应用于指示支柱的振动频率，位移状态用于指示支柱在第二方 向上的振动位移，第一方向与第二方向垂直；陀螺仪的轴线与第一 方向平行，用于采集支柱的倾斜角度；处理器用于获取位移状态、 动态响应及倾斜角度，并通过无线收发单元将位移状态、动态响应 及倾斜角度传输给电子设备。通过加速度传感器和陀螺仪实时监测 支柱的位移状态、动态响应以及倾斜角度，可以实时监测支柱的运 行状态，保证支柱结构本身和环境安全运行及其服务功能的可用性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举 较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例 中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了 本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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 这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的支柱监测系统在支柱上的一种 安装位置；

图2示出了本发明实施例提供的支柱监测系统在支柱上的另一 种安装位置；

图3示出了本发明实施例提供的支柱监测系统在支柱上的又一 种安装位置；

图4示出了本发明实施例提供的支柱监测系统的一种结构示意 图；

图5示出了本发明实施例提供的支柱监测系统的电路结构框图；

图6示出了本发明实施例提供的支柱监测系统的另一种结构示 意图；

图标：100-支柱；200-支柱监测系统；210-外壳；212-固定件； 220-盖体；230-处理器；240-存储单元；250-无线收发单元；260- 加速度传感器；270-陀螺仪；280-第一温度传感器；290-第二温度 传感器；310-湿度传感器；320-锁定装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出 的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此， 以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制 要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基 于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提 下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因 此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对 其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、 “第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本申请实施例提供一种支柱监测系统200，用于实时检测支柱 100参数。需要说明的是，本申请实施例所述的支柱100可以为常 用的工程支撑结构，例如，电气化铁路接触网支柱100、市政灯杆、 通信基站塔架、电力铁塔、路灯杆、信号塔等细长或高耸的立柱结 构。

请参阅图1～图3，分别示出了支柱监测系统200在支柱100上 的安装位置。示例性的，如图1所示，支柱监测系统200可以位于 支柱100的顶部。如图2所示，支柱100上可以开设有凹槽，支柱 监测系统200可以设置于该凹槽内。如此，可以利用该凹槽为支柱 监测系统200遮风挡雨。如图3所示，支柱监测系统200也可以设 置于支柱100的侧表面。换句话说，支柱监测系统200的位置可以 根据实际需求进行设置，在此不做具体限制。

请参阅图4，为申请实施例提供的支柱监测系统200的结构示 意图。该支柱监测系统200包括外壳110及盖体220。其中，该外 壳110设置有开口，盖体220覆盖于开口上。

请参阅图5，为本申请实施例提供的支柱监测系统200的电路 结构框图。该支柱监测系统200还包括：处理器230、存储单元240、 无线收发单元250、加速度传感器260、陀螺仪270、第一温度传感 器280、第二温度传感器290及湿度传感器310。其中，处理器230 与存储单元240、无线收发单元250、加速度传感器260、陀螺仪 270、第一温度传感器280、第二温度传感器290及湿度传感器310 分别电连接。

其中，外壳110用于容纳处理器230、存储单元240、无线收 发单元250、加速度传感器260及陀螺仪270。外壳110还用于安 装第一温度传感器280、第二温度传感器290及湿度传感器310。 也即，处理器230、无线收发单元250、加速度传感器260及陀螺 仪270均通过该开口设置于外壳110内，第一温度传感器280、第 二温度传感器290及湿度传感器310均设置于外壳110的外侧。

可以理解地，通过设置外壳110及盖体220，可以避免处理器 230、无线收发单元250、加速度传感器260及陀螺仪270等电器元 件直接接触外界的暴晒、雨淋等，可以有效延长处理器230、无线 收发单元250、加速度传感器260及陀螺仪270等电器元件的使用 寿命。

在一种可选的实施方式中，该盖体220的面积可以大于该开口 的面积，从而避免盖体220过小而无法防水。或者，在盖体220和 外壳110的接触边缘涂覆有硅胶或凡士林等密封材料，从而进一步 达到防水的效果。

在一种可选的实施方式中，该盖体220及外壳110均采用防水 材料制成。如此，可以避免雨水渗透进入外壳110内，避免外壳110 内的元器件出现因进水短路的问题。

在一种可选的实施方式中，外壳110与盖体220形成的壳体可 以呈圆柱体。其中，该圆柱体的直径约50mm，高约15mm。可见， 该外壳110与盖体220形成的壳体的体积较小，并不会过多占用支 柱100的空间，也可以避免给支柱100造成过大的负担。当然，在 其他实施方式中，该壳体也可以为其他形状，如立方体、圆台等。

此外，该外壳110与盖体220可拆卸连接。示例性的，如图6 所示。外壳110与盖体220可以由一个可旋转开锁的锁定装置320 固定合并。该锁定装置320处于锁定状态时，盖体220处于第一状 态，覆盖于该开口上；锁定装置320未处于锁定状态时，盖体220 可以在用户的操作下切换至第二状态，从而使得该盖体220未能遮 挡该开口。

此外，外壳110上可以开设有安装孔，该安装孔的位置可以根 据支柱监测系统200的安装位置进行设置。其中，该安装孔用于与 固定件212配合，以便将支柱100检测装置安装于支柱100上。示 例性的，若外壳110按如图1所示的方式，支柱监测系统200设置 于支柱100的顶部，则该安装孔可以设置于外壳110的底部。若外 壳110按如图2所示的方式，支柱监测系统200设置于支柱100的 凹槽内，则该安装孔可以设置于外壳110的底部。若外壳110按如 图3所示的方式，支柱监测系统200设置于支柱100的侧表面，则 该安装孔可以设置于外壳110的侧面。

在一种可选的实施方式中，该安装件可以为螺钉、螺栓等器件。 可以理解地，该外壳110可以通过螺钉等固定件212与支柱100可 拆卸连接，便于维修人员拆装、检修。

加速度传感器260的任意一个工作轴线与第一方向垂直，用于 采集支柱100的位移状态和动态响应；其中，动态响应用于指示支 柱100的振动频率，位移状态用于指示支柱100在第二方向上的振 动位移，第一方向与第二方向垂直。

示例性的，该加速度传感器260可以为3轴加速度传感器260、 6轴加速度传感器260等。该第一方向可以指示支柱100轴线方向， 该第二方向即为支柱100横截面所在的方向。如此，该加速度传感 器260可以测试支柱100的振动频率以及柱顶沿横向的振动位移，即支柱100的位移状态和动态响应。可以理解地，该支柱100的位 移状态和动态响应可用于反应支柱100是否发生振动。

需要说明的是，考虑到加速度传感器260是耗电器材，应控制 其工作频率和工作功率。进一步的，考虑到支柱100并非全天候都 会发生振动，而是仅在有大风吹动或外物偶然撞击情况下才会发生 支柱100柱体振动，因此加速度传感器260不必全天候24h处于工作状态。如此，可以将加速度传感器260设置为休眠/唤醒重复交替 的工作模式。其中，加速度传感器260处于休眠状态时，无须采集 信号，消耗的电量较低；加速度传感器260处于唤醒状态时，可以 持续采集支柱100的位移状态和动态响应，消耗的电量较高。

由此，在一种可选的实施方式中，加速度传感器260用于在预 设时刻检测支柱100是否存在振动，并持续检测位移状态和动态响 应。加速度传感器260还用于在未检测到位移状态和动态响应的预 设时长后进入休眠状态。

其中，预设时刻为支柱100所在具体环境可能发生振动的时刻， 该预设时长可以为支柱100实际可能发生振动的时长。如此，若在 预设时刻监测到支柱100振动，则加速度传感器260立即进入持续 工作状态，直到振动结束进入静止一定时间段后，加速度传感器260 再次进入休眠状态，减小其用电功耗。

陀螺仪270的轴线与第一方向平行，用于采集支柱100的倾斜 角度。可以理解地，该倾斜角度可以反映支柱100的倾斜程度。倾 斜角度越大，则支柱100的倾斜程度越高，支柱100倾斜的概率越 大。

同样地，陀螺仪270作为耗电器材，同样可以控制其工作频率 和工作功率。进一步的，考虑到支柱100倾斜一般发生在支柱100 振动之后，或经历一个缓慢且长期的倾斜过程，因此陀螺仪270的 工作频率可以比加速度传感器260更低，其休眠时长可以比加速度传感器260的休眠时长更长。

如此，在一种可选的实施方式中，陀螺仪270用于在加速度传 感器260检测到支柱100存在振动时，采集支柱100的倾斜角度， 并在检测到一次倾斜角度后进入休眠状态。从而，在陀螺仪270被 唤醒之后无论监测到的数据是什么情况，都会在获得检测数据(即 倾斜角度)后立即进入休眠状态，而不会进入长时间的持续唤醒工 作状态。这样既可以在支柱100振动后检测其柱体是否回到原位， 即倾斜与否，又能有效降低其功耗。

第一温度传感器280设置于外壳110外，第一温度传感器280 与处理器230电连接，用于采集支柱100的表面温度。

需要说明的是，所述第一温度传感器280的安装位置以测试支 柱100表面的支柱100的表面温度为原则。考虑到直接将第一温度 传感器280裸露于空气中，容易受到太阳辐射的影响，从而影响第 一温度传感器280采集到的数据。在一种可选的实施方式中，支柱监测系统200还可以包括遮挡组件，该遮挡组件可以与外壳110独 立设置，也可以通过连接件与外壳110连接，第一温度传感器280 设置于该遮挡组件内，确保第一温度传感器280所测温度为支柱100 所处的支柱100的表面温度。

第二温度传感器290设置于外壳110外，第二温度传感器290 与处理器230电连接，用于采集支柱100的内部温度。还需要说明 的是，该第二温度传感器290可以设置于支柱100内。在一种可选 的实施方式中，该第二温度传感器290到支柱100顶面的距离与第 二温度传感器290到支柱100侧面的距离可以相同，从而可以使得 测量得到的支柱100的温度更加准确。

可以理解地，通过采集支柱100周围的支柱100的表面温度以 及支柱100的温度，可以确定支柱100是否存在较大的温差。避免 支柱100因支柱100的表面温度突变(如晴天突降暴雨)所引起的 支柱100内部和表面的较大温差，温差达到一定范围而引起的支柱100本体开裂的问题。

湿度传感器310设置于外壳110外，湿度传感器310与处理器 230电连接，用于采集环境湿度。湿度传感器310安装以测试支柱100表面空气环境湿度为原则，湿度传感器310可考虑与第一温度 传感器280共同安装，但保证其正常测试且互不影响测试所需真实 数据。

处理器230用于获取位移状态、动态响应、倾斜角度、支柱100 的表面温度及内部温度，并通过无线收发单元250将位移状态、动 态响应、倾斜角度、支柱100的表面温度及内部温度传输给电子设 备。可以理解地，通过采集位移状态、动态响应及倾斜角度，可以 确定支柱100是否发生振动，以及在发生振动后是否回到原位，从 而确定支柱100是否存在倾斜的风险。此外，处理器230还可以根 据支柱100的表面温度及内部温度，确定该支柱的内外温差，以确 定支柱是否存在开裂的风险。

需要说明的是，处理器230还可以将位移状态、动态响应、倾 斜角度、支柱100的表面温度及内部温度传输至存储单元240，由 存储单元240进行存储。

还需要说明的是，该电子设备可以为服务器、移动终端(如手 机、电脑等)等设备，也可以为另一个支柱监测系统。在一种可能 的设计中，无线收发单元可以将其接受到的位移状态、动态响应、 倾斜角度、表面温度及内部温度等信息发送给另一个支柱监测系统 的无线收发单元(如第二无线收发单元)，并通过该第二无线收发 单元将位移状态、动态响应、倾斜角度、表面温度及内部温度等信 息转发至服务器、移动终端等设备，由服务器、移动终端等设备进 行处理。

在一种可选的实施方式中，该支柱监测系统200还可以设置有 外置天线。其中，外置天线可以与无线收发单元250配合，实现信 号的收发。如此，该外壳110还需要开设有通孔，该通孔可供连接 外置天线的连接线穿过。还需要注意的是，该通孔需要进行防水处理。其中，进行防水处理的方式包括但不仅限于，在通孔上涂抹硅 胶或凡士林等防水材料。

还需要说明的是，所述无线收发单元250和处理器230无需特 定安装位置及方向，安装以合理安排容器内可用空间、电路合理安 排和不影响传感器工作为原则。此外，外置天线的型号选择和安装 主要以通信流畅、通信中不发生或减少数据丢失为原则。

在一种可选的实施方式中，支柱监测系统200还可以包括电源。 该电源的类型可以由其安装的支柱100所决定。若支柱100有民用 电系统，则该电源可以直接为外部供电电源；否则，电源可以为储 能电池。

在一种可选的实施方式中，处理器230、无线收发单元250、 加速度传感器260及陀螺仪270均集成于电路板，该电路板设置于 外壳110内。

综上所述，本申请实施例提供的支柱监测系统，包括处理器、 无线收发单元、加速度传感器及陀螺仪，处理器与无线收发单元、 加速度传感器及陀螺仪分别电连接。加速度传感器的任意一个工作 轴线与第一方向垂直，用于采集支柱的位移状态和动态响应；陀螺仪的轴线与第一方向平行，用于采集支柱的倾斜角度；处理器用于 获取位移状态、动态响应及倾斜角度，并通过无线收发单元将位移 状态、动态响应及倾斜角度传输给电子设备。可见，无论是在社会 层面，还是在每一根支柱具体的服务功能的基础上，让大量的支柱 集成支柱监测系统，可以提前预测支柱是否可能出现事故，避免“事 故后知”的问题，保证支柱结构本身和环境安全运行及其服务功能 的可用性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语 仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不 一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系 或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵 盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品 或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素， 或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在 没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的 相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母 在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定 义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种支柱监测系统，其特征在于，所述支柱监测系统包括：处理器、无线收发单元、加速度传感器及陀螺仪，所述处理器与所述无线收发单元、所述加速度传感器及所述陀螺仪分别电连接；

所述加速度传感器的任意一个工作轴线与第一方向垂直，用于采集支柱的位移状态和动态响应；其中，所述动态响应用于指示所述支柱的振动频率，所述位移状态用于指示所述支柱在第二方向上的振动位移，所述第一方向与所述第二方向垂直；

所述陀螺仪的轴线与所述第一方向平行，用于采集所述支柱的倾斜角度；

所述处理器用于获取所述位移状态、所述动态响应及所述倾斜角度，并通过所述无线收发单元将所述位移状态、所述动态响应及所述倾斜角度传输给电子设备。

2.根据权利要求1所述的支柱监测系统，其特征在于，所述支柱监测系统还包括外壳，所述外壳设置有开口，所述处理器、所述无线收发单元、所述加速度传感器及所述陀螺仪均通过所述开口设置于所述外壳内。

3.根据权利要求2所述的支柱监测系统，其特征在于，所述支柱监测系统还包括盖体，所述盖体覆盖于所述开口上。

4.根据权利要求3所述的支柱监测系统，其特征在于，所述外壳及所述盖体均采用防水材料制成。

5.根据权利要求2所述的支柱监测系统，其特征在于，所述支柱监测系统还包括第一温度传感器，所述第一温度传感器设置于所述外壳外，所述第一温度传感器与所述处理器电连接；

所述第一温度传感器用于采集支柱的表面温度。

6.根据权利要求2所述的支柱监测系统，其特征在于，所述支柱监测系统还包括第二温度传感器，所述第二温度传感器设置于所述外壳外，所述第二温度传感器与所述处理器电连接；

所述第二温度传感器用于采集所述支柱的内部温度。

7.根据权利要求2所述的支柱监测系统，其特征在于，所述支柱监测系统还包括湿度传感器，所述湿度传感器设置于所述外壳外，所述湿度传感器与所述处理器电连接；

所述湿度传感器用于采集环境湿度。

8.根据权利要求1所述的支柱监测系统，其特征在于，所述加速度传感器用于在预设时刻检测所述支柱是否存在振动，并持续检测所述位移状态和所述动态响应；

所述加速度传感器还用于在未检测到所述位移状态和所述动态响应的预设时长后进入休眠状态。

9.根据权利要求8所述的支柱监测系统，其特征在于，所述陀螺仪用于在所述加速度传感器检测到所述支柱存在振动时，采集所述支柱的倾斜角度，并在检测到一次所述倾斜角度后进入休眠状态。

10.根据权利要求1所述的支柱监测系统，其特征在于，所述处理器、所述无线收发单元、所述加速度传感器及所述陀螺仪均集成于电路板。

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