CN114518722A - 一种桥梁支座状态监测装置及方法 - Google Patents

一种桥梁支座状态监测装置及方法 Download PDF

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CN114518722A CN202210312790.1A CN202210312790A CN114518722A CN 114518722 A CN114518722 A CN 114518722A CN 202210312790 A CN202210312790 A CN 202210312790A CN 114518722 A CN114518722 A CN 114518722A
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高炜贺
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胡秉谊
李晓明
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Abstract

本发明公开了一种桥梁支座状态监测装置及方法，属于桥梁监测技术领域，其中装置包括：MCU处理器，以及分别与所述MCU处理器连接的模拟量输入模块、数字量输入模块、RS485输入通信模块、RS485输出通信模块，将接入RS485总线与上位机进行通信，将不同类型传感器采集到的桥梁支座数据转发给上位机，用于上位机后续的分析处理，降低劳动强度、有效保证数据缓存和异常数据上报，从而实现实时性良好的桥梁支座状态的监测。

Description

一种桥梁支座状态监测装置及方法
技术领域
本发明涉及桥梁监测技术领域，更具体的说是涉及一种桥梁支座状态监测装置及方法。
背景技术
桥梁建设工程中，工程结构设计、建造和施工的失误及工程材料的缺陷难以避免，为保证桥梁的安全性、延长桥梁使用寿命，桥梁健康状况监测格外重要。现如今桥梁监测通常采用人工定期监测或有线监测系统的方式。其中，基桩成孔检测技术可用于获取孔径、孔底沉渣、倾斜、深度等参数，静载检测技术可以检测包括挠度(结构)、沉降(支座以及桥台)、托工程度(结构)、裂缝(桥面)等各项指标。
然而，人工监测存在主观性强的问题，有些结果需要通过经验估计，降低了可靠性。并且人工检测频率存在限制，往往不能及时对桥梁损伤进行预警。除此以外，有线监测系统能够持续正常工作的时间较短。更重要的是，传统人工监测使用的设备成本较高、体积庞大，且需要封闭路面，干扰了正常的交通，且往往需要检测人员高空作业，存在极大安全隐患。因此，传统的桥梁参数监测方式不能满足实时监测桥梁健康状况并对损伤进行预警的需求。
同时，支座是梁和桥墩的连接部件，通过支座受力、偏转角和位移检测可感知桥梁静态和动态特征，并在此基础上对桥梁的健康状态进行监测。目前已有的方法通常是使用静态数据采集，即通过通信网络打包后发送给信息中心作为动态或离线分析使用。当桥梁低频(10Hz左右)动态特性变化时，如果采用动态分析，数据通信率将会产生几十倍增加，导致高昂的通信费用和后台大数据处理的负担。
因此，如何提供一种桥梁支座状态监测装置及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种桥梁支座状态监测装置及方法，以解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种桥梁支座状态监测装置，基于上位机以及用于采集桥梁支座状态的传感器，所述装置包括：
MCU处理器，以及分别与所述MCU处理器连接的模拟量输入模块、数字量输入模块、RS485输入通信模块、RS485输出通信模块；
其中，所述模拟量输入模块、所述数字量输入模块以及所述RS485输入通信模块分别与所述用于采集桥梁支座状态的传感器连接；
所述RS485输出通信模块与所述上位机连接。
优选的，外部RAM存储器，所述外部RAM存储器与所述MCU处理器连接。
优选的，所述外部RAM存储器型号为：CY62256-55SNC。
优选的，还包括：电源模块，所述电源模块分别与所述上位机、所述MCU处理器、所述模拟量输入模块、所述数字量输入模块、所述RS485输入通信模块以及所述外部RAM存储器连接。
优选的，所述MCU处理器型号为AVR128DA28。
优选的，所述RS485输入通信模块以及所述RS485输出通信模块型号为MAX485EESA。
优选的，所述模拟量输入模块包括：放大器，型号为LM358。
优选的，所述数字量输入模块包括：光耦合隔离器，型号为TLP521。
更优的，所述模拟量输入模块以及所述数字量输入模块的数量为一个或多个。
另一方面，本发明还提供了一种桥梁支座状态监测方法，所述方法包括以下步骤：
S100：接收通过所述传感器采集桥梁支座数据，基于采集的桥梁支座数据类型通过所述模拟量输入模块和/或所述数字量输入模块将桥梁支座数据发送至所述MCU处理器，并通过所述RS485输入通信模块利用点对点和/或组网方法将桥梁支座数据发送至所述MCU处理器；
S200：通过所述MCU处理器对桥梁支座数据进行处理，得到处理结果；
S300：通过所述RS485输出通信模块将处理结果发送至上位机；
S400：通过所述上位机对处理结果进行分析，得到桥梁支座状态监测结果。
优选的，所述S200通过所述MCU处理器对桥梁支座数据进行处理，得到处理结果，包括：
S210：通过所述外部RAM存储器对所述采集桥梁支座数据进行缓冲，并通过所述MCU处理器对缓冲区数据求均值，预先设定桥梁支座数据的正常范围阈值，将平均值与阈值比较，若超出范围，则判断采集的桥梁支座数据异常；
S220：通过所述MCU处理器检测采集的桥梁支座数据的上升和下降速度，对所述缓冲区数据求梯度，预先设定梯度范围阈值，若梯度超过梯度范围阈值，则判断采集的桥梁支座数据异常；
S230：发现采集的桥梁支座数据异常时，通过所述MCU处理器生成动态波形，并将动态波形发送至所述上位机。
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桥梁支座状态监测装置及方法，本发明装置起到信号采集和数据转发功能，将接入RS485总线与上位机进行通信，将不同类型传感器采集到的桥梁支座数据整合后发送给上位机，用于上位机后续的分析处理；同时，本发明方法采用分布式处理，在正常情况下只报告摘要数据，异常情况下报告全部数据。本发明装置在本地根据支座荷载情况分析相关指标，分析判别是否异常。而异常数据量占比很小，因此具有两个优势：低通信频带；根据支座、桥梁情况对异常进行实时捕捉，从而不会漏掉桥梁异常问题。因此，在没有增加大量数据流量的情况下，本发明在异常时可以做到对异常事件细节的捕捉。
具体有益效果为：
(1)本发明装置采集不同类型传感器数据，通过模拟量输入、数字量输入、RS-485输入的通信方式，并根据给定协议发送至上位机，起到数据采集网关的作用；
(2)本发明装置通过外部RAM存储器起到采集数据缓存作用；
(3)本发明装置通过数字量输入采用隔离设计，不会因外部设备电压异常而损坏，该设计提高了系统稳定性，同时降低了维护成本；
(4)本发明装置采用MCU微处理器，体积小巧，节约成本。同时在功耗和稳定性方面，相比传统PC和工业控制器具有显著优势；
(5)本发明装置在增加数据量忽略不计的情况下，传输动态及静态数据，并捕获异常；
(6)本发明装置通过分布式处理及时捕获异常，减轻中央处理器工作量和分析人员劳动强度。
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为本发明提供的桥梁支座状态监测装置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的桥梁支座状态监测方法流程示意图。
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。
参见附图1所示，一方面，本发明实施例公开了一种桥梁支座状态监测装置，基于上位机以及用于采集桥梁支座状态的传感器，装置包括：
MCU处理器，以及分别与MCU处理器连接的模拟量输入模块、数字量输入模块、RS485输入通信模块、RS485输出通信模块；
其中，模拟量输入模块、数字量输入模块以及RS485输入通信模块分别与用于采集桥梁支座状态的传感器连接；
RS485输出通信模块与上位机连接。
在一个具体实施例中，还包括：外部RAM存储器，外部RAM存储器与MCU处理器连接。
在一个具体实施例中，外部RAM存储器型号为：CY62256-55SNC。
在一个具体实施例中，还包括：电源模块，电源模块分别与上位机、MCU处理器、模拟量输入模块、数字量输入模块、RS485输入通信模块以及外部RAM存储器连接。
在一个具体实施例中，MCU处理器型号为AVR128DA28。
在一个具体实施例中，RS485输入通信模块以及RS485输出通信模块型号为MAX485EESA。
在一个具体实施例中，模拟量输入模块包括：放大器，型号为LM358。
在一个具体实施例中，数字量输入模块包括：光耦合隔离器，型号为TLP521。
更优的，模拟量输入模块以及数字量输入模块的数量为一个或多个。
另一方面，本发明实施例还公开了一种桥梁支座状态监测方法，方法包括以下步骤：
S100：接收通过传感器采集桥梁支座数据，基于采集的桥梁支座数据类型通过模拟量输入模块和/或数字量输入模块将桥梁支座数据发送至MCU处理器，并通过RS485输入通信模块利用点对点和/或组网方法将桥梁支座数据发送至MCU处理器；
S200：通过MCU处理器对桥梁支座数据进行处理，得到处理结果；
S300：通过RS485输出通信模块将处理结果发送至上位机；
S400：通过上位机对处理结果进行分析，得到桥梁支座状态监测结果。
在一个具体实施例中，S200通过MCU处理器对桥梁支座数据进行处理，得到处理结果，包括：
S210：通过外部RAM存储器对采集桥梁支座数据进行缓冲，并通过MCU处理器对缓冲区数据求均值，预先设定桥梁支座数据的正常范围阈值，将平均值与阈值比较，若超出范围，则判断采集的桥梁支座数据异常；
S220：通过MCU处理器检测采集的桥梁支座数据的上升和下降速度，对缓冲区数据求梯度，预先设定梯度范围阈值，若梯度超过梯度范围阈值，则判断采集的桥梁支座数据异常；
S230：发现采集的桥梁支座数据异常时，通过MCU处理器生成动态波形，并将动态波形发送至上位机。
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桥梁支座状态监测装置及方法，本发明装置起到信号采集和数据转发功能，可以接入RS485总线与上位机进行通信，将不同类型传感器采集到的桥梁支座数据整合后发送给上位机，用于上位机后续的分析处理；同时，本发明方法采用分布式处理，在正常情况下只报告摘要数据，异常情况下报告全部数据。本发明装置在本地根据支座荷载情况分析相关指标，分析判别是否异常。而异常数据量占比很小，因此具有两个优势：低通信频带；根据支座、桥梁情况对异常进行实时捕捉，从而不会漏掉桥梁异常问题。因此，在没有增加大量数据流量的情况下，本发明在异常时可以做到对异常事件细节的捕捉。
具体有益效果为：
(1)本发明装置采集不同类型传感器数据，通过模拟量输入、数字量输入、RS-485输入的通信方式，并根据给定协议发送至上位机，起到数据采集网关的作用；
(2)本发明装置通过外部RAM存储器起到采集数据缓存作用；
(3)本发明装置通过数字量输入采用隔离设计，不会因外部设备电压异常而损坏，该设计提高了系统稳定性，同时降低了维护成本；
(4)本发明装置采用MCU微处理器，体积小巧，节约成本。同时在功耗和稳定性方面，相比传统PC和工业控制器具有显著优势；
(5)本发明装置在增加数据量忽略不计的情况下，传输动态及静态数据，并捕获异常；
(6)本发明装置通过分布式处理及时捕获异常，减轻中央处理器工作量和分析人员劳动强度。
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 (10)

1.一种桥梁支座状态监测装置，基于上位机以及用于采集桥梁支座状态的传感器实现，其特征在于，所述装置包括：
MCU处理器，以及分别与所述MCU处理器连接的模拟量输入模块、数字量输入模块、RS485输入通信模块、RS485输出通信模块；
其中，所述模拟量输入模块、所述数字量输入模块以及所述RS485输入通信模块分别与所述用于采集桥梁支座状态的传感器连接；
所述RS485输出通信模块与所述上位机连接。
2.根据权利要求1所述的一种桥梁支座状态监测装置，其特征在于，还包括：外部RAM存储器，所述外部RAM存储器与所述MCU处理器连接。
3.根据权利要求2所述的一种桥梁支座状态监测装置，其特征在于，所述外部RAM存储器型号为：CY62256-55SNC。
4.根据权利要求2所述的一种桥梁支座状态监测装置，其特征在于，还包括：电源模块，所述电源模块分别与所述上位机、所述MCU处理器、所述模拟量输入模块、所述数字量输入模块、所述RS485输入通信模块以及所述外部RAM存储器连接。
5.根据权利要求1所述的一种桥梁支座状态监测装置，其特征在于，所述MCU处理器型号为AVR128DA28。
6.根据权利要求1所述的一种桥梁支座状态监测装置，其特征在于，所述RS485输入通信模块以及所述RS485输出通信模块型号为MAX485EESA。
7.根据权利要求1所述的一种桥梁支座状态监测装置，其特征在于，所述模拟量输入模块包括：放大器，型号为LM358。
8.根据权利要求1所述的一种桥梁支座状态监测装置，其特征在于，所述数字量输入模块包括：光耦合隔离器，型号为TLP521。
9.一种桥梁支座状态监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S100：接收通过所述传感器采集桥梁支座数据，基于采集的桥梁支座数据类型通过所述模拟量输入模块和/或所述数字量输入模块将桥梁支座数据发送至所述MCU处理器，并通过所述RS485输入通信模块利用点对点和/或组网方法将桥梁支座数据发送至所述MCU处理器；
S200：通过所述MCU处理器对桥梁支座数据进行处理，得到处理结果；
S300：通过所述RS485输出通信模块将处理结果发送至上位机；
S400：通过所述上位机对处理结果进行分析，得到桥梁支座状态监测结果。
10.根据权利要求9所述的一种桥梁支座状态监测方法，其特征在于，所述S200通过所述MCU处理器对桥梁支座数据进行处理，得到处理结果，包括：
S210：通过所述外部RAM存储器对所述采集桥梁支座数据进行缓冲，并通过所述MCU处理器对缓冲区数据求均值，预先设定桥梁支座数据的正常范围阈值，将平均值与阈值比较，若超出范围，则判断采集的桥梁支座数据异常；
S220：通过所述MCU处理器检测采集的桥梁支座数据的上升和下降速度，对所述缓冲区数据求梯度，预先设定梯度范围阈值，若梯度超过梯度范围阈值，则判断采集的桥梁支座数据异常；
S230：发现采集的桥梁支座数据异常时，通过所述MCU处理器生成动态波形，并将动态波形发送至所述上位机。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116718296A (zh) * 2023-05-31 2023-09-08 重庆大学 一种橡胶支座应力智能监控系统及设备

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