CN115235413A - 基于mems的一体式变形感知监测装置 - Google Patents

基于mems的一体式变形感知监测装置 Download PDF

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CN115235413A CN202211037437.3A CN202211037437A CN115235413A CN 115235413 A CN115235413 A CN 115235413A CN 202211037437 A CN202211037437 A CN 202211037437A CN 115235413 A CN115235413 A CN 115235413A
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姜文龙
张亚玲
周锡芳
郭士明
张宪君
李健伟
聂海滨
李东风
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/32—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring the deformation in a solid
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Abstract

本发明公开了一种基于MEMS的一体式变形感知监测装置，由五个透光板构成的下开口矩形透明外壳、太阳能电池板、测控采集盒和矩形保护框架；五个透光板内表面分别通过连接件与对应的一个所述太阳能电池板连接；下开口矩形透明外壳的四个立边分别通过防撞胶条与矩形保护框架对应的立架粘贴为一体；测控采集盒设置在所述下开口矩形透明外壳内，测控采集盒的底板通过螺钉与矩形保护框架的底托板螺接，底托板四周边开设有用于穿设固定铆钉的定位孔，铆钉用于将本变形感知监测装置与被监测物体固定。本发明实现了独立完成变形监测的感知、采集和发送过程，不需要外部供电和外部采集单元，避免了复杂的设备安装过程，设备安装简便、适用性强。

Description

基于MEMS的一体式变形感知监测装置
技术领域
本发明涉及建筑物、结构物、边坡、基坑等工程重点部位的变形监测，尤其是涉及一种基于MEMS的一体式变形感知监测装置。
背景技术
变形是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中的变化。当变形体的变形超出允许值时则可能引发灾害。因此，对建筑物、结构物、边坡、基坑等变形体的变形监测意义重大，主要表现在两个方面：1、通过对上述变形体的变形监测，掌握变形体的稳定性，为安全运行诊断提供必要的信息，以便及时发现问题并采取措施，防止事故的发生，确保施工和建筑物的安全；2、掌握上述变形体的变形机理，提高工程设计理论，进而反馈设计以及建立有效的变形预测模型。
目前，对建筑物、结构物、边坡、基坑等工程重点部位的变形监测，主要是布设一套供电、采集、发射设备，变形监测仪器布设方案复杂，施工成本高，耗费人力物力。
发明内容
本发明目的在于提供一种安装简便、适用性强的基于MEMS的一体式变形感知监测装置。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述基于MEMS的一体式变形感知监测装置，包括由五个透光板构成的下开口矩形透明外壳、太阳能电池板、测控采集盒和矩形保护框架；五个所述透光板内表面分别通过连接件与对应的一个所述太阳能电池板连接；下开口矩形透明外壳的四个立边分别通过防撞胶条与所述矩形保护框架对应的立架粘贴为一体；所述测控采集盒设置在所述下开口矩形透明外壳内，测控采集盒的底板通过螺钉与矩形保护框架的底托板螺接，所述底托板的四周边上均布开设有多个定位孔，所述定位孔用于穿设固定铆钉，所述铆钉用于将本变形感知监测装置与被监测物体固定；测控采集盒内设置有感知模块、数据采集模块、无线传输模块、太阳能控制器和蓄电池；所述感知模块用于感知测控采集盒的姿态数据，并将所述姿态数据转换成数字信号发送给所述数据采集模块；数据采集模块对姿态数据进行分析处理后通过所述无线传输模块传至云端服务器。
可选择地，所述感知模块由MEMS加速度传感器和FIFO存储器组成，所述MEMS加速度传感器将测量得到的所述姿态数据存储于所述FIFO存储器，FIFO存储器根据中断指令将姿态数据传输给所述数据采集模块；所述太阳能控制器用于控制太阳能电池板给蓄电池充电，并为感知模块、数据采集模块、无线传输模块提供负载电压。
可选择地，所述姿态数据为所述测控采集盒的倾角数据；所述MEMS加速度传感器通过测量静止状态下 X、Y、Z 三轴的加速度值，利用重力加速度与所述X、Y、Z 三轴的加速度值的分量关系，计算出X、Y、Z各轴与重力加速度的夹角，从而得出所述倾角数据。
可选择地，五个所述太阳能电池板并联后与所述太阳能控制器电源输入接口连接，太阳能控制器电源输出接口与所述蓄电池充电接口连接，太阳能控制器负载接口分别与所述感知模块、数据采集模块、无线传输模块的电源接口连接。
可选择地，五个所述透光板内表面分别与对应的一个所述太阳能电池板通过卡槽、卡扣连接，达到便于现场组装和拆卸维护。
本发明优点在于独立完成变形监测的感知、采集和发送过程，不需要外部供电和外部采集单元，避免了复杂的设备安装过程，设备安装简便、适用性强，大大降低设备安装的时间和物力成本。通过铆钉结构将本装置与被监测物体锚接，即使在斜坡或者硬质基面上监测，也可使得变形监测稳定进行。矩形透明外壳的四个立边通过防撞胶条与矩形保护框架连接，在不阻碍光线的同时，进一步减轻震荡或者外界震击对矩形透明外壳的破坏。
附图说明
图1是本发明的结构示意图（图中隐去测控采集盒）。
图2是本发明所述下开口矩形透明外壳的结构示意图。
图3是本发明所述矩形保护框架的结构示意图。
图4是本发明所述测控采集盒的结构示意图。
图5是本发明的电路原理框图。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1-5所示，本发明所述基于MEMS的一体式变形感知监测装置，包括由五个透光板构成的下开口矩形透明外壳1、五个太阳能电池板2、测控采集盒3和矩形保护框架4；五个透光板内表面分别通过卡槽/卡扣5与对应的一个太阳能电池板2连接，这样便于现场组装和拆卸维护。
作为一个实施例，下开口矩形透明外壳1的四个立边分别通过防撞胶条（图1中未示出）与矩形保护框架4对应的立架粘贴为一体，这样在野外使用时可以起到保护测控采集盒3作用。
测控采集盒3设置在下开口矩形透明外壳1内，测控采集盒3底板的四角分别通过螺钉与矩形保护框架4的底托板4.1螺接，底托板4.1的四周边的中部均开设有一个（或多个）定位孔，定位孔用于穿设固定铆钉6，铆钉6用于将本变形感知监测装置与被监测物体锚接固定；测控采集盒3内设置有感知模块、数据采集模块（型号：YREC-MP21）、无线传输模块（型号：WH-LTE-7S4 V2）、太阳能控制器（型号：CJMCU-25504）和蓄电池，测控采集盒3的侧壁上开设有穿孔3.1，穿孔3.1用于导线的引出、引入。
感知模块用于感知测控采集盒的姿态数据，并将姿态数据转换成数字信号发送给所述数据采集模块；数据采集模块对姿态数据进行分析处理后通过无线传输模块传至云端服务器数据库。
有益地或示例性地，作为一个实施例如图5所示，感知模块由MEMS加速度传感器和FIFO存储器组成， MEMS加速度传感器将测量得到的姿态数据存储于FIFO存储器，FIFO存储器根据中断指令将姿态数据传输给数据采集模块；太阳能控制器用于控制太阳能电池板2给蓄电池充电，并为感知模块、数据采集模块、无线传输模块提供负载电压。
有益地或示例性地，作为一个实施例，姿态数据指的是测控采集盒3的倾角数据；MEMS加速度传感器通过测量静止状态下 X、Y、Z 三轴的加速度值，利用重力加速度与X、Y、Z三轴加速度值的分量关系，计算出X、Y、Z各轴与重力加速度的夹角，从而得出所述倾角数据。
有益地或示例性地，作为一个实施例如图5所示，五个太阳能电池板2并联后与太阳能控制器电源输入接口连接，太阳能控制器电源输出接口与蓄电池充电接口连接，太阳能控制器负载接口分别与感知模块、数据采集模块、无线传输模块的电源接口连接。

Claims (5)

1.一种基于MEMS的一体式变形感知监测装置，其特征是：包括由五个透光板构成的下开口矩形透明外壳、太阳能电池板、测控采集盒和矩形保护框架；五个所述透光板内表面分别通过连接件与对应的一个所述太阳能电池板连接；下开口矩形透明外壳的四个立边分别通过防撞胶条与所述矩形保护框架对应的立架粘贴为一体；所述测控采集盒设置在所述下开口矩形透明外壳内，测控采集盒的底板通过螺钉与矩形保护框架的底托板螺接，所述底托板的四周边上均布开设有多个定位孔，所述定位孔用于穿设固定铆钉；测控采集盒内设置有感知模块、数据采集模块、无线传输模块、太阳能控制器和蓄电池；所述感知模块用于感知测控采集盒的姿态数据，并将所述姿态数据转换成数字信号发送给所述数据采集模块；数据采集模块对姿态数据进行分析处理后通过所述无线传输模块传至云端服务器。
2.根据权利要求2所述基于MEMS的一体式变形感知监测装置，其特征是：所述感知模块由MEMS加速度传感器和FIFO存储器组成，所述MEMS加速度传感器将测量得到的所述姿态数据存储于所述FIFO存储器，FIFO存储器根据中断指令将姿态数据传输给所述数据采集模块；所述太阳能控制器用于控制太阳能电池板给蓄电池充电，并为感知模块、数据采集模块、无线传输模块提供负载电压。
3.根据权利要求1或2所述基于MEMS的一体式变形感知监测装置，其特征是：所述姿态数据为所述测控采集盒的倾角数据；所述MEMS加速度传感器通过测量静止状态下 X、Y、Z三轴的加速度值，利用重力加速度与所述X、Y、Z 三轴的加速度值的分量关系，计算出X、Y、Z各轴与重力加速度的夹角，从而得出所述倾角数据。
4.根据权利要求1所述基于MEMS的一体式变形感知监测装置，其特征是：五个所述太阳能电池板并联后与所述太阳能控制器电源输入接口连接，太阳能控制器电源输出接口与所述蓄电池充电接口连接，太阳能控制器负载接口分别与所述感知模块、数据采集模块、无线传输模块的电源接口连接。
5.根据权利要求1所述基于MEMS的一体式变形感知监测装置，其特征是：五个所述透光板内表面分别与对应的一个所述太阳能电池板通过卡槽、卡扣连接。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116718150A (zh) * 2023-05-04 2023-09-08 河海大学 一种变形监测终端、方法及系统
CN118349119A (zh) * 2024-06-17 2024-07-16 成都市技师学院(成都工贸职业技术学院、成都市高级技工学校、成都铁路工程学校) 一种基于数据处理的vr交互控制方法

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