CN206470013U - 一种太阳能供电的内置式振动索力测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种太阳能供电的内置式振动索力测量装置，包括太阳能电池板、锂电池、MEMS加速度传感器、微型控制器、蓝牙无线模块和机械壳，所述太阳能电池板的输出端与锂电池输入端固定连接，所述锂电池的输出端与微型控制器固定连接，所述MEMS加速度传感器的输出端与微型控制器固定连接，所述微型控制器的输出端与蓝牙无线模块的输入端固定连接，所述太阳能电池板、锂电池、MEMS加速度传感器、微型控制器和蓝牙无线模块均由机械壳封装包裹，本内置式振动索力测量装置通过内置式索力测量传感器，可通过缆索振动法测量缆索索力，并通过蓝牙无线传输，整个装置采用无线化设计，可内置于缆索索体内部，与缆索采用一体化设计，提高防护性和实用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种内置式振动索力测量，特别涉及一种太阳能供电的内置式振动索力测量装置。
背景技术
索力的变化是衡量钢缆索结构是否处于正常营运状态的重要标志，钢缆索是一种内部高次超静定结构，通过调整拉索的索力可以使钢缆索的线形和内力达到理想状态，但是，如果实际索力偏离了设计索力，这种偏离不仅会使钢缆索之间产生偏载(偏载是导致钢缆索断裂的主要原因之一)，也会使索塔和主梁产生弯矩，通过对钢缆索索力的在线监测，不仅获得钢缆索索力的动态变化趋势，为总体上评价钢缆索的技术状况提供依据，同时也能在一定程度上发现拉索的锚固系统、防护系统是否完好，钢索是否发生锈蚀，为钢缆索的及时维护提供客观依据。
传统索力测量的方法主要有承压式压力传感器，即锚索计、压力环类传感器，由于采用直接承压式测量，传感器的体积较大，安装难度较大，同时由于此类传感器与索体属于两种结构，在实际设计应用时往往造成安装尺寸的兼容性问题，存在一定的不足。
近年来，各科研院校、单位设计出一种内置式光纤光栅传感器，即将光纤光栅传感器熔接于索体内部，当索力发生变化时，光纤光栅内部应力发生变化，对反射光波长产生相移，采集装置通过测量发射波长的变化得到索力值，但该产品实际应用效果不佳，主要原因是缆索在生产、运输、吊装过程中环节极易造成光纤光栅传感器的损坏，且由于是内置式，损坏后无法修复，因此实际推广应用还存在一定的难度。
传统索力测量方法或产品在一段时间内，有一定的应用，例如锚索计和压力环传感器测量索力，但其安装难度、体积的问题影响一定的推广应用光纤光栅式传感器由于其自身防护性能低，极易受到外力的破坏，因此光纤光栅式传感器实际的存活率低，难以推广应用。
实用新型内容
本实用新型要解决的就是现有技术的不足，提供一种采用振动法实现索力测量，内置式光纤光栅类传感器自身稳定性和可靠性高的以及采用无线式设计的太阳能供电的内置式振动索力测量装置。
为实现本实用新型目的，采用的技术方案是：一种太阳能供电的内置式振动索力测量装置，包括太阳能电池板、锂电池、MEMS加速度传感器、微型控制器、蓝牙无线模块和机械壳，所述太阳能电池板的输出端与锂电池输入端固定连接，所述锂电池的输出端与微型控制器固定连接，所述MEMS加速度传感器的输出端与微型控制器固定连接，所述微型控制器的输出端与蓝牙无线模块的输入端固定连接，所述太阳能电池板、锂电池、MEMS加速度传感器、微型控制器和蓝牙无线模块均由机械壳包裹。
优选的，所述内置式振动索力测量装置可内置到缆索索体内部，PE防护层的内层，实现一体化设计。
优选的，所述机械壳内太阳能电池板位置的上端固定覆盖有高透明玻璃片。
优选的，所述装置采用振动法实现索力的测量，其基本原理是：缆索属于两端固定、外部束缚的结构，其自由振动频率的大小与其受力、线密度、长度有关，F＝4*ρ1*L*f2，其中ρ1为缆索索体的单位线重，单位为kg/m，L为缆索实际长度值，单位为m，f为缆索的第一阶基频值，单位为Hz，F为缆索的受力值，单位为KN。
优选的，所述MEMS加速度传感器内部NXP半导体为一种MMA8451Q半导体，其为IIC数字接口输出的MEMS器件。
优选的，所述内置式振动索力测量装置采用无线式设计，即本地供电、无线传输。
优选的，所述内置式振动索力测量装置内部使用3.7V/3000mAH锂电池，使用5V/3W的太阳能电池板作为充电装置，MAX1555作为充电管理器。
优选的，所述内置式振动索力测量装置中的蓝牙无线模块使用CC2541实现蓝牙无线通信模块。
优选的，所述微型控制器内部STM32F103作为主控器，实现振动数据的读取、频率计算、无线传输的功能。
优选的，所述内置式振动索力测量装置机械壳内部使用树脂胶密封防腐。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本太阳能供电的内置式振动索力测量装置结构简单，设计合理且新颖，构造稳定，成本低廉，太阳能供电的内置式振动索力测量装置具有以下技术特点：1)采用振动法实现索力测量，解决现有内置式光纤光栅类传感器自身稳定性可靠性的问题；2)传感器采用内置式，不影响索体自身结构和尺寸；(3)装置采用无线式设计，即本地供电、无线传输；可在缆索制造生产过程中将传感器安装于缆索索体，不影响拉索自身外观和体积，利用振动发测量索力，且整套装置无线供电、传输，可靠性高，具备工程应用的特点，符合太阳能供电的内置式振动索力测量装置的设计要求。
附图说明
图1是本实用新型功能流程结构示意图。
图中：1.太阳能电池板 2.锂电池 3.MEMS加速度传感器 4.微型控制器 5.蓝牙无线模块 6.机械壳
图2是本实用新型安装后成品缆索结构示意图。
图中：1.缆索锚头 2.固定螺母 3.锚杯 4.PE外护层 5.太阳能供电的内置式振动索力测量装置
图3是本实用新型的MEMS加速度传感器电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1所示，一种太阳能供电的内置式振动索力测量装置，包括太阳能电池板1、锂电池2、MEMS加速度传感器3、微型控制器4、蓝牙无线模块5和机械壳6，所述太阳能电池板1的输出端与锂电池2输入端固定连接，所述锂电池2的输出端与微型控制器4固定连接，所述MEMS加速度传感器3的输出端与微型控制器4固定连接，所述微型控制器4的输出端与蓝牙无线模块5的输入端固定连接，所述太阳能电池板1、锂电池2、MEMS加速度传感器3、微型控制器4和蓝牙无线模块5均由机械壳6包裹。
请参阅图2所示，在缆索捆扎钢丝阶段时，使用固定螺母固定缆索锚头，即可将本装置固定于缆索索体，再将锚杯进行PE防护层的制作工序。
工作原理：太阳能供电的内置式振动索力测量装置启动时，太阳能电池板1吸收太阳能转换为电能，充电管理器将电能输送至锂电池2内部，进行锂电池2的充电，MEMS加速度传感器3使用振动法测量缆索索力大小，并将振动力信号转换为电信号输送至微型控制器4内部，微型控制器4控制蓝牙无线模块5将电信号一无线电的形式传输至接收装置，机械壳6封装包裹太阳能电池板1、锂电池2、MEMS加速度传感器3、微型控制器4和蓝牙无线模块5。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种太阳能供电的内置式振动索力测量装置，包括太阳能电池板(1)、锂电池(2)、MEMS加速度传感器(3)、微型控制器(4)、蓝牙无线模块(5)和机械壳(6)，其特征在于：所述太阳能电池板(1)的输出端与锂电池(2)输入端固定连接，所述锂电池(2)的输出端与微型控制器(4)固定连接，所述MEMS加速度传感器(3)的输出端与微型控制器(4)固定连接，所述微型控制器(4)的输出端与蓝牙无线模块(5)的输入端固定连接，所述太阳能电池板(1)、锂电池(2)、MEMS加速度传感器(3)、微型控制器(4)和蓝牙无线模块(5)均由机械壳(6)封装包裹。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能供电的内置式振动索力测量装置，其特征在于：所述内置式振动索力测量装置可内置到缆索索体内部，PE防护层的内层，实现一体化设计。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能供电的内置式振动索力测量装置，其特征在于：所述机械壳(6)内太阳能电池板(1)位置的上端固定覆盖有高透明玻璃片。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能供电的内置式振动索力测量装置，其特征在于：所述装置采用振动法实现索力的测量，其基本原理是：缆索属于两端固定、外部束缚的结构，其自由振动频率的大小与其受力、线密度、长度有关，F＝4*ρ1*L*f2，其中ρ1为缆索索体的单位线重，单位为kg/m，L为缆索实际长度值，单位为m，f为缆索的第一阶基频值，单位为Hz，F为缆索的受力值，单位为KN。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能供电的内置式振动索力测量装置，其特征在于：所述MEMS加速度传感器(3)内部NXP半导体为一种MMA8451Q半导体，其为IIC数字接口输出的MEMS器件。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能供电的内置式振动索力测量装置，其特征在于：所述内置式振动索力测量装置采用无线式设计，即本地供电、无线传输。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能供电的内置式振动索力测量装置，其特征在于：所述内置式振动索力测量装置内部使用3.7V/3000mAH锂电池(2)，使用5V/3W的太阳能电池板(1)作为充电装置，MAX1555作为充电管理器。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能供电的内置式振动索力测量装置，其特征在于：所述内置式振动索力测量装置中的蓝牙无线模块(5)使用CC2541实现蓝牙无线通信模块。
9.根据权利要求1所述的一种太阳能供电的内置式振动索力测量装置，其特征在于：所述微型控制器(4)内部STM32F103作为主控器，实现振动数据的读取、频率计算、无线传输的功能。
10.根据权利要求1所述的一种太阳能供电的内置式振动索力测量装置，其特征在于：所述内置式振动索力测量装置机械壳(6)内部使用树脂胶密封防腐。
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| CN201621431620.1U CN206470013U (zh) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | 一种太阳能供电的内置式振动索力测量装置 |
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| CN201621431620.1U CN206470013U (zh) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | 一种太阳能供电的内置式振动索力测量装置 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107747998A (zh) * | 2017-10-16 | 2018-03-02 | 武汉交圣新能源工程有限公司 | 一种船舶lng燃料自动计重装置和方法 |
| CN109024279A (zh) * | 2018-09-30 | 2018-12-18 | 柳州欧维姆机械股份有限公司 | 一种内置加速度传感器拉索 |
| CN109115331A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-01-01 | 柳州欧维姆机械股份有限公司 | 一种加速度传感器内置于拉索的振动信号采集系统 |
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2016
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