CN208902160U - 一种结构健康监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种结构健康监测系统，所述结构健康监测系统包括处理器、存储单元、传感器单元、通信单元、监测终端；所述存储单元、传感器单元、通信单元通过连接线缆连接到处理器，所述处理器通过通信单元连接到监测终端。所述传感器单元包括电压传感器、应变传感器、温度采集仪、定位系统、位移传感器中的一种或多种。尤其的，所述结构健康监测系统还包括安装装置；所述安装装置包括上、中、下三部分，分别为连接座、弧形空腔部、配重部。本实用新型是一种综合性的监测系统，集成度高，安装便捷，具有很强的通用性。

Description

一种结构健康监测系统

技术领域

本实用新型涉及土木工程监测领域，具体涉及一种结构健康监测系统。

背景技术

在大坝、水闸等水工建筑物，以及隧道、桥梁、土建基坑等工民用建筑物的建造过程中，由于水压力、墙后回填土及一些其他的外荷载作用，建筑物的主体结构不可避免地会产生转角或水平位移等变形，在建造过程中以及后期运营时都需要对建筑物结构的变形和稳定性密切关注，因此就需要对建筑物结构的变化量进行实时监测。

监测数据如何及时、有效的转化成建筑状态供客户分析，怎样对检测设备本身的状态进行监控，这些问题是土木工程结构监测工作需要解决的重要问题。

中国专利CN201610783723.2公开了一种基于大数据理念的桥梁结构健康监测系统，它包括健康监测模块、无线网络传送模块、桥梁结构大数据存储模块和桥梁结构大数据分析模块，该专利通过健康监测模块、无线网络传送模块、桥梁结构大数据存储模块和桥梁结构大数据分析模块，实现了对桥梁结构健康监测。然而该专利仅仅公开了健康监测模块，对于具体的监测单元结构和相应的监测项目并没有清晰的描述，在应用过程中存在一定的障碍。同时，该专利主要内容集中在数据处理方面，而各类监测数据的处理未必具有通用性，并没有适应性的制定相应的传感器集成策略。

中国专利CN201710090738.5公开了应用分布式裸光纤光栅进行建筑结构健康监测的方法，上述方法在建筑结构的构件表面选定监测点，根据所有的监测点设定光纤布置路径，在所述光纤布置路径上布置光纤，在光纤上设置分布式裸光纤光栅传感器，裸光纤光栅传感器与监测点对应，用于感知和记录建筑结构的温度和应变变化。该专利的技术方案可用于监测古建筑，实现高温报警、变形过大报警。然而，该专利的技术方案监测内容比较单一，没有实现对结构的全面健康监测，另外对于监测传感器的安装、布设手段较为传统，也没有形成集成式的综合监测系统。

由此可见，目前的结构监测技术存在诸多的缺点和不足。研究和开发一种综合性的结构健康监测系统和相应的使用方法，是十分必要和迫切的。

实用新型内容

为了克服上述缺陷，本实用新型提供了一种结构健康监测系统，具体的采用如下的技术方案：

一种结构健康监测系统，所述结构健康监测系统包括处理器1、存储单元2、传感器单元3、通信单元4、监测终端5。

所述存储单元2、传感器单元3、通信单元4通过连接线缆连接到处理器1，所述处理器1通过通信单元4连接到监测终端5。作为一种选择，所述通信单元4可以借助无线网络或有线网络连接到监测终端5。

进一步的，所述处理器1包括预处理装置，用于对信号进行包括滤波、采样、放大、去燥、模数转换在内的处理。作为一种选择，所述预处理装置可以是多个独立处理单元的集合，如滤波器、信号采样放大器、模数转换器等。

具体的，所述传感器单元3包括电压传感器31、应变传感器32、温度采集仪33、定位系统34、位移传感器35。

进一步的，所述传感器单元还包括湿度传感器36、电流传感器37、磁性传感器38、陀螺仪39，以及风速风向采集仪40、裂缝采集仪41、索力采集仪42、加速度采集仪43。

作为一种选择方式，所述传感器单元包括上述传感器中的一种或者任意多种，以适应各种情形的监测需要。

进一步的，所述结构健康监测系统还包括内置的计时器6，所述计时器6周期性的进入睡眠状态和唤醒状态，所述周期根据需要进行设置和调整。在唤醒状态下，所述结构健康监测系统的各类部件进行工作。

前述多种传感器通过多路光纤(线缆)接入到处理器1，多路数据被采集和传输。

进一步的，所述一种结构健康监测系统，还包括安装装置7。所述安装装置7包括连接座71、弧形空腔部8、配重部9。

进一步的，所述安装装置7包括上、中、下三部分。具体的，所述连接座71为安装装置7的上部，口径较小，其下端连接口径更大的弧形空腔部8，所述弧形空腔部8下端收窄，并连接到下方的配重部9。所述弧形空腔部8为中空的腔体，用于容纳各类光纤及其附属结构，其上端为倾斜面，上端边缘为弧形结构，其下端为直径逐步减小的筒形结构。所述配重部9为圆饼状配重结构，其中部包括用于容纳光纤穿过的穿过孔91(如911、912、913)，所述穿过孔91在竖直方向上贯通。

具体的，所述连接座7采用如下的设置方式：

(1)当所述传感器单元3仅仅包括埋设于待监测结构内部的传感器时，所述连接座71设置连接头，用于连接到待监测结构相应位置，从而实现安装装置7的固定。

(2)当所述传感器单元3还包括非埋设传感器时，如定位系统(GPS、北斗或GLONASS接收机等)、风速风向采集仪、裂缝采集仪等，所述连接座71上设置通孔，用于非埋设传感器连接光纤的穿过，并进入所述弧形空腔部8。

进一步的，所述弧形空腔部8包括无线发射端子81、外接数据导出端口82、采集存储器83、集线器84、光纤85(851、852、853...)。所述无线发射端子81设置在弧形空腔部8的上端倾斜面，其下方的弧形结构位置处设置外接数据导出端口82，所述外接数据导出端口82设置在弧形结构的边缘下方，敞口朝下。所述采集存储器83设置在弧形空腔部8内部，并分别连接到无线发射端子81、外接数据导出端口82。所述各种传感器通过光纤连接到采集存储器83，各类光纤通过集线器84集结。所述光纤包括通过连接座上通孔进入弧形空腔部8的光纤，还包括从配重部9的穿过孔91进入弧形空腔部8的光纤。

同时，作为一种优化选择，所述传感器单元3及其安装装置7与所述处理器1之间通过无线网络或有线方式实现连接和数据传输。

作为一种优化选择，所述安装装置安装好后，在外表面涂覆一层环氧树脂(防潮胶水)，实现防潮的目的。在所述传感器与光纤布设完毕后，空隙位置采用环氧树脂封填。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型是一种综合性的监测系统，集成度高，安装便捷，实用性强；

(2)本实用新型可以适用多种类型的传感器，配置不同的参数，节省了人力和时间，提高了仪器监测的灵活性；

(3)本实用新型便于仪器状态的实时获取，可以及时发现故障，及时处理，提高监测仪器工作的便捷性、稳定性；

(4)本实用新型通过借助于监测终端可以配备的显示设备，实现数据的图表直观展示；

(5)本实用新型可以实现数据实时、快速存储，以及数据回放和下载，用户可以获取之前任意时间点的监测数据，方便用户查找、进一步分析。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型结构健康监测系统的基本结构示意图。

图2是本实用新型结构健康监测系统的优化结构示意图。

图3是本实用新型监测系统安装装置的结构示意图。

附图标记，其中：处理器——1，存储单元——2，传感器单元——3，电压传感器——31，应变传感器——32，温度采集仪——33，定位系统——34，位移传感器——35，湿度传感器——36，电流传感器——37，磁性传感器——38，陀螺仪——39，风速风向采集仪——40，裂缝采集仪——41，索力采集仪——42，加速度采集仪——43，通信单元——4，监测终端——5，计时器——6，安装装置——7，连接座——71，弧形空腔部——8，无线发射端子——81，外接数据导出端口——82，采集存储器——83，集线器——84，光纤——85、851、852、853，配重部——9，穿过孔——91、911、912、913。

具体实施方式

以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本实用新型提供的系统及其工作方法。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例一

本实施例主要介绍一种结构健康监测系统的基本结构。

附图1为一种结构健康监测系统的基本结构示意图。

一种结构健康监测系统，其特征在于：所述结构健康监测系统包括处理器1、存储单元2、传感器单元3、通信单元4、监测终端5。

如附图1所示，所述存储单元2、传感器单元3、通信单元4通过连接线缆连接到处理器1，所述处理器1通过通信单元4连接到监测终端5。作为一种选择，所述通信单元4可以借助无线网络或有线网络连接到监测终端5。

进一步的，所述处理器1包括预处理装置，用于对信号进行包括滤波、采样、放大、去燥、模数转换在内的处理。作为一种选择，所述预处理装置可以是多个独立处理单元的集合，如滤波器、信号采样放大器、模数转换器等。

具体的，所述传感器单元3包括电压传感器31、应变传感器32、温度采集仪33、定位系统34、位移传感器35。

进一步的，所述传感器单元还包括湿度传感器36、电流传感器37、磁性传感器38、陀螺仪39，以及风速风向采集仪40、裂缝采集仪41、索力采集仪42、加速度采集仪43。

作为一种选择方式，所述传感器单元包括上述传感器中的一种或者任意多种，以适应各种情形的监测需要。基于此，本实用新型技术方案具有较强的适应性。

通过本实用新型的上述技术方案能够实现多种传感器的集成，根据实际需要，一站式的解决多种结构健康监测。

上述技术方案是本申请的发明点之一。

实施例二

本实施例是在前述实施例一的基础上进行的，用于说明一种优化的技术方案。

如附图2所示，其为本实用新型结构健康监测系统的一种优化方案。

具体的，如图所示，所述结构健康监测系统还包括内置的计时器6，所述计时器6周期性的进入睡眠状态和唤醒状态，所述周期根据需要进行设置和调整。在唤醒状态下，所述结构健康监测系统的各类部件进行工作。

前述多种传感器通过多路光纤(线缆)接入到处理器1，多路数据被采集和传输。

通过本实用新型的上述技术方案能够实现周期性的监测，带有时间属性的数据使得监测工作更科学。

上述技术方案是本申请的发明点之一。

实施例三

本实施例是在前述实施例一或二的基础上进行的，主要介绍传感器单元3中的安装装置7，该安装装置7适用于传感器的安装固定。这里仅仅作为一种示范，根据该设置亦可以根据实际需要调换其他传感器，并进行组件和结构的改进。

如附图3所示，其为本实用新型的传感器单元安装装置7。如图所示，如前所述的一种结构健康监测系统，其还包括安装装置7。所述安装装置7包括连接座71、弧形空腔部8、配重部9。

进一步的，所述安装装置7包括上、中、下三部分。具体的，所述连接座71为安装装置7的上部，口径较小，其下端连接口径更大的弧形空腔部8，所述弧形空腔部8下端收窄，并连接到下方的配重部9。所述弧形空腔部8为中空的腔体，用于容纳各类光纤及其附属结构，其上端为倾斜面，上端边缘为弧形结构，其下端为直径逐步减小的筒形结构。所述配重部9为圆饼状配重结构，其中部包括用于容纳光纤穿过的穿过孔91(如911、912、913)，所述穿过孔91在竖直方向上贯通。

具体的，所述连接座7采用如下的设置方式：

(3)当所述传感器单元3仅仅包括埋设于待监测结构内部的传感器时，所述连接座71设置连接头，用于连接到待监测结构相应位置，从而实现安装装置7的固定。

(4)当所述传感器单元3还包括非埋设传感器时，如定位系统(GPS、北斗或GLONASS接收机等)、风速风向采集仪、裂缝采集仪等，所述连接座71上设置通孔，用于非埋设传感器连接光纤的穿过，并进入所述弧形空腔部8。

进一步的，所述弧形空腔部8包括无线发射端子81、外接数据导出端口82、采集存储器83、集线器84、光纤85(851、852、853...)。所述无线发射端子81设置在弧形空腔部8的上端倾斜面，其下方的弧形结构位置处设置外接数据导出端口82，所述外接数据导出端口82设置在弧形结构的边缘下方，敞口朝下。所述采集存储器83设置在弧形空腔部8内部，并分别连接到无线发射端子81、外接数据导出端口82。所述各种传感器通过光纤连接到采集存储器83，各类光纤通过集线器84集结。所述光纤包括通过连接座上通孔进入弧形空腔部8的光纤，还包括从配重部9的穿过孔91进入弧形空腔部8的光纤。

同时，作为一种优化选择，所述传感器单元3及其安装装置7与所述处理器1之间通过无线网络或有线方式实现连接和数据传输。

作为一种优化选择，所述安装装置安装好后，在外表面涂覆一层环氧树脂(防潮胶水)，实现防潮的目的。在所述传感器与光纤布设完毕后，空隙位置采用环氧树脂封填。

上述技术方案是本申请的发明点之一。

如前所述的一种结构健康监测系统，所述使用方法可以参考如下的步骤：

(1)根据实际监测需要，编制监测方案，所述监测方案至少包括：施工或运营阶段、传感器组合的选择、监测周期、监测点位的选取；

(2)在监测点位布置传感器，包括埋设传感器和非埋设传感器；

(3)将传感器光纤接入安装装置7；

(4)将安装座71上多余的通孔封填环氧树脂，将配重部9上多余的穿过孔91封填环氧树脂，在安装装置7表面涂覆一层环氧树脂；

(5)将传感器单元与处理器建立连接；将处理器与监测终端建立连接；

(6)进行数据的采集和传输。

如上所述，可较好地实现本实用新型。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本实用新型的保护范围内。本实用新型中未进行特殊说明或限定的部分，均采用现有技术实施。

Claims (7)

1.一种结构健康监测系统，所述结构健康监测系统包括处理器(1)、存储单元(2)、传感器单元(3)、通信单元(4)、监测终端(5)；其特征在于：所述存储单元(2)、传感器单元(3)、通信单元(4)通过连接线缆连接到处理器(1)，所述处理器(1)通过通信单元(4)连接到监测终端(5)；所述传感器单元(3)包括电压传感器(31)、应变传感器(32)、温度采集仪(33)、定位系统(34)、位移传感器(35)；所述结构健康监测系统还包括安装装置(7)；所述安装装置(7)包括上、中、下三部分，分别为连接座(71)、弧形空腔部(8)、配重部(9)；所述连接座(71)为安装装置(7)的上部，其下端连接口径更大的弧形空腔部(8)，所述弧形空腔部(8)下端收窄，并连接到下方的配重部(9)；所述弧形空腔部(8)为中空的腔体，用于容纳光纤及其附属结构，其上端为倾斜面，上端边缘为弧形结构，其下端为直径逐步减小的筒形结构；所述配重部(9)为圆饼状配重结构，其中部包括用于容纳光纤穿过的穿过孔(91)，所述穿过孔(91)在竖直方向上贯通。

2.如权利要求1所述的一种结构健康监测系统，其特征在于：所述处理器(1)包括预处理装置，用于对信号进行包括滤波、采样、放大、去燥、模数转换在内的处理。

3.如权利要求1或2所述的一种结构健康监测系统，其特征在于：所述传感器单元还包括湿度传感器(36)、电流传感器(37)、磁性传感器(38)、陀螺仪(39)，以及风速风向采集仪(40)、裂缝采集仪(41)、索力采集仪(42)、加速度采集仪(43)。

4.如权利要求1或2所述的一种结构健康监测系统，其特征在于：所述结构健康监测系统还包括内置的计时器(6)，所述计时器(6)周期性的进入睡眠状态和唤醒状态，所述周期根据需要进行设置和调整。

5.如权利要求1或2所述的一种结构健康监测系统，其特征在于：所述连接座(71)采用如下的设置方式：

(1)当所述传感器单元(3)仅仅包括埋设于待监测结构内部的传感器时，所述连接座(71)设置连接头，用于连接到待监测结构相应位置，从而实现安装装置(7)的固定；

(2)当所述传感器单元(3)还包括非埋设传感器时，所述连接座(71)上设置通孔，用于非埋设传感器连接光纤的穿过，并进入所述弧形空腔部(8)。

6.如权利要求5所述的一种结构健康监测系统，其特征在于：所述弧形空腔部(8)包括无线发射端子(81)、外接数据导出端口(82)、采集存储器(83)、集线器(84)、光纤(85)；所述无线发射端子(81)设置在弧形空腔部(8)的上端倾斜面，其下方的弧形结构位置处设置外接数据导出端口(82)，所述外接数据导出端口(82)设置在弧形结构的边缘下方，敞口朝下；所述采集存储器(83)设置在弧形空腔部(8)内部，并分别连接到无线发射端子(81)、外接数据导出端口(82)；传感器通过光纤连接到采集存储器(83)，光纤通过集线器(84)集结；所述光纤包括通过连接座上通孔进入弧形空腔部(8)的光纤，还包括从配重部(9)的穿过孔(91)进入弧形空腔部(8)的光纤。

7.如权利要求6所述的一种结构健康监测系统，其特征在于：所述安装装置安装好后，在外表面涂覆一层环氧树脂，实现防潮的目的；在所述传感器与光纤布设完毕后，空隙位置采用环氧树脂封填。