CN209055213U - 一种无人值守的一体化结构振动监测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的一种无人值守的一体化结构振动监测仪，包括机箱，三轴MEMS加速度传感器，A/D转换模块，控制继电器，单片机模块，ARM模块，对时模块，数据传输模块，数据存储模块和LED屏；采集数据时，A/D转换模块将三轴MEMS加速度传感器发送的模拟信号转换为数字信号后通过单片机模块发送至ARM模块，ARM模块通过数据传输模块发送数据、通过数据存储模块将数据存储在SD卡中；标定传感器时，ARM模块依次通过单片机模块、控制继电器向传感器发出标定命令，传感器返回标定数据，实现三轴MEMS加速度传感器的标定功能；本实用新型体积小，安装方向不受现场条件的限制，可自动标定，可组网监测复杂建筑结构。
Description
技术领域
本实用新型属于工程结构振动监测技术领域，特别是涉及一种无人值守的一体化结构振动监测仪。
背景技术
建筑结构特别是重大工程结构在长期使用和运行的过程中，受到环境侵蚀、材料老化以及荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等不利因素的耦合作用，将不可避免地使建筑结构和系统出现损伤累积和抗力衰减，导致建筑结构抵抗自然灾害的能力减弱，在正常环境下的能力出现下降，在极端情况下甚至会引发灾难性的突发事故。振动监测设备对这些重大基础设施进行监测和积累数据，可以较全面的把握建筑结构服役全过程的受力与损伤演化规律，为结构在荷载、环境等作用的影响做安全评估和预警，在地震这种突发性振动发生时也可以记录地震反应数据，为地震后建筑震害评估提供依据，并提前采取相应的措施避免事故的发生。
目前已有的结构振动监测仪大多采用传感器和数据采集器分离的设计，且安装方式多为水平安装，不方便携带；由于加速度计等惯性传感器件随时间积累误差的固有特性导致需要定期对结构振动监测仪的传感器进行调零操作；大型建筑结构如铁路、桥梁、地铁的振动监测点的位置比较复杂，不便于安装和调试结构振动监测仪。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种无人值守的一体化结构振动监测仪，具有体积小、集成化程度高、传感器自动标定且无人值守的特点，适用于对建筑结构工程的振动监测。
本实用新型为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种无人值守的一体化结构振动监测仪，包括：
机箱，由盖板和内部中空的底座组成，其中底座外部设有带固定孔的耳板，用于水平安装或壁挂安装在建筑结构的监测点位置；
三轴MEMS加速度传感器，可拆卸式固定在机箱的底部，使三轴MEMS加速度传感器的X、Y、Z三个检测方向分别垂直指向机箱的盖板和两个相邻侧面，用于采集建筑结构的实时振动信号和反馈三轴MEMS加速度传感器自身的标定信号；
A/D转换模块，通过信号输入口与三轴MEMS加速度传感器的信号输出口连接，用于将三轴MEMS加速度传感器输出的实时振动信号和标定信号转换为数字信号并输出；
控制继电器，通过触点端与三轴MEMS加速度传感器的控制端连接，用于向三轴MEMS加速度传感器发送标定命令；
单片机模块，通过I/O口分别与控制继电器的线圈端和A/D转换模块的信号输出口连接，用于向控制继电器发送标定命令和接收A/D转换模块发送的数字信号；
ARM模块，通过I/O口与单片机模块连接，用于向单片机模块发送标定命令、接收单片机模块发送的数字信号、为接受到的数字信号附加时间信息并打包成待发送数据；
对时模块，通过信号输出口与ARM模块的I/O口连接，用于向ARM模块发送授时数据；
数据传输模块，通过信号输入口与ARM模块的I/O口连接，用于接收ARM 模块的待发送数据并发送给上位机；
数据存储模块，包括卡槽电路和SD卡，通过信号输入口与ARM模块的I/O 口连接，用于将ARM模块的待发送数据存储到SD卡上；
LED屏，通过信号输入口与ARM模块的I/O口连接，用于显示ARM模块发送的显示信息。
按上述方案，所述的单片机模块通过接收并解析A/D转换模块发送的振动信号识别三轴MEMS加速度传感器的监测方向从而判断本实用新型的安装方向。
按上述方案，所述的对时模块设有GPS、PTP和NTP三种对时模式。
按上述方案，所述的数据传输模块的信号输出口为通用以太网口，与单台上位机或路由设备连接；多个所述的一种无人值守的一体化结构振动监测仪通过路由设备组建局域网，用于监测建筑结构的多监测点数据联合分析处理。
本实用新型的有益效果为：
1.本实用新型的一种无人值守的一体化结构振动监测仪体积小、集成化程度高、对传感器自动标定且在无人值守的情况下运行，适用于对建筑结构工程的振动监测。
2.本实用新型自动识别监测方向，使本实用新型的安装方向不受现场条件的限制。
3.本实用新型根据建筑结构的GPS信号情况和网络情况灵活地提供多种方式的高精度授时数据。
4.本实用新型通过路由设备组建局域网，用于监测复杂建筑结构的多个待监测点。
附图说明
图1为本实用新型实施例的原理框图。
图2位本实用新型实施例的电路板布置图。
图中，1、机箱；2、三轴MEMS加速度传感器；3、A/D转换模块；4、单片机模块；5、ARM模块；6、控制继电器；7、数据传输模块；8、数据存储模块；9、LED屏；10、固定孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
参见图1至图2，本实用新型的实施例包括机箱1和通过螺柱可拆卸式固定在机箱1底部的电路板。机箱1包括盖板和内部中空的底座，其中底座外部设有带固定孔10的耳板，用于水平安装或壁挂安装在建筑结构的监测点位置；电路板上装焊或通过电连接器插装有三轴MEMS加速度传感器2、A/D转换模块3、单片机模块4、ARM模块5、控制继电器6、对时模块、数据传输模块7、数据存储模块8和LED屏9。
三轴MEMS加速度传感器2可拆卸式固定在机箱1的底部，保证三轴MEMS 加速度传感器2的顶面与机箱1的盖板平行、三轴MEMS加速度传感器2的两个相邻侧面与机箱1的两个相邻侧面分别平行，使三轴MEMS加速度传感器2 的X、Y、Z三个检测方向分别垂直指向机箱1的两个相邻侧面和盖板，精确地采集建筑结构的实时振动信号和反馈三轴MEMS加速度传感器2自身的标定信号。
A/D转换模块3通过信号输入口与三轴MEMS加速度传感器2的信号输出口连接，通过信号输出口与单片机模块4的I/O口连接；控制继电器6通过触点端与三轴MEMS加速度传感器2的控制端连接，通过线圈端与单片机模块4的 I/O口连接。ARM模块5通过I/O口与单片机模块4、对时模块、数据传输模块 7、数据存储模块8和LED屏9连接。
采集振动数据时，A/D转换模块3将三轴MEMS加速度传感器2发送的振动信号转换为数字信号后发送至单片机模块4，单片机模块4将数字信号发送至 ARM模块5；单片机模块4通过接收并解析A/D转换模块3发送的数据识别三轴MEMS加速度传感器2的监测方向从而判断本实用新型的安装方向，使本实用新型的安装方向不受现场条件的限制。ARM模块5按照用户选择的时间模式接收对时模块的授时数据，为收到的单片机模块4发送来的数字信号附加时间信息并打包成待发送数据；其中对时模块设有GPS、PTP和NTP三种对时模式，可以根据建筑结构的GPS信号情况、网络情况提供高精度的授时数据。
对三轴MEMS加速度传感器2进行标定时，ARM模块5向单片机模块4发出标定命令，单片机模块4通过控制继电器6向三轴MEMS加速度传感器2发出标定命令，三轴MEMS加速度传感器2依次通过A/D转换模块3、单片机模块4向ARM模块5返回标定信号，实现三轴MEMS加速度传感器2的自标定功能。
ARM模块5将建筑结构的三分向振动信号和仪器IP地址等信息发送并显示在LED屏9上；ARM模块5通过数据传输模块7将待发送数据发送到现场计算机或通过网络发送到指定服务器；ARM模块5通过数据存储模块8将超过触发阈值的振动事件数据和连续波形数据存储到SD卡上。既能便于现场人员安装调试和分析数据，又能在无人值守的情况下供工作人员远程监控和分析。
对于结构复杂的工程结构，将多个本实用新型的实施例通过路由器或交换机组建局域网，供工作人员进行多监测点数据联合分析处理。
以上实施例仅用于说明本实用新型的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，本实用新型的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本实用新型所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种无人值守的一体化结构振动监测仪，其特征在于：包括：
机箱，由盖板和内部中空的底座组成，其中底座外部设有带固定孔的耳板，用于水平安装或壁挂安装在建筑结构的监测点位置；
三轴MEMS加速度传感器，可拆卸式固定在机箱的底部，使三轴MEMS加速度传感器的X、Y、Z三个检测方向分别垂直指向机箱的盖板和两个相邻侧面，用于采集建筑结构的实时振动信号和反馈三轴MEMS加速度传感器自身的标定信号；
A/D转换模块，通过信号输入口与三轴MEMS加速度传感器的信号输出口连接，用于将三轴MEMS加速度传感器输出的实时振动信号和标定信号转换为数字信号并输出；
控制继电器，通过触点端与三轴MEMS加速度传感器的控制端连接，用于向三轴MEMS加速度传感器发送标定命令；
单片机模块，通过I/O口分别与控制继电器的线圈端和A/D转换模块的信号输出口连接，用于向控制继电器发送标定命令和接收A/D转换模块发送的数字信号；ARM模块，通过I/O口与单片机模块连接，用于向单片机模块发送标定命令、接收单片机模块发送的数字信号、为接受到的数字信号附加时间信息并打包成待发送数据；
对时模块，通过信号输出口与ARM模块的I/O口连接，用于向ARM模块发送授时数据；
数据传输模块，通过信号输入口与ARM模块的I/O口连接，用于接收ARM模块的待发送数据并发送给上位机；
数据存储模块，包括卡槽电路和SD卡，通过信号输入口与ARM模块的I/O口连接，用于将ARM模块的待发送数据存储到SD卡上；
LED屏，通过信号输入口与ARM模块的I/O口连接，用于显示ARM模块发送的显示信息。
2.根据权利要求1所述的一种无人值守的一体化结构振动监测仪，其特征在于：所述的单片机模块通过接收并解析A/D转换模块发送的振动信号识别三轴MEMS加速度传感器的监测方向从而判断安装方向。
3.根据权利要求1所述的一种无人值守的一体化结构振动监测仪，其特征在于：所述的对时模块设有GPS、PTP和NTP三种对时模式。
4.根据权利要求1所述的一种无人值守的一体化结构振动监测仪，其特征在于：所述的数据传输模块的信号输出口为通用以太网口，与单台上位机或路由设备连接；多个所述的一种无人值守的一体化结构振动监测仪通过路由设备组建局域网，用于监测建筑结构的多监测点数据联合分析处理。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110855128A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-02-28 | 深圳市瑞驰信息技术有限公司 | 一种智能机箱电源 |
| CN113916361A (zh) * | 2021-09-28 | 2022-01-11 | 南京云创大数据科技股份有限公司 | 一种建筑物振动数据采集设备 |
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2018
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