CN210981361U - 基于多维耦合的桥梁结构监测系统自检与远程控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于多维耦合的桥梁结构监测系统自检与远程控制系统，包括传感器模块、数据采集模块、数据分析与处理模块和远程监控模块，传感器模块与数据采集模块连接并将桥梁结构上采集的信息传输至数据采集模块中，数据采集模块与数据分析与处理模块连接，数据采集模块将输入的信息转换成数字信号并传输至数据分析与处理模块中，数据分析与处理模块将输入的数字信号与预先设定的阈值进行对比分析并向与其无线连接的远程监控模块发送预警信息，远程监控模块将预警信息进行显示以供决策人员进行决策。该系统可多方位对桥梁的健康信息进行监测，且监测信息能够实时、远程传输至监控中心，为决策人员进行信息判断和决策提供精确的信息。

Description

基于多维耦合的桥梁结构监测系统自检与远程控制系统

技术领域

本实用新型涉及桥梁结构安全监测技术领域，具体涉及一种基于多维耦合的桥梁结构监测系统自检与远程控制系统。

背景技术

桥梁在建成通车后，由于受到气候、氧化、腐蚀或老化等因素，和长期在静载以及活载的作用下遭受损坏，其强度和刚度会随着时间的增加而降低，这不仅会影响行车安全，更会使得桥梁的使用寿命缩短。传统的人工桥梁检查程序和设施，一般来说是不能直接和有效地应用于大型悬吊体系桥梁上，因悬吊体系桥梁的结构布局和规模都十分复杂，构件多且尺寸大，再者其大部分的构件都难以直接靠近检查。另外由于现代的机械、光学、超声波和电磁等技术的检测工具，都只能提供局部的检测和诊断信息，不能提供整体和全面的全桥结构健康检测和监测信息。因此有需要建立和发展一种基于多维耦合的桥梁结构监测系统自检与远程控制系统，该系统可多方位对桥梁的健康信息进行监测，且监测信息能够实时、远程传输至监控中心，为决策人员进行信息判断和决策提供精确的信息。

实用新型内容

为此，本实用新型设计了基于多维耦合的桥梁结构监测系统自检与远程控制系统，该系统可多方位对桥梁的健康信息进行监测，且监测信息能够实时、远程传输至监控中心，为决策人员进行信息判断和决策提供精确的信息。

基于多维耦合的桥梁结构监测系统自检与远程控制系统，包括传感器模块、数据采集模块、数据分析与处理模块和远程监控模块，传感器模块与数据采集模块连接并将桥梁结构上采集的信息传输至数据采集模块中，数据采集模块与数据分析与处理模块连接，数据采集模块将输入的信息转换成数字信号并传输至数据分析与处理模块中，数据分析与处理模块将输入的数字信号与预先设定的阈值进行对比分析，当监测的数值超过阈值时则向与其无线连接的远程监控模块发送预警信息，远程监控模块将预警信息进行显示以供决策人员进行决策。

进一步的，所述的传感器模块包括加速度计、温度计、地震计、风向风速计、速度计、变位计和GPS。

进一步的，所述的数据采集模块包括信号调理模块、A/D转换器、控制模块和通信接口，信号调理模块与A/D转换器连接，A/D转换器与控制模块连接，控制模块上设有通信接口，信号调理模块将输入的模拟信号进行滤波和放大后传输至A/D转换器，A/D转换器将模拟信号转换成控制模块可读的数字信号，控制模块通过通信接口将数字信号传输至数据分析与处理模块中。

进一步的，所述的数据分析与处理模块包括处理芯片、电源模块、无线通信模块和存储模块，电源模块、无线通信模块和存储模块均与处理芯片连接，电源模块对处理芯片和无线通信模块提供电能，处理芯片将输入的数字信号与设置的阈值进行对比和分析，当数字信号的数值处于阈值之外时，处理芯片将通过无线通信模块将数字信号无线发送至远程监控模块中，同时处理芯片将输入的数字信号传输至存储模块中进行存储，以供后续查阅。

进一步的，所述的远程监控模块包括控制芯片、电源模块、无线通信模块、物联网模块和存储模块，电源模块、无线通信模块、物联网模块和存储模块均与控制芯片连接。电源模块为各模块提供电能，远程监控模块通过无线通信模块与数据分析与处理模块无线连接并接收数据分析与处理模块发送的无线信号。控制芯片一方面将输入的无线信号传输至存储模块中进行存储，另一方面通过物联网模块将预警信息通过短信的形式发送至监控者的移动设备中，以进行远程监控预警。

本实用新型的有益效果是：该系统可多方位对桥梁的健康信息进行监测，且监测信息能够实时、远程传输至监控中心，为决策人员进行信息判断和决策提供精确的信息。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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是基于多维耦合的桥梁结构监测系统自检与远程控制系统的系统结构图；

图2是基于多维耦合的桥梁结构监测系统自检与远程控制系统的各模块的结构框图；

图3是所述传感器模块在悬吊体系桥梁上的布局示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-传感器模块，2-数据采集模块，3-数据分析与处理模块，4-远程监控模块，11-加速度计，12-温度计，13-地震计，14-风向风速计，15-速度计，16-变位计，17-GPS，21-信号调理模块，22-A/D转换器，23-控制模块，24-通信接口，31-处理芯片，32-电源模块，33-无线通信模块，34-存储模块，41-控制芯片，42-物联网模块，43-显示模块。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例中的加速度计11采用深圳市天士凯公司生产的GY-521型加速度传感器；温度计12采用深圳市天士凯公司生产的DS18B20型温度传感器模块；地震计13采用上海微悦科技公司生产的MSCA-4002C型微振动传感器、风向风速计14采用济南智泽公司生产的ZZ-WSS-MA型风向风速传感器；速度计15采用深圳天士凯公司生产的GY-291ADXL345型速度传感器；变位计16采用深圳天士凯公司生产的BX120-3AA型压力式应变传感器；GPS17采用NEO-7N型GPS传感器；信号调理模块21选用浙江美控公司生产的MIK-602S型信号调理器；A/D转换器22选用ADS1115型模数转换器；控制模块23选用TMS320F2833型芯片；处理芯片31选用TMS320C31型芯片，电源模块32选用AMS1117-5.0和AMS1117-3.3芯片，分别提供5V和3.3V电压进行供电；无线通信模块33选用USR-LTE-7S4 V2型全网通通信模块，支持2/3/4G通信；控制芯片41选用STM32F103C8T6(LQFP48)型芯片，物联网模块42选用PSF-B04芯片。

如图1所示，基于多维耦合的桥梁结构监测系统自检与远程控制系统，包括传感器模块1、数据采集模块2、数据分析与处理模块3和远程监控模块4，传感器模块1与数据采集模块2连接并将桥梁结构上采集的信息传输至数据采集模块2中，数据采集模块2与数据分析与处理模块3连接，数据采集模块2将输入的信息转换成数字信号并传输至数据分析与处理模块3中，数据分析与处理模块3将输入的数字信号与预先设定的阈值进行对比分析，当监测的数值超过阈值时则向与其无线连接的远程监控模块4发送预警信息，远程监控模块4将预警信息进行显示以及信息发送的方式以供决策人员进行决策。

如图2所示，传感器模块包括加速度计11、温度计12、地震计13、风向风速计14、速度计15、变位计16和GPS17。数据采集模块包括信号调理模块21、A/D转换器22、控制模块23和通信接口24，信号调理模块21与A/D转换器22连接，A/D转换器22与控制模块23连接，控制模块23上设有通信接口24，信号调理模块21将输入的模拟信号进行滤波和放大后传输至A/D转换器22，A/D转换器22将模拟信号转换成控制模块23可读的数字信号，控制模块23通过通信接口24将数字信号传输至数据分析与处理模块3中。

数据分析与处理模块3包括处理芯片31、电源模块32、无线通信模块33和存储模块34，电源模块32、无线通信模块33和存储模块34均与处理芯片31连接，电源模块32对处理芯片31和无线通信模块33提供电能，处理芯片31将输入的数字信号与设置的阈值进行对比和分析，当数字信号的数值处于阈值之外时，处理芯片将通过无线通信模块将数字信号无线发送至远程监控模块中，同时处理芯片31将输入的数字信号传输至存储模块34中进行存储，以供后续查阅。

远程监控模块4包括控制芯片41、电源模块32、无线通信模块33、物联网模块42、存储模块34和显示模块43，电源模块32、无线通信模块33、物联网模块42、存储模块34和显示模块43均与控制芯片41连接。电源模块32为各模块提供电能，远程监控模块4通过无线通信模块33与数据分析与处理模块3无线连接并接收数据分析与处理模块3发送的无线信号。控制芯片41一方面将输入的无线信号传输至存储模块34中进行存储并传输至显示模块43上进行显示，供值班人员进行决策；另一方面通过物联网模块42将预警信息通过短信的形式发送至监控者的移动设备中，以进行远程监控预警。

如图3所示，该悬吊桥由桥面、左桥墩、左塔架、右桥墩和右塔架组成，桥面的左端安设有加速度计11、温度计12、地震计13和GPS17，左桥墩左侧的桥面底部安设有风向风速计14，左桥墩上安设有加速度计11和变位计16，左塔架顶部安设有风向风速计14、速度计15、变位计16和GPS17，桥面的跨中左侧桥面底部安设有风向风速计14、速度计和GPS，右侧桥面底部安设有风向风速计14和速度计15，右桥墩上安设有加速度计11和变位计16，右塔架顶部安设有速度计15和变位计16，桥面右端安设有速度计11和地震计13。其中风速风向计获取桥梁不同部位的风向和风速信息，与气象部门提供的资料进行比较，根据实测的风特性资料以及桥梁的风致振动响应可以对抗风研究中的一些分析方法进行检验。温度计12可对桥梁各部位温度分布进行测量，并将监测信息与设计时的假定取值进行比较，对桥梁在实际温度作用下的安全性作出评价。变位计16和GPS17可测量出桥面各部位的挠度，将监测的挠度值与桥梁设计时采用的应允挠度进行比较，判断桥梁在动静荷载作用下的安全性能。地震计13、加速度计11和速度计15可对桥梁在地震荷载以及船舶撞击作用下的响应进行监测，并为震后对桥梁进行受地震作用的响应分析积累资料，从而可对震后桥梁的健康状态做出跟符合实际的分析。上述传感器将桥梁各区域的监测信息转换成模拟信号并传输至数据采集模块2中，数据采集模块2将模拟信号经过滤波、放大并转换成数字信号，经过控制模块的通信接口24传输至数据分析与处理模块3中，数据分析与处理模块3将传输的数字信号传输至存储模块34中中进行存储，同时将其与预先设定的阈值进行对比，当数字信号值超过阈值时，数据分析与处理模块3将该非正常数字信号通过无线通信模块33传输至远程监控模块4中，远程监控模块4将对该异常信息进行显示，同时物联网模块42将该异常信息编辑成短信发送至决策人员的移动设备中以防止桥梁出现重大事故。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.基于多维耦合的桥梁结构监测系统自检与远程控制系统，其特征在于，包括传感器模块、数据采集模块、数据分析与处理模块和远程监控模块，传感器模块与数据采集模块连接并将桥梁结构上采集的信息传输至数据采集模块中，数据采集模块与数据分析与处理模块连接，数据采集模块将输入的信息转换成数字信号并传输至数据分析与处理模块中，数据分析与处理模块将输入的数字信号与预先设定的阈值进行对比分析，当监测的数值超过阈值时则向与其无线连接的远程监控模块发送预警信息，远程监控模块将预警信息进行显示以供决策人员进行决策。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的传感器模块包括加速度计、温度计、地震计、风向风速计、速度计、变位计和GPS。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的数据采集模块包括信号调理模块、A/D转换器、控制模块和通信接口，信号调理模块与A/D转换器连接，A/D转换器与控制模块连接，控制模块上设有通信接口，信号调理模块将输入的模拟信号进行滤波和放大后传输至A/D转换器，A/D转换器将模拟信号转换成控制模块可读的数字信号，控制模块通过通信接口将数字信号传输至数据分析与处理模块中。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的数据分析与处理模块包括处理芯片、电源模块、无线通信模块和存储模块，电源模块、无线通信模块和存储模块均与处理芯片连接，电源模块对处理芯片和无线通信模块提供电能，处理芯片将输入的数字信号与设置的阈值进行对比和分析，当数字信号的数值处于阈值之外时，处理芯片将通过无线通信模块将数字信号无线发送至远程监控模块中，同时处理芯片将输入的数字信号传输至存储模块中进行存储，以供后续查阅。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的远程监控模块包括控制芯片、电源模块、无线通信模块、物联网模块和存储模块，电源模块、无线通信模块、物联网模块和存储模块均与控制芯片连接，电源模块为各模块提供电能，远程监控模块通过无线通信模块与数据分析与处理模块无线连接并接收数据分析与处理模块发送的无线信号，控制芯片一方面将输入的无线信号传输至存储模块中进行存储，另一方面通过物联网模块将预警信息通过短信的形式发送至监控者的移动设备中，以进行远程监控预警。

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