CN212227972U - 一种无线裂缝监测仪 - Google Patents

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陈应凯
廖淑华
郭亮
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Abstract

本实用新型提供一种无线裂缝监测仪,包括防护机箱、通信定位模块、充放电控制模块、拉绳位移传感器和用于实现控制与裂缝监测功能的采集控制主板;所述通信定位模块、充放电控制模块、拉绳位移传感器和采集控制主板安装于所述控制机箱内部;组合天线安装于所述防护机箱外部;所述采集控制主板分别与所述通信定位模块、充放电控制模块和拉绳位移传感器连接;所述组合天线与所述通信定位模块连接。本实用新型的无线裂缝监测仪满足智能化监测的需求,可在恶劣条件下工作;具有一秒快速响应、报警、上报周期和自动调整功能,值得推广应用。

Description

一种无线裂缝监测仪
技术领域
本实用新型属于裂缝监测设备技术领域,尤其涉及的是一种无线裂缝监测仪。
背景技术
现有的对滑坡、危岩、不稳定斜坡等隐患点的建(构)筑物的裂缝的监测使用的监测仪,多采用分体式结构,其集成度低,需要单独采购采集仪、通信模块、供电系统和传感器,性能不稳定,且只能测得裂缝的变化数据,由于温漂产生的影响,测量的精度无法保证,并且也无法对裂缝的开张和变化量进行计算,不能对建筑物在灾害发生时所产生的倾斜角度进行监测和测量。现有的没有定位功能,无法保证数据的采集,因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
为了解决上述技术问题,本实用新型的目的在于提供一种无线裂缝监测仪。
本实用新型的方案如下:
一种无线裂缝监测仪,包括防护机箱、通信定位模块、充放电控制模块、拉绳位移传感器和用于实现控制与裂缝监测功能的采集控制主板;所述通信定位模块、充放电控制模块、拉绳位移传感器和采集控制主板安装于所述控制机箱内部;组合天线安装于所述防护机箱外部;所述采集控制主板分别与所述通信定位模块、充放电控制模块和拉绳位移传感器连接;所述组合天线与所述通信定位模块连接。
进一步的,本实用新型的无线裂缝检测仪还包括倾角传感器,所述倾角传感器安装于所述防护机箱内部,与所述采集控制主板连接。
本实用新型的有益效果:
1、一体式设计、集成度高:内置了位移传感器、倾角传感器,还包括采集控制主板、通信定位模块、锂电池/太阳能板等。
2、低功耗设计:采用低功耗处理器及电子元器件,仪器不工作时可进入休眠模式,平均工作功耗小于1W,待机功耗小于0.5mW。
3、大量程、测量精度高:采用大量程、高精度的拉绳位移传感器,位移量程600~4000mm可选,位移精度0.1%F.S~0.25%F.S可选。
4、支持北斗/GPS/GLONASS定位功能,可通过服务器查询仪器安装位置。
5、快速响应:1秒快速响应,发现数据超过阈值时,立即上报监测数据并开启本地报警,同时可加快数据的上报周期。
本实用新型的无线裂缝监测仪满足智能化监测的需求,可在恶劣条件下工作;具有报警及上报周期自动调整功能,发现数据超过阈值时,快速反应,立即上报监测数据并报警,同时可加快数据的上报周期;采用电阻式拉绳位移传感器对裂缝变化量进行测量;双轴倾角传感器(垂直)对墙裂缝倾斜角度、温度信号进行测量。通过测量电阻式的拉绳位移传感器电阻的变化,计算裂缝的开张和闭合的变化量;通过倾角传感器采集重力加速度在传感器敏感轴上的分量大小,计算倾角大小;通过传感器内部提供温度补偿电路不断修正温漂带来的影响,提高了传感器的采集精度。将数据通过无线通信网络发送到服务器,同时服务器通过无线网络发送下行命令。
附图说明
图1是本实用新型一种实施例的无线裂缝监测仪框图。
图2是本实用新型另一种实施例的无线裂缝监测仪框图。
图3是本实用新型实施例的无线裂缝监测仪的采集控制主板框图。
图4是本实用新型实施例的无线裂缝监测仪的位移信号采集电路框图。
图5是本实用新型实施例的无线裂缝监测仪的通信定位模块电路框图。
附图说明:100-防护机箱,200-通信定位模块,210-通信模组,220-定位模组,300-采集控制主板,310-处理器,320-位移信号采集电路,321-零漂移运算放大器,322-基准电压芯片,323-Σ-Δ型模数转换器,330-实时时钟,340-存储模块,400-充放电控制模块,500-拉绳位移传感器,600-组合天线,700-倾角传感器,800-声光报警器,900-太阳能板。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示暗示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一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接或可以相互通讯;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。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实用新型中的具体含义。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然,它们仅仅为示例,并且目的不在于限制本实用新型。此外,本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母,这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外,本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子,但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参照图1,一种无线裂缝监测仪,包括防护机箱100、通信定位模块200、采集控制主板300、充放电控制模块400和拉绳位移传感器500;该通信定位模块200、采集控制主板300、充放电控制模块400和拉绳位移传感器500安装于防护机箱100内部;组合天线600安装于防护机箱100的外部;该采集控制主板300分别与通信定位模块200、充放电控制模块400和拉绳位移传感器500连接;该组合天线600与通信定位模块200连接。
在实际应用中,该防护机箱100为防水机箱,可以达到防水、防潮、防尘、防电磁干扰效果,提高仪器的稳定性、可靠性以及环境适应性。通信定位模块200通过组合天线600实现与外部服务器的通信与定位功能,将测量数据传输到外部服务器,并对信号强度进行监控,获取仪器当前所在的位置,便于维护及管理,该通信定位模块200为现有技术,在此不再赘述。充放电控制模块400,实现监测仪电源的充放电控制,实现监测仪在野外长期不间断的工作,并提供监测仪电源的过充、过放、过温、过流保护,防止电源损坏。拉绳位移传感器400具有结构紧凑、测量行程长、安装空间尺寸小、测量精度高、可靠性好、防护等级高、寿命长、维护少等特点。
具体的,采集控制主板300实现控制与裂缝监测功能,其分别与通信定位模块200、充放电控制模块400和拉绳位移传感器500连接,通过测量拉绳位移传感器500电阻的变化,来计算裂缝的开张和闭合的变化量。
在一个优选的实施方式中,本实用新型的无线裂缝监测仪还包括倾角传感器700,该倾角传感器700安装于防护机箱100内部,与采集控制主板300连接。
在实际应用中,该倾角传感器700为现有技术,具体的为双轴倾角传感器,利用倾角传感器700计算出倾角大小的算法为本领域技术人员的公知常识,在此不在赘述。
在一个优选的实施方式中,本实用新型的无线裂缝监测仪的采集控制主板300包括处理器310、位移信号采集电路320、实时时钟330、存储模块340;该处理器310分别与位移信号采集电路320、实时时钟340、存储模块350连接。
在实际应用中,位移信号采集电路320,将拉绳位移传感器500的信号进行放大和模数转换,然后送入处理器310进行位移的精确测量。处理器310采用高性能、低功耗32位ARM处理器,对整个系统进行管理、控制,对测量数据进行处理,并实现MQTT、CoAP物联网通信协议与外部服务器进行指令和数据的交互,此交互方式与实现手段为本领域技术人员的公知常识,在此不再赘述。实时时钟330,可对外部服务器进行时间同步,确保数据采集及上传时间同步,及数据实时管理,对采集周期及上报周期进行时间管理。存储模块340,为具有存储功能的模块,如内置SD卡,串行FLASH等,此为现有技术,在此不再赘述。当通信故障时将离线数据存储在存储模块中,当通信恢复时,将离线数据上传至外部服务器。
在其他的优选的实施方式中,如图3所示,位移信号采集电路320包括零漂移运算放大器321、基准电压芯片322、Σ-Δ型模数转换器323;该零漂移运算放大器321分别与拉绳位移传感器500和Σ-Δ型模数转换器323连接;该基准电压芯片322与拉绳位移传感器500和Σ-Δ型模数转换器323连接。
在实际应用中,该位移信号采集电路320采样采用高分辨率的Σ-Δ型模数转换器323,并使用基准电压芯片322同时为拉绳位移传感器500和Σ-Δ型模数转换器323提供相同的电压基准,当温度变化或其他原因导致拉绳位移传感器500电阻和电压变化时,Σ-Δ型模数转换器323提供相同的基准电压对位移信号和模数转换产生同等比例变化,采集数据不变,能有效的抑制温漂和电源稳定性带来的误差;同时采用零漂移运放,再结合Σ-Δ型模数转换器323采用MCU采样滤波方法,能解决仪器长期野外工作带来的温漂和时漂误差,并提供高稳定性、高精度、高分辨率的采样数据。
在一个优选的实施方式中,本实用新型的无线裂缝监测仪,还包括声光报警器800,该声光报警器800与采集控制主板300连接。
在实际应用中,采集控制主板300的处理器310在算法中设置阈值,在对接收到的位移信号采集电路310的采样数据进行滤波、计算等处理后,与该阈值进行比较,若采样数据超过该阈值,立即控制开启声光报警器800进行报警。
在其他的优选的实施方式中,本实用新型的无线裂缝监测仪,还包括位于防护机箱100外部的太阳能板900;该太阳能板900与充放电控制模块400连接。
在实际使用时,太阳能板900连接到充放电控制板400,保证监测仪在野外不间断的工作。当采集控制主板300监测到采样数据超过该阈值,在控制开启声光报警器800进行报警的同时,通过通信定位模块200与异地的声光报警器通信,开启异地声光报警器,实现异地报警功能。
在其他的优选的实施方式中,通信定位模块200包括通信模组210和定位模组220。
具体的,该通信模组210包括NB模块、GPRS模块、4G模块中的一种或几种。
该定位模组220包括北斗模块、GPS模块、GLONASS模块中的一种或几种。
在实际应用中,监测仪在测量到这些数据后通过NB、GPRS、4G等无线通信网络将数据发送到服务器,服务器也可通过这些网络向监测仪发送下行命令。同时通过定位模组220,获取检测仪当前所在的位置,便于维护及管理。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式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方式或示例中。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方式或示例。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方式或示例中以合适的方式结合。
综上所述,虽然本实用新型已以优选实施例揭露如上,但上述优选实施例并非用以限制本实用新型,本领域的普通技术人员,在不脱离本实用新型的精神和范围内,均可作各种更动与润饰,因此本实用新型的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种无线裂缝监测仪,其特征在于,包括防护机箱、通信定位模块、充放电控制模块、拉绳位移传感器和用于实现控制与裂缝监测功能的采集控制主板;所述通信定位模块、充放电控制模块、拉绳位移传感器和采集控制主板安装于控制机箱内部;组合天线安装于所述防护机箱外部;所述采集控制主板分别与所述通信定位模块、充放电控制模块和拉绳位移传感器连接;所述组合天线与所述通信定位模块连接。
2.根据权利要求1所述的无线裂缝监测仪,其特征在于,还包括倾角传感器,所述倾角传感器安装于所述防护机箱内部,与所述采集控制主板连接。
3.根据权利要求1所述的无线裂缝监测仪,其特征在于,所述采集控制主板包括处理器、位移信号采集电路、实时时钟和存储模块;所述处理器分别与所述位移信号采集电路、实时时钟、存储模块连接。
4.根据权利要求3所述的无线裂缝监测仪,其特征在于,所述位移信号采集电路包括零漂移运算放大器、基准电压芯片、Σ-Δ型模数转换器;所述零漂移运算放大器分别与所述拉绳位移传感器和Σ-Δ型模数转换器连接;所述基准电压芯片与所述拉绳位移传感器和所述Σ-Δ型模数转换器连接。
5.根据权利要求1所述的无线裂缝监测仪,其特征在于,还包括声光报警器,所述声光报警器与所述采集控制主板连接。
6.根据权利要求1所述的无线裂缝监测仪,其特征在于,还包括位于所述防护机箱外部的太阳能板;所述太阳能板与所述充放电控制模块连接。
7.根据权利要求1所述的无线裂缝监测仪,其特征在于,所述通信定位模块包括通信模组和定位模组。
8.根据权利要求7所述的无线裂缝监测仪,其特征在于,所述通信模组为NB模块、GPRS模块、4G模块中的一种。
9.根据权利要求8所述的无线裂缝监测仪,其特征在于,所述定位模组包括北斗模块、GPS模块、GLONASS模块中的一种或几种。
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Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of utility model: A wireless crack monitoring instrument

Granted publication date: 20201225

Pledgee: Chongqing Three Gorges Bank Co.,Ltd. Dadukou Branch

Pledgor: CHONGQING STARNAV SYSTEMS CO.,LTD.

Registration number: Y2024980010661