CN212779182U - 基于无线传感器的结构变形观测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于无线传感器的结构变形观测系统，其包括主机以及若干与主机无线连接的测量节点，所述测量节点设有至少一个用于检测测量点环境中温湿度的温湿度传感器、一组沿同方向排列的用于检测测量点倾斜角度的倾角传感器以及静力水准仪，其中温湿度传感器、倾角传感器以及静力水准仪之间通过无线网络通信连接。利用温湿度传感器采集测量点环境中的温湿度数据，以此来作为其他传感器数据的评估要素，相比传统的温度计、湿度计，电子温湿度传感器具有极高的精度，稳定性高，能够适应各种环境，简便的数字信号输出，无需人工读数。

Description

基于无线传感器的结构变形观测系统

技术领域

本实用新型属于建筑观测领域，具体涉及一种基于无线传感器的结构变形观测系统。

背景技术

目前多采用光学或红外测距技术对建构筑物的竖向（沉降）、水平位移进行对比测量，计算位移变形情况。

竖向位移观测常用水准测量，又名“几何水准测量”，是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。在地面两点间安置水准仪，观测竖立在两点上的水准标尺，按尺上读数推算两点间的高差。通常由水准原点或任一已知高程点出发，沿选定的水准路线逐站测定各点的高程。由于变形观测属于精密测量，测量精度根据《建筑变形测量规范》JGJ8-2016对测站高差中误差：二等测量0.5mm，三等测量1.5mm，该方法为野外测量，测距大（视线长度3~75m），受现场环境条件影响，测量精度控制难度大，测量技术要求高，人力成本大，极端天气条件下难以施测。

竖向位移观测另一新技术--采用静力水准仪测量，目前主要应用于地铁、核电站等重大建构筑物，静力水准仪一般安装在被测物体等高的测墩上或被测物体侧壁等标高上，多个静力水准仪的容器用通液管联接，每一容器的液位由相关传感器测出，进而可测出各测点的液位变化量。在静力水准仪的系统中，所有各测点的垂直位移均是相对于其中的一点(又叫基准点)变化，该点的垂直位移是相对恒定的或者是可用其它方式准确确定，以便能精确计算出静力水准仪系统各测点的沉降变化量。缺点是需要外接市电，现场拉线、接电繁琐，特别是如危化储油罐、无市电接入地段、数据线的安全保护等均有不便。

倾斜观测是量测建构筑物表面测点的水平位移，目前主要使用全站仪采用极坐标法、前方交会法和自由设站法等方法进行测量。采用全站仪进行精密测量不仅技术难度大，且仪器测量精度低，如三等测量精度要求为≤（2mm+2ppm）。该方法同样为野外测量，其缺点同水准测量。

水准测量和全站仪测量在作为精密测量时共同的问题是测量技术要求高且操作繁琐，而普通技术员日常施测工作量大，作为普测手段随着人力成本的日益增加而难以维计，这也是造成目前大多数测试数据虚假的根本原因。因同为野外测量，受现场环境条件影响大，人力成本大，稍微恶劣天气条件下即难以施测、难以保证测量精度。

现有技术主要是通过人工定期（每天/每周/每月）到现场用水准仪或全站仪检测构筑物沉降量及倾斜量；通过查询天气预报来获取当日的温湿度；人工记录下全部测试数据，回到室内后进行汇总统计。

现有技术的缺点与不足是：

（1）监测间隔过长（一天甚至一个月测量一次），不能达到及时预警目的；

（2）安装维护繁琐。采用的测斜传感器为有线连接，安装保护都很麻烦，每次测试时必须连接测试仪读数，费时费力；

（3）水准仪或全站仪测量高程，对技术要求高，需多人（至少2人）才能完成测量工作，费时费力；

（4）国内也有自动监测系统，但使用的无线传感器电池工作时间短（一般为2-3个月），监测频率低（一天监测1-2次数据），需频繁更换电池，不能达到免维护目的；主机采用220V供电，安全隐患大，受制于工地供电，需特殊保护；

（5）由于采用220V供电及经常要进入测量现场，对危险场所（如油罐区），难以满足安全及消防要求；

（6）监测数据没有实现信息化、网络化，无法达到实时预警目的。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于无线传感器的结构变形观测系统。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种基于无线传感器的结构变形观测系统，其包括主机以及若干与主机无线连接的测量节点，所述测量节点设有至少一个用于检测测量点环境中温湿度的温湿度传感器、一组沿同方向排列的用于检测测量点倾斜角度的倾角传感器以及静力水准仪，其中温湿度传感器、倾角传感器以及静力水准仪之间通过无线网络通信连接。

所述温湿度传感器为无线温湿度传感器。

所述倾角传感器为无线倾角传感器。

所述主机设有锂电池与太阳能板，所述锂电池与太阳能板之间通过光电转换模块电连接。

所述主机通过无线网络与监测平台通信连接。

所述监测平台与若干移动终端通信连接，且可将监测平台接收到的测量数据发至移动终端，并于移动终端的界面显示。

所述监测平台设有报警模块，在测量数据超过设定阈值时发送报警信号至移动终端。

本实用新型的有益效果：利用温湿度传感器采集测量点环境中的温湿度数据，以此来作为其他传感器数据的评估要素，相比传统的温度计、湿度计，电子温湿度传感器具有极高的精度，稳定性高，能够适应各种环境，简便的数字信号输出，无需人工读数。同时每个传感器相互组网，各自都为无线传感器网络中的一个节点，相互传输数据，可以在大范围内保持稳定可靠的数据传输，而不用担心距离过远导致无法接收数据。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构图。

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的一部分实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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，除非另有明确的限定。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。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提供了一种基于无线传感器的结构变形观测系统，其包括主机以及若干与主机无线连接的测量节点，测量节点与主机之间通过zigbee物联技术实现各个设备之间的无线连接，摆脱数据的有线传输，每个无线设备相互组网，各自都为无线传感器网络中的一个节点，相互传输数据，可以在大范围内保持稳定可靠的数据传输，而不用担心距离过远导致无法接收数据。所述测量节点设有至少一个用于检测测量点环境中温湿度的温湿度传感器、一组沿同方向排列的用于检测测量点倾斜角度的倾角传感器以及静力水准仪，其中温湿度传感器、倾角传感器以及静力水准仪之间通过无线网络通信连接。

其中所述温湿度传感器为无线温湿度传感器，采用超低功耗免维护的无线温湿度传感器，代替传统天气预报信息，电池使用寿命达到4年以上，获取构筑物现场的实时温湿度信息。

采集测量点环境中的温湿度数据，以此来作为其他传感器数据的评估要素。相比传统的温度计、湿度计，电子温湿度传感器具有极高的精度，稳定性高，能够适应各种环境，简便的数字信号输出，无需人工读数。

所述倾角传感器为无线倾角传感器，采用极低功耗、无线传输技术使用无线倾角传感器，利用倾斜线性特征或近线性特征，沿同一纵向（或方向）通过布置一定数量的倾角传感器测量倾角变化量间接统计分析得到倾斜变化。

所述主机设有锂电池与太阳能板，所述锂电池与太阳能板之间通过光电转换模块电连接。主机采用太阳能供电，配备大容量锂电池，阳光充裕的天气充满电后，能够在阴雨天气下连续工作10天，可解决野外供电问题，使得系统安装使用更加简单、可靠。

所述主机通过无线网络与监测平台通信连接。

所述监测平台与若干移动终端通信连接，且可将监测平台接收到的测量数据发至移动终端，并于移动终端的界面显示。

所述监测平台设有报警模块，在测量数据超过设定阈值时发送报警信号至移动终端。

主机收集各个测量节点的传感器数据，通过4G网络发送到监测平台或服务器，便可以在电脑端，手机端等多平台同步显示测量数据，大大减轻了劳动强度，无需人工值守、抄表等繁琐操作。当数据出现异常，超过预设的阈值，会及时通过多平台同步推送报警信息，通知人员及时前往查看，保障建构筑物的安全。

通过超强的节能设计，使整套系统功耗极低（平均功耗小于1W），采用太阳能供电，对现场的供电环境无要求，极大地适应了野外工作环境；

系统采用的是低压低功率太阳能（12V60W以下）和3.6V电池供电，无需220V电源，满足危化场所的本安要求。

实施例不应视为对本实用新型的限制，但任何基于本实用新型的精神所作的改进，都应在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于无线传感器的结构变形观测系统，其特征在于：其包括主机以及若干与主机无线连接的测量节点，所述测量节点设有至少一个用于检测测量点环境中温湿度的温湿度传感器、一组沿同方向排列的用于检测测量点倾斜角度的倾角传感器以及静力水准仪，其中温湿度传感器、倾角传感器以及静力水准仪之间通过无线网络通信连接。

2.根据权利要求1所述的基于无线传感器的结构变形观测系统，其特征在于：所述温湿度传感器为无线温湿度传感器。

3.根据权利要求1所述的基于无线传感器的结构变形观测系统，其特征在于：所述倾角传感器为无线倾角传感器。

4.根据权利要求1所述的基于无线传感器的结构变形观测系统，其特征在于：所述主机设有锂电池与太阳能板，所述锂电池与太阳能板之间通过光电转换模块电连接。

5.根据权利要求1所述的基于无线传感器的结构变形观测系统，其特征在于：所述主机通过无线网络与监测平台通信连接。

6.根据权利要求5所述的基于无线传感器的结构变形观测系统，其特征在于：所述监测平台与若干移动终端通信连接，且可将监测平台接收到的测量数据发至移动终端，并于移动终端的界面显示。

7.根据权利要求5所述的基于无线传感器的结构变形观测系统，其特征在于：所述监测平台设有报警模块，在测量数据超过设定阈值时发送报警信号至移动终端。

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