CN212931847U - 一种低功耗桥涵撞击检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种低功耗桥涵撞击检测装置，该低功耗桥涵撞击检测装置包括桥涵振动检测单元、低频信号过滤单元、主控单元、无线收发单元和自发电单元。桥涵振动检测单元的振动信号输出端与低频信号过滤单元的振动信号输入端相连，低频信号过滤单元的高频振动信号输出端与主控单元的高频振动信号输入端相连，主控单元同时与无线收发单元和自发电单元电性连接。本实用新型的低功耗桥涵撞击检测装置通过设置低频信号过滤单元而具备无效检测数据过滤功能，以解决现有桥涵撞击检测设备因不具备无效检测数据过滤功能而导致自身功耗高和对硬件要求高的问题。

Description

一种低功耗桥涵撞击检测装置

技术领域

本实用新型属于交通基础设施安全检测领域，更具体地，涉及一种低功耗桥涵撞击检测装置。

背景技术

近年来，随着我国交通事业的迅猛发展，公路、铁路交通基础设施快速兴建，桥涵作为交通线路上的枢纽，已然成为交通运输线路上的重要组成部分。安全一直是交通运输事业的立足根本，但随着交通运输量的不断增大，尤其是一些大型化、自卸式、拖挂集装箱式等超高运输车辆的出现，严重威胁桥涵安全运行，极易在“铁路跨公路”、“公路跨公路”等桥涵处发生撞击事故，造成桥涵设施发生损毁或严重位移，直接导致公共安全事故。

伴随着物联网和探测传感技术的发展，桥涵撞击检测技术日趋成熟。现有的桥涵撞击检测设备通常包括振动传感器、主控制器、通信模块、供电模块和电池，其工作模式为：振动传感器实时采集目标桥涵的振动信号并将采集到的振动信号发送至主控制器，主控制器将接收到的数据实时地或者定期地通过通信模块发送至后台监测中心，供电模块基于电池同时为振动传感器、主控制器和通信模块供电。

然而，现有的桥涵撞击检测设备不具备无效检测数据过滤功能，主控制器接收并发送的数据中包含比例极大的桥涵正常振动数据，这些桥涵正常振动数据对于桥涵撞击检测来说是毫无意义的。由于主控制器接收并发送的数据中存在着大量的无效检测数据，导致以下技术问题：

一、现有桥涵撞击检测设备的功耗高，续航时间短，需要经常更换电池。

二、现有桥涵撞击检测设备对主控制器的内存和通信模块的带宽的要求高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有桥涵撞击检测设备因不具备无效检测数据过滤功能而导致自身功耗高和对硬件要求高的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种低功耗桥涵撞击检测装置，该低功耗桥涵撞击检测装置包括桥涵振动检测单元、低频信号过滤单元、主控单元、无线收发单元和自发电单元；

所述桥涵振动检测单元的振动信号输出端与所述低频信号过滤单元的振动信号输入端相连，所述低频信号过滤单元的高频振动信号输出端与所述主控单元的高频振动信号输入端相连；

所述主控单元同时与所述无线收发单元和所述自发电单元电性连接。

作为优选的是，所述桥涵振动检测单元为加速度传感器。

作为优选的是，所述低频信号过滤单元为高通滤波器。

作为优选的是，所述主控单元为微处理器。

作为优选的是，所述无线收发单元为无线收发模块，该无线收发模块配置有天线。

作为优选的是，所述自发电单元包括光伏板、电池和电源控制模块；

所述光伏板和所述电池均与所述电源控制模块电性连接，所述电源控制模块与所述主控单元电性连接。

作为优选的是，所述低功耗桥涵撞击检测装置还包括工作状态指示单元，该工作状态指示单元与所述主控单元电性连接。

作为优选的是，所述低功耗桥涵撞击检测装置还包括频率阈值调整单元，该频率阈值调整单元与所述低频信号过滤单元电性连接。

作为优选的是，所述低功耗桥涵撞击检测装置还包括数据缓存单元，该数据缓存单元与所述主控单元电性连接。

作为优选的是，所述低功耗桥涵撞击检测装置还包括壳体，所述桥涵振动检测单元、所述低频信号过滤单元、所述主控单元、所述无线收发单元和所述自发电单元的除发电组件外的功能子单元通过所述壳体实现物理空间上的集成，所述壳体固设在目标检测桥涵的主梁上。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的低功耗桥涵撞击检测装置，低频信号过滤单元用于过滤桥涵振动检测单元检测到的低频振动信号，这些低频振动信号为桥涵正常振动数据，属于无效检测数据。由此可知，本实用新型的低功耗桥涵撞击检测装置通过设置低频信号过滤单元实现了对无效检测数据的过滤，使得主控单元接收及通过无线收发单元对外发送的数据均为有效检测数据。因此，本实用新型的低功耗桥涵撞击检测装置能够有效地解决现有桥涵撞击检测设备因不具备无效检测数据过滤功能而导致自身功耗高和对硬件要求高的问题。

本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本实用新型的实施例的低功耗桥涵撞击检测装置的原理框图。

图2示出了根据本实用新型的实施例的低功耗桥涵撞击检测装置的结构示意图。

图3示出了根据本实用新型的实施例的低功耗桥涵撞击检测装置的安装示意图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

实施例：图1示出了根据本实用新型的实施例的低功耗桥涵撞击检测装置的原理框图。参照图1，本实施例的低功耗桥涵撞击检测装置包括桥涵振动检测单元、低频信号过滤单元、主控单元、无线收发单元、自发电单元、工作状态指示单元、频率阈值调整单元和数据缓存单元；

桥涵振动检测单元的振动信号输出端与低频信号过滤单元的振动信号输入端相连，低频信号过滤单元的高频振动信号输出端与主控单元的高频振动信号输入端相连；

主控单元与无线收发单元电性连接，并通过无线收发单元将接收到的桥涵振动数据，即高频振动信号，发送至后台监测中心；

自发电单元电与主控单元电性连接，用于同时为所述低功耗桥涵撞击检测装置的各个用电单元供电；

工作状态指示单元与主控单元电性连接，用于指示所述低功耗桥涵撞击检测装置的工作状态，所述低功耗桥涵撞击检测装置的工作状态包括工作和休眠两种：

当桥涵振动检测单元检测到的振动信号为低频信号时，由于低频信号过滤单元的过滤作用，主控单元接收不到上述低频信号，更不会对外发送上述低频信号，此时所述低功耗桥涵撞击检测装置处于休眠状态。

当目标检测桥涵受撞击时，桥涵振动检测单元检测到的振动信号为高频信号，所述高频信号得以通过低频信号过滤单元而被主控单元所接收，主控单元通过无线收发单元实时或者定期地将接收到的高频信号，即桥涵振动数据发送至后台监测中心，此时所述低功耗桥涵撞击检测装置处于工作状态。

具体地，工作状态指示单元包括绿色指示灯和红色指示灯，当所述低功耗桥涵撞击检测装置处于工作状态时，绿色指示灯亮起；当所述所述低功耗桥涵撞击检测装置处于休眠状态时，红色指示灯亮起。

本实施例的低功耗桥涵撞击检测装置，基于桥涵撞击事故的特殊性，主控单元采用触发式数据采集机制，只有在撞击事故发生瞬间，主控单元启动数据采集流程，对当前桥涵撞击后所产生的振动强度和位移进行采集，最大程度降低前端设备整体功耗。

数据缓存单元与主控单元电性连接，用于对主控单元接收到数据进行存储。

频率阈值调整单元与低频信号过滤单元电性连接，用于调整低频信号过滤单元的频率阈值，当振动信号的频率低于低频信号过滤单元的频率阈值时，该振动信号无法通过低频信号过滤单元；当振动信号的频率大于或等于低频信号过滤单元的频率阈值时，该振动信号能够通过低频信号过滤单元。

图2示出了根据本实用新型的实施例的低功耗桥涵撞击检测装置的结构示意图。图3示出了根据本实用新型的实施例的低功耗桥涵撞击检测装置的安装示意图。参照图2和图3，本实施例中，桥涵振动检测单元为加速度传感器1，加速度传感器1为三轴加速度传感器，低频信号过滤单元为高通滤波器2，加速度传感器1和高通滤波器2采用集成模块的形式实现。

主控单元为微处理器3，数据缓存单元为缓冲存储器4，微处理器3采用微型、低功耗的嵌入式控制芯片。

无线收发单元为无线收发模块5，微处理器3能够通过无线收发模块5与后台监测中心进行双向通信。无线收发模块5配置有天线6，无线收发模块5为4G模组、5G模组或者NB-IoT模组，天线6选用可靠性高、抗干扰能力强的单鞭天线。

自发电单元包括光伏板7、电池8和电源控制模块9，电池8采用12V的高性能锂电池，高性能锂电池具有充放电稳定的特点，能够适应低温工作环境。光伏板7通过电源控制模块9为电池8充电，电源控制模块9控制电池8对所述低功耗桥涵撞击检测装置的各个用电单元供电。

本实施例中，当光伏板7发电量充足时，光伏板7通过电源控制模块9为电池8充电，同时为所述低功耗桥涵撞击检测装置的各个用电单元供电；当光伏板7发电量不足时，电源控制模块9启动电池供电模式。本实施例的低功耗桥涵撞击检测装置因采用光伏发电的方式而极大程度地提升了自身的续航能力，使得本实施例的低功耗桥涵撞击检测装置更适应于不具备市电接入条件的工作场景。

本实施例的低功耗桥涵撞击检测装置还包括壳体10，加速度传感器1、高通滤波器2、微处理器3、缓冲存储器4和无线收发模块5均设置在壳体10内并集成于一块电路板上。与无线收发模块5的天线6伸出壳体10，并能够360°旋转，如此设置，便于无线收发模块5与相应的通信基站建立通信链路，进而确保数据传输的稳定性。

电池8和电源控制模块9均设置壳体10内，在壳体10上设置有光伏接口11，电源控制模块9通过光伏接口11与光伏板7电性连接。

频率阈值调整单元为调试接口12，调试接口12与高通滤波器2电性连接，调试接口12设置在壳体10上。

壳体10通过设置在其侧壁上的装置固定件13固设在目标检测桥涵的主梁14上，光伏板7通过电源导线15与电源控制模块9相连。

本实施例中，壳体10为封闭外壳，光伏接口11和调试接口12均采用航空插头，如此设置，使得所述低功耗桥涵撞击检测装置具备良好的防水、防尘能力，进而适合长时间工作于野外环境。

本实施例的低功耗桥涵撞击检测装置不仅可固定在铁路、公路桥涵上，还可以安装在限高防护架及其他交通设施上，除了采用装置固定件13和相匹配的螺栓固定，还可以采用抱箍固定。低功耗桥涵撞击检测装置的安装位置靠近撞击点，以便能够最大程度监测撞击事故。光伏板7可根据具体环境进行安装，一般情况下，光伏板7与所述低功耗桥涵撞击检测装置的主体的间距不超过1米，光伏板7采用螺栓或抱箍进行固定。

本实施例的低功耗桥涵撞击检测装置尤其适用于不具备有线网络和市电接入条件的野外偏远地区的桥涵撞击事故检测，当发生桥涵撞击事故时，所述低功耗桥涵撞击检测装置由休眠状态转为工作状态，并将采集到的桥涵振动数据发送至后台监测中心，以使桥涵管理单位及相关人员能够及时发现及应对桥涵撞击事故，进而确保公共交通安全。

本实施例的低功耗桥涵撞击检测装置的技术优势在于很好地解决了由于网络、供电等方面造成的桥涵监测困难的问题，其采用自组网、自供电方式，建立装置与后台监测中心的数据通信链路，形成采集数据的实时回传，并以光伏设备作为外部电源保障，形成装置的自供电工作机制，实现对桥涵设施全天时、全天候的有效监测。同时，为精准采集到桥涵撞击的数据信息，在采集数据前增加高通滤波机制，有效过滤其他外部因素造成的干扰。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种低功耗桥涵撞击检测装置，其特征在于，包括桥涵振动检测单元、低频信号过滤单元、主控单元、无线收发单元和自发电单元；

所述桥涵振动检测单元的振动信号输出端与所述低频信号过滤单元的振动信号输入端相连，所述低频信号过滤单元的高频振动信号输出端与所述主控单元的高频振动信号输入端相连；

所述主控单元同时与所述无线收发单元和所述自发电单元电性连接。

2.根据权利要求1所述的低功耗桥涵撞击检测装置，其特征在于，所述桥涵振动检测单元为加速度传感器。

3.根据权利要求1所述的低功耗桥涵撞击检测装置，其特征在于，所述低频信号过滤单元为高通滤波器。

4.根据权利要求1所述的低功耗桥涵撞击检测装置，其特征在于，所述主控单元为微处理器。

5.根据权利要求1所述的低功耗桥涵撞击检测装置，其特征在于，所述无线收发单元为无线收发模块，该无线收发模块配置有天线。

6.根据权利要求1所述的低功耗桥涵撞击检测装置，其特征在于，所述自发电单元包括光伏板、电池和电源控制模块；

所述光伏板和所述电池均与所述电源控制模块电性连接，所述电源控制模块与所述主控单元电性连接。

7.根据权利要求1所述的低功耗桥涵撞击检测装置，其特征在于，还包括工作状态指示单元，该工作状态指示单元与所述主控单元电性连接。

8.根据权利要求1所述的低功耗桥涵撞击检测装置，其特征在于，还包括频率阈值调整单元，该频率阈值调整单元与所述低频信号过滤单元电性连接。

9.根据权利要求1所述的低功耗桥涵撞击检测装置，其特征在于，还包括数据缓存单元，该数据缓存单元与所述主控单元电性连接。

10.根据权利要求1所述的低功耗桥涵撞击检测装置，其特征在于，还包括壳体，所述桥涵振动检测单元、所述低频信号过滤单元、所述主控单元、所述无线收发单元和所述自发电单元的除发电组件外的功能子单元通过所述壳体实现物理空间上的集成，所述壳体固设在目标检测桥涵的主梁上。

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