CN213714258U

CN213714258U - 一种倾角挠度监测系统

Info

Publication number: CN213714258U
Application number: CN202023305738.9U
Authority: CN
Inventors: 魏世玉; 王金明; 孙驰淦; 张子真; 简松; 孙玉辉
Original assignee: BGI ENGINEERING CONSULTANTS Ltd; Zhongke Summit Intelligent Technology Chongqing Co ltd
Current assignee: BGI ENGINEERING CONSULTANTS Ltd; Zhongke Summit Intelligent Technology Chongqing Co ltd
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2021-07-16
Anticipated expiration: 2030-12-30

Abstract

本实用新型提供一种倾角挠度监测系统，包括：传感器组件、远程终端控制器和供电模块；所述传感器组件与所述远程终端控制器通信连接，所述供电模块与所述传感器组件和所述远程终端控制器电连接；所述传感器组件包括有环绕设置的2n+1枚倾角传感芯片，其中n≥1且为整数，所述2n+1枚倾角传感芯片构成传感组，且所有倾角传感芯片轴系保持一致，根据所述倾角传感芯片实时获取观测值；所述远程终端控制器用于根据所述观测值获取合格观测值并检测，根据检测结果通过时间驱动方式或事件驱动方式将所述合格观测值传输至云端服务器。本实用新型采用面观测方式获取多个观测值，能够进行粗差识别和剔除，提高了观测数据的可靠性。

Description

一种倾角挠度监测系统

技术领域

本实用新型涉及倾角传感芯片测量技术领域，尤其涉及一种倾角挠度监测系统。

背景技术

挠度是指建(构)筑物或其构件在受力或因非均匀温度变化，杆件轴线在垂直于轴线方向的线位移或板壳面在垂直于中面方向的线位移。据结构设计规范，受弯构件设计时应充分考虑其挠度效应，其最大挠度应按荷载效应的标准组合并考虑荷载长期作用影响进行计算。为保证结构运行安全，开展挠度观测及评价是非常有必要的。

目前对于悬挑建(构)筑物或桥梁等结构的挠度监测，主要有两大类观测方式，一是以几何水准、TPS测小角、百分表等为代表的人工观测法等；二是以静力水准、位移计、倾角传感等为代表的自动化观测法。但是采用人工观测方法采样，不能够满足自动化，实时动态监测需求；现有的自动化观测法中静力水准和位移计均存在观测基准选取困难的弊端；而倾角传感欠缺突变检测能力，导致观测数据的可靠性不明确。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种倾角挠度监测系统。

一种倾角挠度监测系统，包括：传感器组件、远程终端控制器和供电模块；所述传感器组件与所述远程终端控制器通信连接，所述供电模块与所述传感器组件和所述远程终端控制器电连接；所述传感器组件包括有环绕设置的2n+1枚倾角传感芯片，其中n≥1且为整数，所述2n+1枚倾角传感芯片构成传感组，且所有倾角传感芯片轴系保持一致，根据所述倾角传感芯片实时获取观测值；所述远程终端控制器用于根据所述观测值获取合格观测值并检测，根据检测结果通过时间驱动方式或事件驱动方式将所述合格观测值传输至云端服务器。

在其中一个实施例中，所述传感器组件包括：传感器外壳、传感器内壳、传感器主板、安装连接件、阻尼垫、和航空插座；所述传感器内壳固定在所述传感器外壳内；所述传感器主板设置在所述传感器内壳内，并通过环氧树脂密封；所述安装连接件设置在所述传感器外壳底部，用于安装所述传感器组件；所述阻尼垫用于定位所述传感器主板和减震；所述传感器内壳底部设置有数据接口，所述数据接口与所述传感器主板连接；所述传感器外壳顶部设置有通孔，所述航空插座通过所述通孔与所述数据接口连接，所述航空插座与所述远程终端控制器连接。

在其中一个实施例中，所述传感器主板包括：主板和2n+1枚倾角传感芯片，其中，n≥1且为整数，所述2n+1枚倾角传感芯片环绕且均匀布置在所述主板上，且2n+1枚倾角传感芯片的轴系保持一致。

在其中一个实施例中，取n＝1，即采用三枚倾角传感芯片环绕且均匀布置在所述主板上，三枚倾角传感芯片的轴系保持一致。

在其中一个实施例中，所述远程终端控制器包括：控制器外壳、控制器主板、数据传输接口、外部供电接口、通讯天线接口和内置电池组；所述控制器主板和所述内置电池组设置在所述控制器外壳内，并通过环氧树脂密封；所述数据传输接口与所述传感器组件连接，与所述外部供电接口和所述通讯天线接口均设置在所述控制器外壳两侧。

在其中一个实施例中，所述控制器主板包括：电源管理模块、时钟模块、通讯模块、采集模块和处理器；所述时钟模块用于时钟校准；所述通讯模块用于进行数据传输，且包括有远程通讯单元和局域组网单元，所述远程通讯单元用于与所述云端服务器进行数据传输，所述局域组网单元用于与基站进行数据传输；所述采集模块用于获取观测值；所述处理器用于对观测值进行处理获取合格观测值，并对所述合格观测值进行检测和存储。

在其中一个实施例中，还包括：告警模块，所述远程终端控制器在检测到所述合格观测值超出预设阈值时，通过系统平台、短信、邮件或微信中的任意一种或几种方式发送告警信息。

相比于现有技术，本实用新型的优点及有益效果在于：

1、采用2n+1枚倾角传感芯片环绕设置组成的传感器芯片组，从现有技术中的点观测变为面观测，实现平面三轴的倾斜观测。

2、根据传感器芯片组在一个观测点同时获取多个观测值，并能够根据多个观测值进行粗差识别和剔除，提高了观测数据的可靠性。

3、实现时间驱动配合事件驱动的远程传输机制，兼容解决了低功耗和突变检测的矛盾。

附图说明

图1为一个实施例中一种倾角挠度监测系统的结构示意图；

图2为图1中传感器组件与远程终端控制器的连接示意图；

图3为图2中传感器外壳的顶部结构示意图；

图4为图2中传感器主板的结构示意图；

图5为图2中控制器主板的结构示意图；

图6为一个实施例中桥梁挠度监测应用场景图；

图7为一个实施例中场馆悬挑挠度监测应用场景图。

附图中，倾角挠度监测系统100、云端服务器200、传感器组件10、传感器外壳11、通孔111、传感器内壳12、传感器主板13、主板131、倾角传感芯片132、安装连接件14、阻尼垫15、航空插座16、远程终端控制器20、控制器外壳21、控制器主板22、电源管理模块221、时钟模块222、通讯模块223、采集模块224、处理器225、数据传输接口23、外部供电接口24、通讯天线接口25、内置电池组26、供电模块30。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，提供了一种倾角挠度监测系统100，包括：传感器组件10、远程终端控制器20和供电模块30，其中：传感器组件10与远程终端控制器20连接，供电模块30与传感器组件10和远程终端控制器电连接；传感器组件10包括有环绕设置的2n+1枚倾角传感芯片，其中n≥1且为整数，且2n+1枚倾角传感芯片构成传感组，且所有倾角传感芯片的轴系保持一致，根据倾角传感芯片实时获取观测值；远程终端控制器20用于根据观测值获取合格观测值并检测，根据检测结果通过时间驱动方式或事件驱动方式将合格观测值传输至云端服务器200。

在本实施例中，通过传感器组件10与远程终端控制器20连接，供电模块30用于为传感器组件10和远程终端控制器20供电，传感器组件10包括有环绕设置的2n+1枚倾角传感芯片，且倾角传感芯片的轴系保持一致，通过倾角传感芯片实时获取观测值，远程终端控制器20对观测值进行处理获得合格观测值，并进行存储，且与云端服务器200通信连接，在预设时间段内将合格观测值传输至云端服务器，或在检测到合格观测值超出预设阈值时，实时将合格观测值传输至云端服务器200，采用2n+1枚倾角传感芯片同轴环绕设置，获取待测平面上的2n+1个观测值，减少装置振动带来的细微误差，并根据观测值获取合格观测值，实现对观测数据的粗差识别和剔除，提高观测数据的可靠性，且通过时间驱动和事件驱动两种驱动并存的方式，能够对突变事件进行处理的同时实现对低功耗的需求。

其中，远程终端控制器20通过赫兹级频率采集观测值，通过机载算法对观测值进行处理获取合格观测值，并存储与本地；远程终端控制器20还用于检测合格观测值是否超出预设阈值，若合格观测值未超出预设阈值时，通过预设传输频率按时间驱动方式将合格观测值传输至云端服务器200；若合格观测值超出预设阈值时，按事件驱动方式启动远程终端控制器20至云端服务器200的长链接，将实时合格观测值传输至云端服务器200。

如图2至图4所示，传感器组件10包括：传感器外壳11、传感器内壳12、传感器主板13、安装连接件14、阻尼垫15和航空插座16；传感器内壳12固定在传感器外壳11内；传感器主板13设置在传感器内壳12内，并通过环氧树脂密封；安装连接件14设置在传感器外壳11底部，用于安装传感器组件10；阻尼垫15用于定位传感器主板13和减震；传感器内壳12底部设置有数据接口，数据接口与传感器主板13连接；传感器外壳11顶部设置有通孔111，航空插座16通过通孔111与数据接口连接，航空插座16与远程终端控制器20连接。

其中，传感器外壳11采用一体化铝制壳体，采用整铝铣制空腔及底盖，底盖和空腔采用沉头螺丝固定。

具体地，传感器外壳11和传感器主板13的轴系保持一致，便于现场安装使用，同时更利用监测结果的物理表征分析。

其中，传感器主板13包括：主板131和2n+1枚倾角传感芯片，其中，n≥1且为整数，2n+1枚倾角传感芯片132环绕且均匀布置在主板131上，2n+1枚倾角传感芯片的轴系保持一致。

具体地，取n＝1，即采用三枚倾角传感芯片环绕且均匀布置在所述主板上，三枚倾角传感芯片的轴系保持一致，能够获取多组样本，提升观测数据的可靠性；且实现传统散点倾斜观测向面状倾斜观测的突破，更加科学的反映观测对象的状态。

其中，传感器主板13与传感器外壳11底部之间布置有三枚阻尼垫片15，实现传感器主板水平度的调整，同时避免传感器主板13松动产生观测噪声。

在本实施例中，传感器主板13采用环氧树脂密封，能够保持倾角传感芯片132观测环境的稳定，提升观测数据的可靠性；且能够提升传感器组件10整体防护等级，更加适宜野外高低温交表湿热的观测环境。

其中，安装连接件14采用不锈钢材质制成。

其中，阻尼垫15能够减缓振动，避免由于振动导致传感器主板13测量产生误差，从而提高数据的可靠性。

其中，远程终端控制器20包括：控制器外壳21、控制器主板22、数据传输接口23、外部供电接口24、通讯天线接口25和内置电池组26；控制器主板22和内置电池组26设置在控制器外壳21内，并通过环氧树脂密封；数据传输接口23与传感器组件10连接，并与外部供电接口24和通讯天线接口25均设置在控制器外壳21两侧。

具体地，远程终端控制器20采用小型化、多借口、高防护的设计原则，能够满足多种应用场景，适宜恶劣的野外环境。

具体地，远程终端控制器20的采集策略为：默认采集样本为3枚倾角传感芯片分别采集三次获取的样本，即3*3，当然，也支持(2n+1)*(2n+1)；能够进行赫兹级高频扫描，剔除粗差并进行本地存储；能够进行向云端服务器200定时传输观测值，或者在突发情况下，进行实时传输。

其中，突发情况是指合格观测值检测到突变，突变评价依据以传感器组件10中的合格观测值σ为基础，取合格观测值σ的2或3倍为阈值，当和和合格观测值超出阈值，则远程终端控制器20与云端服务器建立长链接，实现实时监测。

具体地，远程终端控制器20支持双向控制，能够通过云端服务器200下行配置采集策略、IP及端口，同时支持多通道传输。其中，上行传输数据包括：电量、信号强度、三轴/双轴重力加速度、三轴/双轴角度和主板温度等。

如图5所示，控制器主板22包括：电源管理模块221、时钟模块222、通讯模块223、采集模块224和处理器225；电源管理模块221用于管理电源；时钟模块222用于工作频率的调节；通讯模块223用于进行数据传输，且包括有远程通讯单元和局域组网单元，远程通讯单元用于与所述云端服务器200进行数据传输，局域组网单元用于与基站进行数据传输；采集模块224用于获取采集数据；处理器225用于对观测值进行处理获取合格观测值，并对合格观测值进行检测和存储。

其中，外部供电接口24支持太阳能供电，电源管理模块221实现内部供电、外部供电兼容管理，内置与外部供电的电源冗余保障机制，实现可野外传感设备状态监测与预测机制，极大提升了系统野外生存能力。

其中，系统还包括：告警模块，远程终端控制器20在检测到合格观测值超出预设阈值的范围，通过系统平台、短信、邮件或微信中的任意一种或几种方式发送告警信息。

具体地，预设阈值以某一时刻的合格观测值σ为基础，取合格观测值σ的2倍或3倍误差为阈值，当合格观测值超出该阈值时，则远程终端控制器20与云端服务器200建立长链接，实现实时监测，并通过告警模块采用系统平台、短信、邮件或微信中的任意一种或几种方式发送告警信息，实现观测数据实时采集、动态监测、可视化展现，基于监测成果构建告警闭环。

具体地，告警闭环是指建立云端应用平台——项目责任人——主管部门——云端应用平台监测的告警及回馈机制；该闭环指向清晰，过程可追溯，告警方式有系统平台告警、短信告警、邮件告警以及微信告警。所述责任人及主管部门接警后核实现场情况并反馈处置措施。

在一个实施例中，如图6所示，为桥梁挠度监测的场景示意图，在桥面底部间隔设置传感器组件10和远程终端控制器20，便于传感器组件10与远程控制终端20的数据传输；传感器组件30能够获取安装部位的三轴坐标数据，根据三轴坐标数据的变化量计算得到桥梁挠度变化，从而判断桥梁形变程度。

在一个实施例中，如图7所示，为场馆悬挑挠度监测的场景示意图，在悬挑梁上间隔设置传感器组件10和远程终端控制器20，一个传感器组件10设置在悬挑的中部，另一传感器10设置在悬挑端部，便于获取悬挑形变量。

本实施例所述的系统适用于悬挑建筑物、构筑物或桥梁等受弯构件挠度监测，可通过倾角传感芯片测得重力加速度、倾角、温度等物理参数，在环境温度补偿的基础上计算得到结构挠度、振动频率和振幅，服务于建筑物、构筑物及桥梁的安全运行管理工作。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种倾角挠度监测系统，其特征在于，包括：传感器组件、远程终端控制器和供电模块；所述传感器组件与所述远程终端控制器通信连接，所述供电模块与所述传感器组件和所述远程终端控制器电连接；所述传感器组件包括有环绕设置的2n+1枚倾角传感芯片，其中n≥1且为整数，所述2n+1枚倾角传感芯片构成传感组，且所有倾角传感芯片轴系保持一致，根据所述倾角传感芯片实时获取观测值；所述远程终端控制器用于根据所述观测值获取合格观测值并检测，根据检测结果通过时间驱动方式或事件驱动方式将所述合格观测值传输至云端服务器。

2.根据权利要求1所述的一种倾角挠度监测系统，其特征在于，所述传感器组件包括：传感器外壳、传感器内壳、传感器主板、安装连接件、阻尼垫、和航空插座；所述传感器内壳固定在所述传感器外壳内；所述传感器主板设置在所述传感器内壳内，并通过环氧树脂密封；所述安装连接件设置在所述传感器外壳底部，用于安装所述传感器组件；所述阻尼垫用于定位所述传感器主板和减震；所述传感器内壳底部设置有数据接口，所述数据接口与所述传感器主板连接；所述传感器外壳顶部设置有通孔，所述航空插座通过所述通孔与所述数据接口连接，所述航空插座与所述远程终端控制器连接。

3.根据权利要求2所述的一种倾角挠度监测系统，其特征在于，所述传感器主板包括：主板和2n+1枚倾角传感芯片，其中，n≥1且为整数，所述2n+1枚倾角传感芯片环绕且均匀布置在所述主板上，且2n+1枚倾角传感芯片的轴系保持一致。

4.根据权利要求3所述的一种倾角挠度监测系统，其特征在于，取n＝1，即采用三枚倾角传感芯片环绕且均匀布置在所述主板上，三枚倾角传感芯片的轴系保持一致。

5.根据权利要求1所述一种倾角挠度监测系统，其特征在于，所述远程终端控制器包括：控制器外壳、控制器主板、数据传输接口、外部供电接口、通讯天线接口和内置电池组；所述控制器主板和所述内置电池组设置在所述控制器外壳内，并通过环氧树脂密封；所述数据传输接口与所述传感器组件连接，与所述外部供电接口和所述通讯天线接口均设置在所述控制器外壳两侧。

6.根据权利要求5所述的一种倾角挠度监测系统，其特征在于，所述控制器主板包括：电源管理模块、时钟模块、通讯模块、采集模块和处理器；所述时钟模块用于时钟校准；所述通讯模块用于进行数据传输，且包括有远程通讯单元和局域组网单元，所述远程通讯单元用于与所述云端服务器进行数据传输，所述局域组网单元用于与基站进行数据传输；所述采集模块用于获取观测值；所述处理器用于对观测值进行处理获取合格观测值，并对所述合格观测值进行检测和存储。

7.根据权利要求1所述的一种倾角挠度监测系统，其特征在于，还包括：告警模块，所述远程终端控制器在检测到所述合格观测值超出预设阈值时，通过系统平台、短信、邮件或微信中的任意一种或几种方式发送告警信息。