一種鋼支撐軸力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法

本實(shí)用新型涉及一種鋼支撐軸力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用于結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)行業(yè)，特指一種測(cè)量鋼支撐受力的在線分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，城市的空間資源日趨昂貴，許多工程通過(guò)向地下深層發(fā)展的方式以節(jié)約城市的空間資源。地鐵工程通常采用了明挖基坑的方法施工。

內(nèi)撐式基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力明確，施工可操作性強(qiáng)，進(jìn)度快，鋼支撐系統(tǒng)可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。多數(shù)地鐵車站處于復(fù)雜地質(zhì)條件和高風(fēng)險(xiǎn)的周圍環(huán)境中，施工中往往需要嚴(yán)格控制基坑的穩(wěn)定與變形。保證內(nèi)支撐起到預(yù)加壓的力學(xué)作用才能有效實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。因此，鋼支撐內(nèi)力監(jiān)測(cè)成為實(shí)現(xiàn)這一目的的關(guān)鍵因素。

目前對(duì)于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)，使用的方案是振弦類傳感器監(jiān)測(cè)鋼支撐軸力變化。而目前行業(yè)內(nèi)還沒有適用于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的采集系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)在使用的采集設(shè)備均為簡(jiǎn)單的系統(tǒng)集成，在應(yīng)用上帶來(lái)很多問題，比如現(xiàn)場(chǎng)部署方式、信號(hào)通信傳輸方式等均不能很好的滿足現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不可靠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述的問題，本實(shí)用新型專利目的在于提出了一種鋼支撐軸力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用軸力計(jì)測(cè)量鋼支撐軸力，系統(tǒng)采用分布式部署方案，數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸，可以使現(xiàn)場(chǎng)部署簡(jiǎn)便，提高數(shù)據(jù)可靠性。

本實(shí)用新型為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

一種鋼支撐軸力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它包括多個(gè)三弦軸力計(jì)、多個(gè)分布式采集節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)和云處理裝置；

所述的三弦軸力計(jì)它包括有三根鋼弦、線圈、鋼弦固定夾座、電纜、溫度傳感器、鋼柱主體；

三根鋼弦分別固定于鋼柱主體周邊，鋼弦成圓周分布，形成等邊三角形；可以消除偏載帶來(lái)的測(cè)量誤差。

分布式采集節(jié)點(diǎn)與三弦軸力計(jì)采用電纜連接。

分布式采集節(jié)點(diǎn)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)經(jīng)過(guò)DTU將現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)發(fā)送至云處理裝置云分析展示。

進(jìn)一步的，分布式采集節(jié)點(diǎn)內(nèi)置鋰電池提供系統(tǒng)電源，分布式采集節(jié)點(diǎn)外部的太陽(yáng)能充電板通過(guò)航插與分布式采集節(jié)點(diǎn)連接。

進(jìn)一步的，網(wǎng)關(guān)還有zigbee協(xié)調(diào)器與DTU模塊，網(wǎng)關(guān)中的zigbee天線與DTU天線吸住在zigbee網(wǎng)關(guān)周邊。

進(jìn)一步的，網(wǎng)關(guān)采用嵌入式處理器，嵌入式處理器連接有顯示屏。

進(jìn)一步的，該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)置有zigbee模塊，通信距離可以達(dá)到1Km以上。

進(jìn)一步的，分布式采集節(jié)點(diǎn)內(nèi)嵌振弦采集模塊，外部擴(kuò)展為三個(gè)振弦通道。

內(nèi)部有自診斷模塊，可以診斷軸力計(jì)狀態(tài)和節(jié)點(diǎn)內(nèi)部各個(gè)模塊的運(yùn)行狀態(tài)。

網(wǎng)關(guān)內(nèi)嵌顯示屏，可以顯示分布式采集節(jié)點(diǎn)信息和zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D、ZigBee信號(hào)強(qiáng)度值。

云處理裝置可設(shè)計(jì)預(yù)警狀態(tài)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)預(yù)警情況，可同時(shí)觸發(fā)短信、電話、報(bào)表等手段通知客戶，提前預(yù)警，避免險(xiǎn)情發(fā)生。

本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)原理：采用三弦軸力計(jì)測(cè)量鋼支撐軸力，三弦軸力計(jì)解決了普通軸力計(jì)偏載的問題，通過(guò)采用三根鋼弦的軸力計(jì)，計(jì)算時(shí)計(jì)算三根鋼弦頻率的平均值，可以使偏載問題帶來(lái)的軸力計(jì)監(jiān)測(cè)誤差問題得到很好的解決。分布式采集節(jié)點(diǎn)內(nèi)置鋰電池和外置太陽(yáng)能充電板，可以使分布式采集節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)期在野外工作。分布式采集節(jié)點(diǎn)內(nèi)置的Zigbee模塊，使分布式采集節(jié)點(diǎn)可以與網(wǎng)關(guān)組成Zigbee網(wǎng)絡(luò)，建立數(shù)據(jù)通信，分布式采集節(jié)點(diǎn)內(nèi)置振弦采集模塊，采用三個(gè)振弦采集通道，分別連接三弦軸力計(jì)的三個(gè)振弦傳感器。路由節(jié)點(diǎn)，同樣采用內(nèi)置鋰電池和外置太陽(yáng)能充電板的電源方式，長(zhǎng)期獨(dú)立工作在野外，路由節(jié)點(diǎn)內(nèi)置Zigbee路由模塊。路由節(jié)點(diǎn)在Zigbee網(wǎng)絡(luò)中提供數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)作用，對(duì)于分布式采集節(jié)點(diǎn)距離網(wǎng)關(guān)較遠(yuǎn)，無(wú)法與網(wǎng)關(guān)通信，需要采用路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，路由節(jié)點(diǎn)、分布式采集節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)共同組成Zigbee網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)采用市電供電，內(nèi)置嵌入式處理器和Zigbee協(xié)調(diào)器、DTU等模塊，網(wǎng)關(guān)管理現(xiàn)場(chǎng)所有分布式采集節(jié)點(diǎn)工作，將分布式采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)DTU上傳到云處理裝置，網(wǎng)關(guān)內(nèi)置顯示屏，可以顯示現(xiàn)場(chǎng)分布式采集節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)。云處理裝置提供數(shù)據(jù)服務(wù)，可以容納大量數(shù)據(jù)，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、評(píng)估，定期發(fā)送報(bào)表至客戶，并可以在第一時(shí)間做出預(yù)報(bào)警。

本實(shí)用新型的有益效果：

本實(shí)用新型解決了地鐵基坑行業(yè)鋼支撐軸力在線監(jiān)測(cè)的問題，提供了一套在線分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用三弦軸力計(jì)和ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，解決了鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)過(guò)程中軸力計(jì)偏載問題，同時(shí)解決了現(xiàn)場(chǎng)部署便捷問題，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以提前預(yù)警，提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的三弦軸力計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1、2對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述：

一種鋼支撐軸力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要有多個(gè)三弦軸力計(jì)3、7、15、多個(gè)分布式采集節(jié)點(diǎn)2、4、6、路由節(jié)點(diǎn)5、網(wǎng)關(guān)8和云處理裝置1組成。

上述的三弦軸力計(jì)，主要有鋼弦18，線圈19，鋼弦固定夾座17，電纜20，溫度傳感器21，鋼柱主體16組成。三根鋼弦分別固定于鋼柱主體16周邊，鋼弦18成圓周分布，形成等邊三角形。分布式采集節(jié)點(diǎn)2、4、6與三弦軸力計(jì)3、7、15采用電纜20連接，采集軸力計(jì)頻率時(shí)，分布式采集節(jié)點(diǎn)2、4、6分別采集三根鋼弦的頻率值，然后在計(jì)算三根鋼弦的平均值，用于消除軸力計(jì)偏載帶來(lái)的誤差。

上述的分布式采集節(jié)點(diǎn)2分別安裝在現(xiàn)場(chǎng)軸力計(jì)旁，用于采集三弦軸力計(jì)3、7、15的數(shù)據(jù)。分布式采集節(jié)點(diǎn)2內(nèi)置鋰電池提供系統(tǒng)電源，分布式采集節(jié)點(diǎn)2外部的太陽(yáng)能充電板通過(guò)航插與分布式采集節(jié)點(diǎn)2連接，通過(guò)充電管理電路為鋰電池充電，使分布式采集節(jié)點(diǎn)2可以長(zhǎng)期工作。內(nèi)置的Zigbee模塊通過(guò)串口總線與單片機(jī)系統(tǒng)連接，同時(shí)將zigbee模塊天線引出到外面，zigbee天線采用吸盤天線，可以安裝于分布式采集節(jié)點(diǎn)2或者安裝時(shí)吸住在傳感器附近區(qū)域，工作時(shí)，通過(guò)zigbee網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)關(guān)8。

路由節(jié)點(diǎn)5根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)分布式采集節(jié)點(diǎn)2的情況部署，如果分布式采集節(jié)點(diǎn)2距離網(wǎng)關(guān)8的距離超出了zigbee通信距離限制，則需要在分布式采集節(jié)點(diǎn)2與網(wǎng)關(guān)8中間增加路由節(jié)點(diǎn)5。

網(wǎng)關(guān)8部署在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)物資房或其他有市電的地方即可，網(wǎng)關(guān)8還有zigbee協(xié)調(diào)器11與DTU模塊12，網(wǎng)關(guān)8的zigbee天線13與DTU天線14吸住在zigbee網(wǎng)關(guān)周邊，并注意將zigbee天線13部署離墻面0.5米，距地面高1米的位置。網(wǎng)關(guān)8采用嵌入式處理器10負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)分布式采集節(jié)點(diǎn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)管理，嵌入式處理器10連接有顯示屏9，可以將現(xiàn)場(chǎng)的分布式采集節(jié)點(diǎn)信息顯示，同時(shí)也可以顯示現(xiàn)場(chǎng)zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，便于現(xiàn)場(chǎng)后期維護(hù)。云處理裝置1通過(guò)DTU12將采集信息下發(fā)到網(wǎng)關(guān)8，在通過(guò)zigbee網(wǎng)絡(luò)將命令下發(fā)到每個(gè)分布式采集節(jié)點(diǎn)2。數(shù)據(jù)采集整理完成后，分布式采集節(jié)點(diǎn)2設(shè)置下一次喚醒采集時(shí)刻，然后進(jìn)行休眠，進(jìn)入低功耗模式。當(dāng)達(dá)到下一次工作時(shí)間，分布式采集節(jié)點(diǎn)2由內(nèi)部RTC電路中斷喚醒，與網(wǎng)關(guān)8通信，完成本次數(shù)據(jù)采集。

云處理裝置對(duì)網(wǎng)關(guān)8上傳的數(shù)據(jù)首先進(jìn)行展示，然后根據(jù)歷史數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)中其他的海量數(shù)據(jù)比較分析，得出項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)物健康狀態(tài)。同時(shí)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)預(yù)警數(shù)據(jù)，會(huì)第一時(shí)間以報(bào)表、電話、短信等手段通知客戶，即時(shí)采取預(yù)警方案，防止事故出現(xiàn)。