本發明專利技術公開了一種基于無線通信技術的橋梁應變監測系統及方法，所述系統包括多個設置在橋梁底板或腹板表面的振弦式應變傳感器、多個振弦式讀數儀、接收器以及計算機；所述多個振弦式讀數儀通過導線與多個振弦式應變傳感器一一對應連接，所述接收器通過接口電路與計算機連接；所述每個振弦式讀數儀連接有第一無線通信模塊，所述接收器連接有第二無線通信模塊，所述第一無線通信模塊與第二無線通信模塊共同構成無線傳感器網絡。本發明專利技術的橋梁應變監測系統結構簡單，部署靈活方便，不受地形環境限制，避免了鋪設線纜方式的缺點，可節省大量的人力物力，數據采集自動進行，無需進行人工干預，不僅采集的實時性有保障，也容易實現長期動態監控。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種橋梁應變監測系統，尤其是一種基于無線通信技術的橋梁應變監 測系統及方法，屬于土木工程應變監測領域。
技術介紹
靜態應變測量是橋梁靜載試驗的重要內容，而靜態應變直接反映橋梁在外荷載作 用下的局部受力情況，是橋梁結構健康狀態的重要參數和橋梁安全性評估的重要指標，因 此，在橋梁施工、運營、維護中，通過對橋梁進行應變的實時監測，對評定橋梁結構的健康狀 況有重要意義。 在目前的工程監測中，通常由測量人員使用數據采集儀依次對多個監控點進行數 據采集并作記錄，每到一個傳感器預埋點都需將傳感器線纜接入采集儀，再執行數據采集， 這種方式的缺點是操作復雜，人工采集成本高。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供一種結構簡單，部署靈活，且 數據采集自動進行的基于無線通信技術的橋梁應變監測系統。 本專利技術的另一目的在于提供一種上述系統的監測方法。 本專利技術的目的可以通過采取如下技術方案達到： 基于無線通信技術的橋梁應變監測系統，包括多個設置在橋梁底板或腹板表面的 振弦式應變傳感器、多個振弦式讀數儀、接收器以及計算機；所述多個振弦式讀數儀通過導 線與多個振弦式應變傳感器一一對應連接，所述接收器通過接口電路與計算機連接；所述 每個振弦式讀數儀連接有第一無線通信模塊，所述接收器連接有第二無線通信模塊，所述 第一無線通信模塊與第二無線通信模塊共同構成無線傳感器網絡。 作為一種優選方案，所述每個振弦式讀數儀包括數據采集模塊、第一單片機以及 供電模塊，所述供電模塊用于為第一單片機提供電源，所述數據采集模塊與振弦式應變傳 感器連接，所述第一單片機分別與數據采集模塊和第一無線通信模塊連接。 作為一種優選方案，所述數據采集模塊包括高壓激勵電路和信號調理電路，所述 高壓激勵電路用于對振弦式應變傳感器發起電磁激勵，所述信號調理電路用于對振弦式應 變傳感器的輸出信號進行放大、整流和濾波處理。 作為一種優選方案，所述第一單片機米用ATMEGA8A芯片。 作為一種優選方案，所述供電模塊采用3. 7V鋰電池。 作為一種優選方案，所述接收器包括第二單片機、RS232接口電路以及RS232轉 USB接口電路，所述第二單片機依次通過RS232接口電路和RS232轉USB接口電路與計算機 連接，所述第二單片機還與第二無線通信模塊連接。 作為一種優選方案，所述第二單片機采用STM32F103芯片，所述RS232接口電路采 用MAX3232芯片，STM32F103芯片的USART2接口配合I/O接口 一起組成第二無線通信模塊 的控制接口，USART1接口通過MAX3232芯片引接出RS232C接口。 作為一種優選方案，所述第一無線通信模塊和第二無線通信模塊均采用 UTC4432B1無線通信模塊。 本專利技術的另一目的可以通過采取如下技術方案達到： 基于無線通信技術的橋梁應變監測系統的監測方法，包括以下步驟： 1)接收器從計算機的USB接口獲取電源，并將電壓輸出給第二單片機和第二無線 通信模塊，使第二單片機和第二無線通信模塊正常工作； 2)振弦式讀數儀通電后，通過第一無線通信模塊接收計算機的指令，由第一單片 機輸出PWM信號控制高壓激勵電路獲得150V?180V的脈沖高電壓，然后第一單片機將該 電壓加載到振弦式應變傳感器的兩端，使振弦式應變傳感器受高壓脈沖的激勵開始衰減振 蕩并輸出電壓信號，信號調理電路對振弦式應變傳感器的輸出信號進行放大、整流和濾波 處理，得到某個頻率的方波信號，第一單片機內置的定時器采集方波信號，并經過計算得到 頻率值； 3)第一單片機通過第一無線通信模塊將頻率值傳輸給第二無線通信模塊，再由第 二無線通信模塊將頻率值傳輸給接收器的第二單片機； 4)第二單片機啟動A/D轉換器將接收到的頻率值進行模數轉換，轉換后的數據經 由RS232接口電路傳到RS232轉USB接口電路，由RS232轉USB接口電路轉換成USB數據 后傳輸給計算機； 5)在計算機中實時查看數據變化趨勢曲線，對數據進行對比分析，實現異常數據 報警。 本專利技術相對于現有技術具有如下的有益效果： 1、本專利技術的橋梁應變監測系統結構簡單，部署靈活方便，不受地形環境限制，避免 了鋪設線纜方式的缺點，可節省大量的人力物力。 2、本專利技術的橋梁應變監測系統利用振弦式應變傳感器和振弦式讀數儀實現數據 采集，并通過無線通信模塊自動將采集的數據經接收器傳輸給計算機，無需進行人工干預， 不僅采集的實時性有保障，也容易實現長期動態監控。 3、本專利技術的橋梁應變監測系統在將數據自動存入計算機后，可在計算機中實時查 看數據變化趨勢曲線，能夠實現異常數據告警，利于數據對比分析，可顯著減輕數據處理的 工作量。 【附圖說明】 圖1為本專利技術的基于無線通信技術的橋梁應變監測系統結構示意圖。 圖2為本專利技術的基于無線通信技術的橋梁應變監測系統中振弦式應變傳感器位 置設置不意圖。 圖3為本專利技術的基于無線通信技術的橋梁應變監測系統中振弦式應變傳感器工 作原理示意圖。 圖4為本專利技術的基于無線通信技術的橋梁應變監測系統中振弦式讀數儀的結構 原理框圖。 圖5為本專利技術的基于無線通信技術的橋梁應變監測系統中高壓激勵電路原理圖。 圖6為本專利技術的基于無線通信技術的橋梁應變監測系統中信號調理電路原理圖。 圖7為本專利技術的基于無線通信技術的橋梁應變監測系統中接收器的結構原理框 圖。 其中，1-振弦式應變傳感器，2-振弦式讀數儀，3-接收器，4-計算機，5-第一無線 通信模塊，6-第二無線通信模塊，7-鋼弦，8-感應線圈，9-激振線圈，10-數據采集模塊， 11-第一單片機，12-供電模塊，13-第二單片機，14-RS232接口電路，15-RS232轉USB接口 電路。 【具體實施方式】 實施例1 : 如圖1所示，本實施例的基于無線通信技術的橋梁應變監測系統，包括多個振弦 式應變傳感器1、多個振弦式讀數儀2、接收器3以及計算機4 ;所述多個振弦式讀數儀2通 過導線與多個振弦式應變傳感器1 一一對應連接，所述接收器3通過接口電路與計算機4 連接；所述每個振弦式讀數儀2連接有第一無線通信模塊5,所述接收器3連接有第二無線 通信模塊6,所述第一無線通信模塊5與第二無線通信模塊6共同構成無線傳感器網絡，其 中： 如圖2所示，所述振弦式應變傳感器1可以設置在橋梁底板或腹板表面，其采用 BGK-4000型振弦式應變計，工作原理如圖3所示，可以看到振弦式傳感器內部是一根張緊 的鋼弦7,置于電磁場之中.激勵電流通過磁鐵線圈使磁鐵磁性增強并吸住振弦，電流斷開 后，由于慣性作用，鋼弦7開始自由振動，感應線圈8產生的感應電動勢，經過放大輸出，并 通過電壓比較器將輸出信號轉化為頻率信號，所測的感應電動勢的頻率即為振弦的振動頻 率；同時，輸出信號的一部分將反饋到激振線圈9,再加上電路的穩幅措施，使鋼弦7達到電 路所保持的等幅、連續的振動，只要測出鋼弦7的振動頻率，就可以通過鋼弦7的頻率與應 變的物理關系求出應變；頻率與應變的關系為 ： 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
基于無線通信技術的橋梁應變監測系統，其特征在于：包括多個設置在橋梁底板或腹板表面的振弦式應變傳感器、多個振弦式讀數儀、接收器以及計算機；所述多個振弦式讀數儀通過導線與多個振弦式應變傳感器一一對應連接，所述接收器通過接口電路與計算機連接；所述每個振弦式讀數儀連接有第一無線通信模塊，所述接收器連接有第二無線通信模塊，所述第一無線通信模塊與第二無線通信模塊共同構成無線傳感器網絡。
【技術特征摘要】
1. 基于無線通信技術的橋梁應變監測系統，其特征在于：包括多個設置在橋梁底板或 腹板表面的振弦式應變傳感器、多個振弦式讀數儀、接收器以及計算機；所述多個振弦式讀 數儀通過導線與多個振弦式應變傳感器一一對應連接，所述接收器通過接口電路與計算機 連接；所述每個振弦式讀數儀連接有第一無線通信模塊，所述接收器連接有第二無線通信 模塊，所述第一無線通信模塊與第二無線通信模塊共同構成無線傳感器網絡。2. 根據權利要求1所述的基于無線通信技術的橋梁應變監測系統，其特征在于：所述 每個振弦式讀數儀包括數據采集模塊、第一單片機以及供電模塊，所述供電模塊用于為第 一單片機提供電源，所述數據采集模塊與振弦式應變傳感器連接，所述第一單片機分別與 數據采集模塊和第一無線通信模塊連接。3. 根據權利要求2所述的基于無線通信技術的橋梁應變監測系統，其特征在于：所述 數據采集模塊包括高壓激勵電路和信號調理電路，所述高壓激勵電路用于對振弦式應變傳 感器發起電磁激勵，所述信號調理電路用于對振弦式應變傳感器的輸出信號進行放大、整 流和濾波處理。4. 根據權利要求2所述的基于無線通信技術的橋梁應變監測系統，其特征在于：所述 第一單片機采用ATMEGA8A芯片。5. 根據權利要求2所述的基于無線通信技術的橋梁應變監測系統，其特征在于：所述 供電模塊采用3. 7V鋰電池。6. 根據權利要求1所述的基于無線通信技術的橋梁應變監測系統，其特征在于：所述 接收器包括第二單片機、RS232接口電路以及RS232轉USB接口電路，所述第二單片機依次 通過RS232接口電路和RS232轉USB接口電路與計算機連接，所述第二單片機還與第二無 線通信模塊連接。7. 根據權利要求6所述的基于無線通信技術的橋...
【專利技術屬性】
技術研發人員：余曉琳，顏全勝，陳雙銳，李偉，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44
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