一種現(xiàn)場可視化的應(yīng)變傳感器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于土木工程監(jiān)測設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種現(xiàn)場可視化的應(yīng)變傳感器，其包括彈性元件、應(yīng)變片、電路板和現(xiàn)場預(yù)警裝置，彈性元件固定在被測結(jié)構(gòu)中，應(yīng)變片設(shè)置在所述彈性元件的表面，應(yīng)變片與電路板相連接，將應(yīng)變片的形變轉(zhuǎn)化為電信號傳輸?shù)诫娐钒逯校娐钒暹€與現(xiàn)場預(yù)警裝置連接，電路板中包括平衡電橋、精密放大電路、信號處理模塊、STM32單片機(jī)和數(shù)傳模塊。本發(fā)明專利技術(shù)還公開了一種基于上述應(yīng)變傳感器的預(yù)警方法。本發(fā)明專利技術(shù)的傳感器通過自身集成的警示燈，不同顏色對應(yīng)不同程度的結(jié)構(gòu)變形，實(shí)時顯示工程安全狀態(tài)，提供了一種能夠?qū)崟r、原位、易理解的工程監(jiān)測及預(yù)警方式，同時實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場預(yù)警和遠(yuǎn)程控制，具有較好的預(yù)警效果。

A strain sensor for field visualization

The invention belongs to the field of civil engineering monitoring equipment, in particular to a strain sensor field visualization, which comprises an elastic element, strain gauge, circuit board and on-site warning device, the elastic element is fixed on the measured structure, strain gauges arranged on the surface of the elastic element, is connected with the circuit board of the strain, deformation the strain gauge is converted to electrical signals transmitted to the circuit board, the circuit board is connected with the warning device, circuit board including balance bridge, precision amplifier circuit, signal processing module, data transmission module and STM32 mcu. The invention also discloses an early warning method based on the strain sensor. The sensor of the present invention through its own integrated warning lights, different colors corresponding to different degree of deformation structure, real-time display of engineering safety status, provide project monitoring and early warning of a real-time, in situ, easy to understand, and realize the early warning and remote control, has a good warning effect.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種現(xiàn)場可視化的應(yīng)變傳感器
本專利技術(shù)屬于土木工程監(jiān)測設(shè)備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種現(xiàn)場可視化的應(yīng)變傳感器，其能夠及時地發(fā)現(xiàn)險情、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場和遠(yuǎn)程的同步預(yù)警，且能夠?qū)﹄U情進(jìn)行分級警示。
技術(shù)介紹
在高樓、橋梁、隧道等大型建筑工程結(jié)構(gòu)中，隨著時間的推移，外部環(huán)境侵蝕、載荷作用和自身的材料老化等原因，會造成建筑工程結(jié)構(gòu)的本體產(chǎn)生形變和裂縫。對這些形變和裂縫的進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)警，盡早采取應(yīng)對措施，能夠避免人員和財產(chǎn)的損失。現(xiàn)有的傳感器設(shè)備中，存在著以下缺陷：(1)現(xiàn)有的應(yīng)變監(jiān)測，過程十分復(fù)雜，需要先貼應(yīng)變片，再連接專業(yè)的應(yīng)變儀得到相關(guān)結(jié)果，而應(yīng)變片無法重復(fù)使用，而且在施工環(huán)境下不方便粘貼，專業(yè)的應(yīng)變儀則因?yàn)轶w積重量較大，不方便搬運(yùn)至現(xiàn)場，而且現(xiàn)場的工人大多不會使用儀器，不能辨別測得的應(yīng)變值是否屬于危險等級；(2)應(yīng)變傳感器的應(yīng)變片感知的信號較弱，在后期的處理過程中容易丟失，造成預(yù)警不到位；(3)現(xiàn)有的應(yīng)變傳感器一般只在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)警報，而有很多的工程項(xiàng)目在比較偏遠(yuǎn)的地區(qū)，現(xiàn)場不一定有工作人員，因此，即使有預(yù)警也不一定能及時發(fā)現(xiàn)；(4)現(xiàn)有的應(yīng)變傳感器的警報系統(tǒng)只能對險情進(jìn)行警報，但是不能分級警報，導(dǎo)致工作人員不能及時安排合適的應(yīng)對措施。此外，現(xiàn)有的傳感器還具有處理系統(tǒng)復(fù)雜且造價高昂等缺點(diǎn)。由于存在上述缺陷和不足，本領(lǐng)域亟需做出進(jìn)一步的完善和改進(jìn)，設(shè)計一種應(yīng)變傳感器，使其能夠及時地發(fā)現(xiàn)險情、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場和遠(yuǎn)程的同步預(yù)警，且能夠?qū)﹄U情進(jìn)行分級警示。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本專利技術(shù)提供了一種現(xiàn)場可視化的應(yīng)變傳感器，包括彈性元件、應(yīng)變片、電路板和現(xiàn)場預(yù)警裝置，電路板上的電路對信號進(jìn)行處理，所述現(xiàn)場預(yù)警裝置包括警示燈、蜂鳴報警器和疏散指示。該傳感器無須人為干預(yù)，自身集成傳感、分析、比較、信息發(fā)布、預(yù)警等多種功能。該傳感器引入彈性元件，是為了是應(yīng)變片能重復(fù)使用，并省去施工中粘貼應(yīng)變片的復(fù)雜過程，使用更加方便，通過自身集成的警示燈(不同顏色對應(yīng)不同程度的結(jié)構(gòu)變形)實(shí)時顯示工程安全狀態(tài)，提供了一種能夠?qū)崟r、原位、易理解的工程監(jiān)測及預(yù)警方式，具有較好的預(yù)警效果。為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本專利技術(shù)的一個方面，提供了一種現(xiàn)場可視化的應(yīng)變傳感器，其特征在于，其包括彈性元件、應(yīng)變片、電路板和現(xiàn)場預(yù)警裝置，其中，所述彈性元件固定在被測結(jié)構(gòu)中，所述應(yīng)變片與所述彈性元件的表面形狀相同，且粘貼在彈性元件的中部，該應(yīng)變片與電路板相連接，將應(yīng)變片的形變轉(zhuǎn)化為電信號傳輸?shù)诫娐钒逯校鲭娐钒暹€與現(xiàn)場預(yù)警裝置連接，所述電路板中包括平衡電橋、精密放大電路、信號處理模塊、STM32單片機(jī)和數(shù)傳模塊。通過平衡電橋、精密放大電路等處理后的信號，能夠成倍放大以便于后續(xù)精確處理，而信號處理模塊、STM32單片機(jī)和數(shù)傳模塊能夠?qū)⒎糯蠛蟮男盘栟D(zhuǎn)化為數(shù)字信號，便于后續(xù)的傳輸和控制，提高警報的準(zhǔn)確性。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述彈性元件為啞鈴型，所述現(xiàn)場預(yù)警裝置包括警示燈、蜂鳴報警器和疏散指示。優(yōu)選地，所述警示燈為LED燈且具有多種顏色，分別對應(yīng)不同級別的警報。按照本較多的比較試驗(yàn)表明，啞鈴型的彈性元件在安裝時易于固定，而通過采用不同顏色的警示燈結(jié)合蜂鳴警報器和疏散指示，來預(yù)警不同級別的危險級別，給予工作人員充足的時間對應(yīng)不同級別的險情，能夠?qū)p失降到最低。按照本專利技術(shù)的另一方面，提供了一種基于應(yīng)變傳感器的現(xiàn)場可視化的安全預(yù)警方法，其特征在于，其采用如上所述的應(yīng)變傳感器，其特征在于，具體包括以下步驟：S1.將應(yīng)變傳感器中的應(yīng)變片粘貼在彈性元件上，再將彈性元件固定于被測結(jié)構(gòu)中，彈性元件隨被測結(jié)構(gòu)的變形而變形，從而得到被測結(jié)構(gòu)的初始應(yīng)變信號；S2.將步驟S1中采集到的初始應(yīng)變信號通過電路板上的平衡電橋與精密放大電路處理，得到放大后的應(yīng)變信號；S3.將步驟S2中得到的放大后的應(yīng)變信號傳入電路板上的數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊中的STM32單片機(jī)將放大后的應(yīng)變信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；S4.將步驟S3中經(jīng)過STM32單片機(jī)處理后的數(shù)字信號分別傳輸至現(xiàn)場預(yù)警系統(tǒng)和云平臺預(yù)警系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場預(yù)警和遠(yuǎn)程控制。進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟S4中，現(xiàn)場預(yù)警是依據(jù)預(yù)先劃分的若干個危險等級，將步驟S3中經(jīng)過STM32單片機(jī)處理后的數(shù)字信號劃入相應(yīng)的危險等級，并控制對應(yīng)的現(xiàn)場預(yù)警裝置進(jìn)行預(yù)警顯示。優(yōu)選地，在步驟S4中，所述現(xiàn)場預(yù)警裝包括警示燈、蜂鳴報警器和疏散指示。優(yōu)選地，在步驟S4中，在所述警示燈為LED燈，且LED燈采用不同的顏色分別對應(yīng)不同級別的警報，當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變超過一定范圍時，警示燈亮的同時蜂鳴報警器報警；較多的比較試驗(yàn)表明，通過采用不同顏色的警示燈結(jié)合蜂鳴警報器和疏散指示，來預(yù)警不同級別的危險級別，給予工作人員充足的時間對應(yīng)不同級別的險情，能夠?qū)p失降到最低。優(yōu)選地，在步驟S5中，將步驟S3中經(jīng)過STM32單片機(jī)處理后的數(shù)字信號采用數(shù)傳模塊傳輸至云管理平臺，再由云管理平臺將信息發(fā)送給管理者，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。優(yōu)選地，在步驟S5中，所述數(shù)據(jù)傳輸采用Wifi、NB-IoT、4G或5G數(shù)傳模塊。優(yōu)選地，在步驟S5中，所述云原理平臺在數(shù)字信號的門限附近設(shè)置了抖動回滯保護(hù)帶。較多的比較試驗(yàn)表明，通過在門限附近設(shè)置抖動回滯保護(hù)帶能夠有效地減少噪音帶來的干擾，提高警報的準(zhǔn)確性。總體而言，通過本專利技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：(1)本專利技術(shù)的現(xiàn)場可視化的應(yīng)變傳感器，包括彈性元件、應(yīng)變片、電路板和現(xiàn)場預(yù)警裝置，電路板上的電路對信號進(jìn)行處理，無須人為干預(yù)，自身集成傳感、分析、比較、信息發(fā)布、預(yù)警等多種功能。該傳感器通過自身集成的警示燈，不同顏色對應(yīng)不同程度的結(jié)構(gòu)變形，實(shí)時顯示工程安全狀態(tài)，提供了一種能夠?qū)崟r、原位、易理解的工程監(jiān)測及預(yù)警方式，同時實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場預(yù)警和遠(yuǎn)程控制，具有較好的預(yù)警效果。(2)本專利技術(shù)通過平衡電橋、精密放大電路等處理后的信號，能夠成倍放大以便于后續(xù)精確處理，而信號處理模塊、STM32單片機(jī)和數(shù)傳模塊能夠?qū)⒎糯蠛蟮男盘栟D(zhuǎn)化為數(shù)字信號，便于后續(xù)的傳輸和控制，提高警報的準(zhǔn)確性，且省去了專業(yè)的監(jiān)測儀器(應(yīng)變儀)的使用，原本復(fù)雜的處理儀器，被一塊電路板所替代，進(jìn)一步方便了監(jiān)測，節(jié)約了成本。通過采用不同顏色的警示燈結(jié)合蜂鳴警報器和疏散指示，來預(yù)警不同級別的危險級別，給予工作人員充足的時間對應(yīng)不同級別的險情，能夠?qū)p失降到最低。通過在門限附近設(shè)置抖動回滯保護(hù)帶能夠有效地減少噪音帶來的干擾，提高警報的準(zhǔn)確性。(3)本專利技術(shù)的報警器和報警方法可以在隧道、橋梁、邊坡、基坑等工程中應(yīng)用，其監(jiān)測和預(yù)警功能可以為現(xiàn)場施工人員提供安全保障，在事故、災(zāi)害初期就做出及時準(zhǔn)確的風(fēng)險提示，采取撤離躲避或補(bǔ)救搶險措施，從而避免人員傷亡和財產(chǎn)損失。且該警報器結(jié)構(gòu)簡單、易于制備、成本低廉，適合大規(guī)模推廣使用。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的應(yīng)變傳感器的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本專利技術(shù)的應(yīng)變傳感器的工作流程圖；圖3是本專利技術(shù)的應(yīng)變傳感器的系統(tǒng)總體框圖；圖4是本專利技術(shù)的應(yīng)變傳感器工作流程圖；圖5(a)和(b)是本專利技術(shù)的應(yīng)變片四分之一橋精密放大電路原理圖；圖6是本專利技術(shù)的應(yīng)變預(yù)警系統(tǒng)流程圖；圖7是本專利技術(shù)的現(xiàn)場預(yù)警系統(tǒng)流程圖；圖8是本專利技術(shù)的軟件實(shí)現(xiàn)的回滯保護(hù)圖；圖9是本專利技術(shù)的云平臺工作流程圖；圖10數(shù)據(jù)的儲存與傳輸流程圖。其中：1-應(yīng)變片；2-彈性元件；3本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種現(xiàn)場可視化的應(yīng)變傳感器，其特征在于，其包括彈性元件、應(yīng)變片、電路板和現(xiàn)場預(yù)警裝置，其中，所述彈性元件固定在被測結(jié)構(gòu)中，所述應(yīng)變片與所述彈性元件的表面形狀相同，且粘貼在彈性元件的中部，該應(yīng)變片與電路板相連接，將應(yīng)變片的形變轉(zhuǎn)化為電信號傳輸?shù)诫娐钒逯校鲭娐钒暹€與現(xiàn)場預(yù)警裝置連接，所述電路板中包括平衡電橋、精密放大電路、信號處理模塊、STM32單片機(jī)和數(shù)傳模塊。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種現(xiàn)場可視化的應(yīng)變傳感器，其特征在于，其包括彈性元件、應(yīng)變片、電路板和現(xiàn)場預(yù)警裝置，其中，所述彈性元件固定在被測結(jié)構(gòu)中，所述應(yīng)變片與所述彈性元件的表面形狀相同，且粘貼在彈性元件的中部，該應(yīng)變片與電路板相連接，將應(yīng)變片的形變轉(zhuǎn)化為電信號傳輸?shù)诫娐钒逯校鲭娐钒暹€與現(xiàn)場預(yù)警裝置連接，所述電路板中包括平衡電橋、精密放大電路、信號處理模塊、STM32單片機(jī)和數(shù)傳模塊。2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)變傳感器，其特征在于，所述彈性元件為啞鈴型，所述現(xiàn)場預(yù)警裝置包括警示燈、蜂鳴報警器和疏散指示。3.如權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)變傳感器，其特征在于，所述警示燈為LED燈且具有多種顏色，分別對應(yīng)不同級別的警報。4.一種基于應(yīng)變傳感器的現(xiàn)場可視化的安全預(yù)警方法，其特征在于，其采用如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的應(yīng)變傳感器，其特征在于，具體包括以下步驟：S1.將應(yīng)變傳感器中的應(yīng)變片粘貼在彈性元件上，再將彈性元件固定于被測結(jié)構(gòu)中，彈性元件隨被測結(jié)構(gòu)的變形而變形，從而得到被測結(jié)構(gòu)的初始應(yīng)變信號；S2.將步驟S1中采集到的初始應(yīng)變信號通過電路板上的平衡電橋與精密放大電路處理，得到放大后的應(yīng)變信號；S3.將步驟S2中得到的放大后的應(yīng)變信號傳入電路板上的數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊中的STM32單片機(jī)將...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉華北，徐東升，宋思睿，
申請(專利權(quán))人：華中科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北,42