一種橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng),尤其涉及一種橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年以來(lái)我國(guó)多處發(fā)生橋梁垮塌事件,直接給社會(huì)帶來(lái)的巨大的經(jīng)濟(jì)損失,同時(shí)也在嚴(yán)重威脅人們的生命安全。雖然相關(guān)部門會(huì)定期對(duì)橋梁進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè),然而該周期較長(zhǎng)不是防止橋梁坍塌的有效手段,因此需要一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)橋梁運(yùn)行狀態(tài)的系統(tǒng),用于完成對(duì)橋梁各種參數(shù)的監(jiān)測(cè)工作,當(dāng)橋梁運(yùn)行狀況出現(xiàn)異常時(shí)能夠及時(shí)通知橋梁管理人員采取相應(yīng)的措施,從而在最大程度上降低損失。
[0003]目前監(jiān)測(cè)橋梁健康的傳感器主要是光纖光柵應(yīng)力傳感器。光纖光柵技術(shù)是利用紫外曝光技術(shù)在光纖芯中引起折射率的周期性變化而形成的。光纖光柵中折射率分布的周期性結(jié)構(gòu),導(dǎo)致某一特定波長(zhǎng)光的反射,從而形成光纖光柵的反射譜。光纖光柵應(yīng)力傳感器通常是將光纖光柵附著在某一彈性體上,同時(shí)進(jìn)行保護(hù)封裝。反射光的波長(zhǎng)對(duì)溫度、應(yīng)力和應(yīng)變非常敏感,當(dāng)彈性體受到壓力時(shí)時(shí),光纖光柵與彈性體一起發(fā)生應(yīng)變,導(dǎo)致光纖光柵反射光的峰值波長(zhǎng)漂移,通過(guò)對(duì)波長(zhǎng)漂移量的度量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、應(yīng)力和應(yīng)變的感測(cè)。除了光纖光柵應(yīng)力傳感器之外,還有位移傳感器以及形狀記憶合金等被應(yīng)用于橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。然而上述幾種傳感器都存在著費(fèi)用高、壽命短、安裝復(fù)雜等問(wèn)題。尤其是使用壽命短導(dǎo)致了很多問(wèn)題的產(chǎn)生:因?yàn)橐话愕膫鞲衅鞫急宦裨跇蛎嬉幌乱愿袘?yīng)橋梁的應(yīng)力,所以當(dāng)傳感器壞掉就必須得對(duì)傳感器進(jìn)行重新埋設(shè)才能保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),這就會(huì)造成人力物力的浪費(fèi);而且上述傳感器的原理就導(dǎo)致了其對(duì)應(yīng)用環(huán)境以及安裝過(guò)程的要求較為苛亥IJ,稍有不慎就會(huì)造成傳感器件的損壞。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題,本實(shí)用新型提出一種橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)具有價(jià)格低廉、精度高鋪設(shè)方便、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),包括給整個(gè)系統(tǒng)供電的供電電源,若干個(gè)壓電傳感器,所述壓電傳感器均勻的分布在橋梁內(nèi)部,所述壓電傳感器通過(guò)信號(hào)放大器連接單片機(jī),所述單片機(jī)連接地址選擇器與第一報(bào)警器,所述單片機(jī)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊連接上位機(jī),所述上位機(jī)連接顯示模塊與第二報(bào)警器,所述上位機(jī)上設(shè)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊,所述第一報(bào)警器安裝于橋梁防護(hù)欄上,所述第二報(bào)警器安裝于值班室內(nèi)。
[0007]所述單片機(jī)為STC12C5A60S,所述單片機(jī)連接有重置電路與晶振電路;所述重置電路為:所述STC12C5A60S的RST引腳通過(guò)開(kāi)關(guān)SI連接電壓源VCC,所述電壓源VCC依次通過(guò)串聯(lián)連接的電容Cl與電阻Rl接地;所述晶振電路為:STC12C5A60S的XTALl引腳通過(guò)電容C4接地,所述STC12C5A60S的XTAL2引腳通過(guò)電容C5接地,所述STC12C5A60S的XTALl引腳與XTAL2引腳之間連接晶振Yl,所述STC12C5A60S的電壓源引腳連接電壓源VCC,所述STC12C5A60S的GND引腳接地。
[0008]所述信號(hào)放大器電路包括:集成運(yùn)算放大器OPA2334,所述OPA2334的OUTB引腳、IVin-引腳、Vin+引腳連接在一起組成電壓跟隨,所述0PA2334的IVin+引腳連接壓電傳感器的輸出端,所述0PA2334的Vin-引腳與GND引腳之間連接電阻R20,所述0PA2334的GND引腳接地,所述0PA2334的Vin-引腳與OUTA引腳之間連接可調(diào)電阻R21,所述0PA2334的OUTA引腳連接STC12C5A60S的ADCO引腳。
[0009]所述無(wú)線傳輸模塊采用XL02-232AP1半雙工無(wú)線傳輸模塊。
[0010]所述的供電電源包括太陽(yáng)能電池板與蓄電池,所述太陽(yáng)能電池板并聯(lián)連接蓄電池,所述太陽(yáng)能電池板并聯(lián)連接有極性電容C6,所述有極性電容C6的正極連接太陽(yáng)能電池板正極,所述太陽(yáng)能電池板正極連接穩(wěn)壓電源Ul的輸入端,所述太陽(yáng)能電池板負(fù)極接地,所述穩(wěn)壓電源Ul為7805,所述7805的接地端接地,所述7805的輸出端與地之間連接電容C8,所述電容C8并聯(lián)連接有極性電容C7,所述有極性電容正極連接7805的輸出端。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0012]1、壓電傳感器的靈敏度高、使用壽命長(zhǎng),安裝方便,成本低;
[0013]2、采用XL02-232AP1半雙工無(wú)線傳輸模塊,節(jié)省了布線的繁瑣,利用空間規(guī)劃,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,節(jié)省了人力物力;
[0014]3、在橋梁防護(hù)欄上與值班室內(nèi)均安裝有報(bào)警器,當(dāng)橋梁承受壓力超過(guò)額定范圍時(shí),橋梁報(bào)警器會(huì)提醒過(guò)往車輛行人注意安全,值班室內(nèi)的報(bào)警器會(huì)提醒工作人員目前橋梁的健康情況以及時(shí)采取應(yīng)對(duì)策略;
[0015]4、上位機(jī)具有兩種工作模式,手動(dòng)模式與自動(dòng)模式,手動(dòng)模式下為工作人員認(rèn)為操作控制,自動(dòng)模式下上位機(jī)會(huì)自行有序的采集信息并對(duì)信息進(jìn)行處理,兩種模式減少了系統(tǒng)對(duì)人力的依賴程度,有效的節(jié)約了人力成本。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1本實(shí)用新型的系統(tǒng)框架圖;
[0017]圖2本實(shí)用新型的單片機(jī)最小系統(tǒng)圖;
[0018]圖3集成運(yùn)放電路;
[0019]圖4地址選擇器電路圖;
[0020]圖5供電電路圖;
[0021]圖6壓電傳感器等效電路。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了更好的了解本實(shí)用新型的技術(shù)方案,下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]壓電傳感器是一種典型的發(fā)電型傳感器,其傳感元件是壓電材料,它以壓電材料的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換機(jī)理實(shí)現(xiàn)力到電量的轉(zhuǎn)換。壓電傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種動(dòng)態(tài)力、機(jī)械沖擊和震動(dòng)進(jìn)行測(cè)量,在聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、光學(xué)、導(dǎo)航方面得到廣泛的應(yīng)用。
[0024]具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料,常用的壓電材料有單晶體和人工壓電兩種。在壓電材料受到外力時(shí),在發(fā)生形變的同時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象,其表面會(huì)產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷。當(dāng)外力去掉時(shí),又重新恢復(fù)到不帶電的狀態(tài),當(dāng)作用力改變后電荷的極性也隨之改變。
[0025]如圖1所示,一種橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),包括:供電電源,若干個(gè)壓電傳感器,壓電傳感器安裝在橋梁內(nèi)部,壓電傳感器通過(guò)信號(hào)放大器連接單片機(jī),單片機(jī)連接地址選擇器與第一報(bào)警器,單片機(jī)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊連接上位機(jī),上位機(jī)連接顯示模塊與第二報(bào)警器,第一報(bào)警器安裝于橋梁防護(hù)欄上,第二報(bào)警器安裝于值班室內(nèi)。若干個(gè)壓電傳感器均勻的分布在橋梁的內(nèi)部,具體分布為:每一個(gè)車道上,在距離該車道兩側(cè)邊緣20-30CM處,橋梁上表面20-30CM處埋設(shè)壓電傳感器,該車道同一側(cè)的相鄰兩個(gè)壓電傳感器之間的距離為
4.5-5.5m。這種埋設(shè)方案使得壓電傳感器可以敏銳的感應(yīng)到橋梁的應(yīng)力變化,同時(shí)多個(gè)傳感器均勻設(shè)置在橋梁本體內(nèi)部,保證了采集橋梁本身整體的受力情況的全面性與真實(shí)性。
[0026]上位機(jī)上設(shè)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊,用于對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),方便工作人員日后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)度,為日后的安全措施提供了有效的數(shù)據(jù)依據(jù)。
[0027]本實(shí)用新型的壓電傳感器為多晶體壓電陶瓷傳感器。
[0028]多晶體壓電陶瓷的靈敏度比壓電單晶體要高得多,壓電傳感器的壓電元件是在兩個(gè)工作面上蒸鍍有金屬膜的壓電晶片,金屬膜構(gòu)成兩個(gè)電極,當(dāng)壓電晶片受到力的作用時(shí),便有電荷聚集在兩極上,一面為正極,一面為等量的負(fù)電荷,這種情況和電容十分相似,所不同的是晶片表面上的電荷會(huì)隨時(shí)間的推移逐漸漏掉,因?yàn)閴弘娋w材料的絕緣電阻雖然很大,但畢竟不是無(wú)窮大,從信號(hào)變換角度來(lái)看,壓電元件相當(dāng)于一個(gè)電荷發(fā)生器。從結(jié)構(gòu)上看,它又是一個(gè)電容器。因此,通常將壓電元件等效為一個(gè)電荷源和電容并聯(lián)的電路。
[0029]如圖6所示,其中Ea = Q/Ca,式中,Ea為壓電晶體受力后所呈現(xiàn)出電壓,也稱為極板上的開(kāi)路電壓;Q為壓電晶片表面上的電荷,Ca為壓電晶片的電容。
[0030]實(shí)際的壓電傳感器中,往往用兩片或者兩片以上的壓電晶片進(jìn)行并聯(lián)或者串聯(lián)。壓電晶片并聯(lián)時(shí)兩片正極集中在中間極板上,負(fù)電極在兩側(cè)的電極上,因此電容量大,輸出電荷量大、易于測(cè)量緩慢的信號(hào)并以電荷量作為輸出。
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