基于MEMS技术的桥梁远程自动化实时监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了基于MEMS技术的桥梁远程自动化实时监测装置，其系统包括MEMS倾角传感器、MEMS加速度传感器、传输网络及数据中心，MEMS倾角传感器用于对桥梁构件的倾斜进行监测以获得桥梁在荷载作用下的静态挠度，MEMS加速度传感器用于监测加速度以获得桥梁动挠度函数和自振频率；MEMS倾角传感器、MEMS加速度传感器分别通过传输网络将所监测的桥梁数据信息发送给数据中心。本实用新型专利技术能实时拟合测量桥面的静态挠度、动态挠度、桥塔桥面以及桥墩的倾斜度，并可根据桥梁的动力响应来评估桥梁健康状态，为桥梁损伤的诊断、及时维修养护提供重要依据。

Bridge remote automatic real-time monitoring device based on MEMS Technology

The utility model discloses a bridge MEMS technology remote automatic real-time monitoring device based on the system, including MEMS angle sensor, MEMS sensor, transmission network and data center, MEMS static deflection angle sensor for tilt of bridge components is monitored to obtain the bridge under load, MEMS acceleration sensor for monitoring acceleration for bridge the dynamic deflection and vibration frequency; MEMS angle sensor, MEMS acceleration sensors were transmitted through the network will send the monitoring information to the data center data bridge. The utility model can tilt the static deflection and dynamic deflection measurement real-time fitting deck, deck and pylon pier, and to evaluate the health status of the bridge according to the dynamic response of bridge maintenance, provide an important basis for diagnosis, timely maintenance of bridge damage.

【技术实现步骤摘要】

：本技术涉及到桥梁监测领域，具体涉及到基于MEMS技术的桥梁远程自动化实时监测装置。
技术介绍
：当前，国内对桥梁的监测绝大部分依然采用人工作业的方式来对相关数据进行测量、记录、分析和处理，这种监测方式存在多种弊端，例如：完成一个桥梁监测耗时长，难以保持各测点数据工作状态的一致性；难以消除不同时间测得数据受温度等其他因素影响造成的偏差；由于人工作业，主观性强，不可避免的引入了人为的误差甚至错误，数据处理流程复杂；部分桥梁测量活动需要高空和水上作业，存在较高的作业安全风险；无法做到实时监控，对于紧急突然情况(如自然灾害、超载、船舶撞击等)缺乏及时预警，例如发生船舶撞桥事故，无法第一时间通知救援维修人员到达现场，也很难及时告知过桥车辆，更无法对桥梁的安全状况进行快速的分析处理等。由上可知，采用人工作业的方式无法对桥梁，尤其是大型复杂桥梁做到快速高效的监测。而采用传感器进行监测时，目前大多都是采用CAN总线或RS485总线等有线连接的方式，随着传感器数量和种类的增多，有线连接的线网复杂程度会成倍增加，进而造成了巨大的成本开支。近年来，也有人提出了通过有线或无线方式实现本地网络与远程终端联接的桥梁监测技术，例如以中国专利技术专利200910211105.0为代表的基于传感器的桥梁自动检测系统，设有多个现场监测子系统和远程监测中心，其中每个现场监测子系统包括本地控制计算机和联接在本地控制计算机上的信号采集装置，远程监测中心通过软总线平台与各信号采集装置联接，由软总线平台将数据进行转换并使远程监测中心与各信号采集装置实现数据交换，从而能够非常方便实现各个相同或不同的桥梁现场监测子系统与远程监测中心的数据通讯。这类技术只是有效地解决现场监测子系统与远程监测中心的数据交换、数据的分布式存储及设备扩容等问题，并未提及桥梁数据采集的准确性、实时性等问题，难以评估桥梁的健康状态。因此有必要建立新型的桥梁自动化远程监测系统，用以快速、高效、实时的监测和评估桥梁在运营期间的安全性和健康状况。
技术实现思路
：为了解决现有技术所存在的问题，本技术提出基于MEMS技术的桥梁远程自动化实时监测装置，能实时拟合测量桥面的静态挠度、动态挠度、桥塔桥面以及桥墩的倾斜度，并可根据桥梁的动力响应来评估桥梁健康状态，为桥梁损伤的诊断、及时维修养护提供重要依据。本技术桥梁远程自动化实时监测系统采用如下技术方案来实现：基于MEMS技术的桥梁远程自动化实时监测装置，包括MEMS倾角传感器、MEMS加速度传感器、传输网络及数据中心，MEMS倾角传感器用于对桥梁构件的倾斜进行监测以获得桥梁在荷载作用下的静态挠度，MEMS加速度传感器用于监测加速度以获得桥梁动挠度函数和自振频率；MEMS倾角传感器、MEMS加速度传感器分别与传输网络连接，通过传输网络将所监测的桥梁数据信息发送给数据中心。优选地，所述MEMS倾角传感器包括依次连接的MEMS倾角信息采集模块、转换模块、主控模块及发送模块，主控模块根据MEMS倾角信息采集模块所获取的桥梁倾斜数据拟合得出桥梁在荷载作用下的静态挠度。所述MEMS倾角传感器优选安装在桥塔、桥面和桥墩位置，用于对桥梁构件的倾斜进行监测，其中桥面的倾斜监测包括顺桥向和横桥向的倾斜监测。优选地，所述MEMS加速度传感器包括依次连接的MEMS加速度信息采集模块、转换模块、主控模块及发送模块；主控模块采用自补偿算法对MEMS加速度信息采集模块所获取的加速度值进行修正，计算出桥梁动挠度函数和自振频率，以加速度值为基础获取桥梁的加速度响应，进而评估桥梁结构的整体动力特性。所述MEMS加速度传感器优选安装在桥面和桥塔位置，用于对桥面和桥塔的水平和竖向加速度值进行监测。与现有技术相比，本技术具有如下的有益效果：1、本技术的倾角传感器和加速度传感器是基于MEMS技术的，能实时监测桥梁的倾斜、振动和挠度，实时拟合测量桥面的静态挠度、动态挠度、桥塔桥面以及桥墩的倾斜度、并可根据桥梁的动力响应来评估桥梁健康状态，为桥梁损伤的诊断、及时维修养护提供重要依据，能实时、准确地监测桥梁健康状况。2、所有传感器内部都设置了信号采集和无线发送模块，用以对采集的数据进行预处理、存储和发送；然后数据通过无线网络将反映桥梁运行状态的信息传送到桥梁健康监测软件中，用以对数据信息进行分析、处理和显示，桥梁管理和维护人员据此来实时监测桥梁的运行状况。3、为了避免MEMS加速度传感器的飘移影响，采用自补偿算法，利用无荷载条件下桥梁振动速度为0的特性，将加速度值进行修正，计算出桥梁动挠度函数和自振频率等动力参数。附图说明：图1是本技术基于MEMS技术的桥梁远程自动化实时监测系统框图；图2中，(a)是本技术MEMS倾角传感器硬件结构图，(b)是MEMS加速度传感器硬件结构图；图3是本技术传感器在桥梁结构的布置示意图；图4是本技术基于MEMS技术的桥梁远程自动化实时监测方法的设计流程图；上述图中，1、MEMS倾角传感器；2、MEMS加速度传感器；3、应变计；4、大量程位移计；5、温湿度传感器；6、索力计；7、桥塔；8、桥面；9、桥墩；10、拉索。具体实施方式：下面将结合实施例和说明书附图对本技术作进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。实施例如图1所示，本技术桥梁远程自动化监测系统，包括传感器、传输网络、数据中心、桥梁健康监测指挥中心和移动客户端，其中传感器包括MEMS倾角传感器、MEMS加速度传感器和其它传感器，其它传感器包括应变计、索力计、大量程位移计和温湿度传感器等。MEMS倾角传感器和MEMS加速度传感器用于实时监测桥梁的倾斜、振动和挠度。所有传感器内部均设置有信号采集和无线发送模块，并分别与传输网络连接，通过传输网络将所监测的桥梁数据信息发送给数据中心；数据中心对桥梁数据信息进行分析、处理，评估桥梁的健康状况，桥梁健康监测指挥中心和移动客户端通过对数据中心的访问，获得桥梁的健康状况。传输网络优选无线传输网络，例如GPRS、3G或4G移动网络。MEMS倾角传感器包括依次连接的MEMS倾角信息采集模块、转换模块、主控模块及发送模块，前述模块由高精度稳压电源供电，如图2(a)所示。MEMS加速度传感器包括依次连接的MEMS加速度信息采集模块、转换模块、主控模块及发送模块，前述模块由高精度稳压电源供电，如图2(b)所示。MEMS倾角信息采集模块、MEMS加速度信息采集模块内均可设置温度传感器；也可将温度传感器设置在MEMS倾角信息采集模块、MEMS加速度信息采集模块外，温度传感器与转换模块连接。参见图3，为了准确、实时监测桥梁的健康数据信息，本技术将MEMS倾角传感器1安装在桥塔7、桥面8和桥墩9位置，用于对桥梁构件的倾斜进行监测，其中桥面的倾斜监测包括顺桥向和横桥向的倾斜监测，利用倾斜数据拟合得出运营桥梁在荷载作用下的静态挠度。若要提高静态挠度的拟合精度，可以适当增加MEMS倾角传感器的数量，以提高MEMS倾角传感器安装在顺桥向的密度。将MEMS加速度传感器2安装在桥面8和桥塔7位置，用于对桥面和桥塔的水平和竖向加速度进行监测。为了避免MEMS加速度传感器的飘移影响，本技术采用自补偿算法，利用无荷载条件下桥梁振动速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于MEMS技术的桥梁远程自动化实时监测装置，其特征在于，包括MEMS倾角传感器、MEMS加速度传感器、传输网络及数据中心，MEMS倾角传感器用于对桥梁构件的倾斜进行监测以获得桥梁在荷载作用下的静态挠度，MEMS加速度传感器用于监测加速度以获得桥梁动挠度函数和自振频率；MEMS倾角传感器、MEMS加速度传感器分别与传输网络连接，通过传输网络将所监测的桥梁数据信息发送给数据中心。

【技术特征摘要】
1.基于MEMS技术的桥梁远程自动化实时监测装置，其特征在于，包括MEMS倾角传感器、MEMS加速度传感器、传输网络及数据中心，MEMS倾角传感器用于对桥梁构件的倾斜进行监测以获得桥梁在荷载作用下的静态挠度，MEMS加速度传感器用于监测加速度以获得桥梁动挠度函数和自振频率；MEMS倾角传感器、MEMS加速度传感器分别与传输网络连接，通过传输网络将所监测的桥梁数据信息发送给数据中心。2.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的桥梁远程自动化实时监测装置，其特征在于，所述MEMS倾角传感器包括依次连接的MEMS倾角信息采集模块、转换模块、主控模块及发送模块，主控模块根据MEMS倾角信息采集模块所获取的桥梁倾斜数据拟合得出桥梁在荷载作用下的静态挠度。3.根据权利要求2所述的基于MEMS技术的桥梁远程自动化实时监测装置，其特征在于，所述MEMS倾角传感器安装在桥塔、桥面和桥墩位置，用于对桥梁构件的倾斜进行监测，其中桥面的倾斜监测包括顺桥向和横桥向的倾斜监测。4.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的桥梁远程自动化实时监测装置，其特征在于，所述MEMS加速度传感器包括依次连接的MEMS加速度信息采集模块、转换模块、主控模块及发送模块；主控模块采用自补偿算法对MEMS加速度信息采集模块所获取的加速度值进行修正，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙峻岭，邱波，刘其军，蔡文举，徐明，
申请(专利权)人：广州瀚阳工程咨询有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44