一种智能检测抗震设备自复位的系统技术方案

本发明专利技术提供一种智能检测抗震设备自复位的系统，其特征在于，应用于抗震设备的记忆合金的自恢复性测量，包括测量单元、处理单元、数据传输单元、报警单元、供电单元，其中测量单元包括电桥电阻测量电路、温度测量电路、A/D转换电路、基准电压电路，其中处理单元包括运算子模块和比较子模块。该系统可以实时检测抗震设备中记忆金属的应变量，及时发现在抗震减震设备中记忆合金发生偶然的错位或者设备荷载过大应变量超过极限，同时报警。

Self checking system for intelligent detecting seismic equipment

The invention provides a system for intelligent detection of seismic equipment self reset, which is characterized in that the self recovery of memory alloy used in seismic measuring equipment, which comprises a measuring unit, data processing unit, transmission unit, alarm unit, power supply unit, wherein the measuring unit comprises a bridge resistance measurement circuit, temperature measurement circuit, A/D conversion circuit reference voltage circuit, wherein the processing unit including the operator module and a comparison module. The system can be real-time detection of seismic variable memory metal equipment, timely detection of the shock absorption device memory alloy accidental dislocation or the equipment load is too large to be variable over the limit, at the same time.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及建筑领域和机械工程领域中的一种抗震技术，特别是一种智能检测抗震设备自复位的系统。
技术介绍
目前抗震减震问题仍是建筑领域和机械工程领域的研究重点，尤其是近年来形状记忆合金材料的突破性发展进一步推动了抗震减震研究的创新。形状记忆合金中的记忆合金具有强度高、比重小、耐久度好、疲劳寿命长等许多优势，因此被广泛应用在各类工程领域和结构领域中抗震减震设备中。专利“一种绳式自复位形状记忆合金抗震减震支座(申请号为201310613180.6)”、专利“用于大跨度空间结构(网架)的智能隔震减震记忆合金支座(申请号为201210562576.8)”、专利“一种自复位抗拉扭形状记忆合金阻尼器(申请号为201310608531.4)”等中均记载了采用记忆记忆合金作为抗震材料，上述三种设备在消能效果、抗拉扭能力、自复位能力上较其他设备有明显的优势。但是实际使用过程中，例如部分建筑抗震设备安装在空间狭窄或环境恶劣的地方，或者部分机械设备的阻尼器安装在不方便观察的地方，这些情况制约了技术人员对设备的定期检查。这种情况影响了我们在抗震设备使用过程中对其状态的实时监测，尤其是对设备的自复位状态的监测。抗震设备有没有复位或者自复位效果如何都直接影响到抗震设备的抗震减震效果，因此，在必要的项目中或者特殊要求下，我们应当对抗震设备的复位状态进行监测。根据现在智能建筑和建筑安全发展趋势，不久智能建筑系统可能会将建筑抗震设备信息纳入监测范围。因此本系统将结合物联网远程无线通信技术对采集到的设备自复位相关数据传输到云端，通过云端技术实时分析进行反馈，显示设备是否处于正常工作状态专利
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种智能检测抗震设备自复位的系统，该系统可以实时检测抗震设备中记忆金属的应变量，及时发现在抗震减震设备中记忆合金发生偶然的错位或者设备荷载过大应变量超过极限，同时报警。一种智能检测抗震设备自复位的系统，应用于抗震设备的记忆合金的自恢复性测量，包括测量单元、处理单元、数据传输单元、报警单元、供电单元，其中测量单元包括电桥电阻测量电路、温度测量电路、A/D转换电路、基准电压电路，其中处理单元包括运算子模块和比较子模块。具体地电桥电阻测量电路测量记忆合金的参数，温度测量电路获取记忆合金周围环境的温度，A/D转换电路将采集到的记忆合金的参数华为温度转化为数字信号，基准电压电路为电桥电阻测量电路和A/D转换电路提供基准电压，运算子模块根据记忆合金的参数和温度获取记忆合金的应变量，比较子模块比较记忆合金的应变量和初始长度并输出比较结果，数据传输单元传输比较结果，报警单元根据比较结果选择报警，供电单元为系统提供工作电压。本专利技术通过对使用了记忆合金的抗震减震设备进行分析，当设备荷载或受力时记忆合金发生应变，应变量的大小决定了记忆合金的长度和截面积，而长度和截面积又改变了记忆钛合金的电阻，通过精确测量其电阻获取记忆合金的形变量，再通过实时测量设备所处的环境温度并参与分析温度对记忆合金电阻率的影响，就能准确说明设备所处的状态了。由于本系统采用的简单易测的物理量和低成本的电子元件，所以可以保证既能精确反映设备状态的同时又能以低成本、低能耗的方式实现该方案。下面结合说明书附图对本专利技术作进一步描述。附图说明图1为本专利技术的系统原理框图。图2为电桥电阻测量电路示意图。图3为单片机STM32F103RBT6的电路设计图。图4为AD7793的电路设计图。图5为REG1117-3.3的电路设计图。图6为复位电路示意图。图7为指示灯电路示意图。图8为滤波电路示意图。图9为排针P1示意图。图10为排针P2示意图。图11为排针P3示意图。图12为排针P4示意图。图13为排针P5示意图。图14为MAX3232电路设计图。图15为LM75电路设计图。具体实施方式结合图1，一种智能检测抗震设备自复位的系统，应用于抗震设备的记忆合金的自恢复性测量，包括测量单元、处理单元、数据传输单元、报警单元、供电单元，其中测量单元包括电桥电阻测量电路、A/D转换电路、基准电压电路，其中处理单元包括运算子模块和比较子模块。电桥电阻测量电路测量记忆合金的参数，A/D转换电路将采集到的记忆合金的参数转化为数字信号，基准电压电路为电桥电阻测量电路和A/D转换电路提供基准电压，运算子模块根据记忆合金的参数获取记忆合金的应变量，比较子模块比较记忆合金的应变量和初始长度并输出比较结果，数据传输单元传输比较结果，报警单元根据比较结果选择报警，供电单元为系统提供工作电压。本系统通过对使用了记忆合金的抗震减震设备进行分析，当设备荷载或受力时记忆合金发生应变，应变量的大小决定了记忆合金的长度和截面积，而长度和截面积又改变了记忆合金的电阻，我们通过精确测量其电阻通过电阻公式反推记忆合金的形变量，再通过实时测量设备所处的环境温度并参与分析温度对记忆合金电阻率的影响，这样就能准确说明设备所处的状态了。针对上述设计思路，本专利技术所述的电桥电阻测量电路包括：本专利技术所采用的原理如下：Uout＝UCD-UBD(3)其中，l为被测记忆合金的长度，V＝l·S，S为被测记忆合金的横截面积，Uout为两个被测点间的电压值，U为电桥电路的供电电压，ρ0为在0℃时材料的电阻率，α为材料的电阻率温度系数，T为环境温度。上述公式(2)为本系统采用的电桥电路的基本公式，公式(3)为电位差公式，通过采集UCD、UBD的电压计算Uout，最后通过公式(2)、(3)推导出公式(4)，利用公式(4)运算子模块可计算出Rx。上述公式中Uout为图2中电桥电路中的B、C点电压，U为电桥电路的供电电压，Rx1、Rx2、Rx3均为250Ω的低温漂高精度精密电阻。由上述公式(1)、(4)以及数字温度传感器LM75测量的温度T可以计算出接入电路的记忆合金的应变量比较子模块中至少设置一第一阈值(1+0.85ω)，其中ω为记忆合金的强度极限值，比较子模块将记忆合金的应变量l(T,R)与记忆合金的初始长度L0进行比较，获得的计算结果与第一阈值进行比较：(1)当时，设备处于安全使用阶段；(2)当时，设备承受荷载过大，已经发生损坏，需要及时更换。在情形(1)中，记忆金属还存在两种子情形，即自复位正常和自复位异常但处于安全使用阶段，对于上述两种子情形，在比较子模块中设置第二阈值1+δ和第三阈值1-δ；其中δ为系统允许误差，误差来源于接触电阻、导线电阻和所用元件的阻抗，该值可由实验数据归纳出来；当A、设备自复位正常；B、设备未自复位但处于安全使用阶段，根据实际情况决定是否维修或更换。根据上述三种情况，比较子模块发出不同的信号以示区分。当报警单元接收到比较子模块发出的信号，根据信号所表示的内容不同做出不同的反映。例如报警单元为可以发出红黄两种颜色的LED灯，当情形A时灯不闪烁，当情形B时闪黄光，当情形(2)时闪红光。结合图3，为完成上述功能，本专利技术处理单元选择单片机STM32F103RBT6作为核心芯片组建电路，包括一个单片机U2、一个电阻R3、两个晶体振荡器Y1和Y2、四个电容C3、C4、C7及C10。所述单片机U2的第一至第四个电压端VDD_1、VDD_2、VDD_3、VDD_4和备份电源VBAT以及模拟电源VDDA同时连接在所述基准电压芯片U1的供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能检测抗震设备自复位的系统，其特征在于，应用于抗震设备的记忆合金的自恢复性测量，包括测量单元、处理单元、数据传输单元、报警单元、供电单元，其中测量单元包括电桥电阻测量电路、温度测量电路、A/D转换电路、基准电压电路，其中处理单元包括运算子模块和比较子模块；具体地电桥电阻测量电路测量记忆合金的参数，温度测量电路获取记忆合金周围环境的温度，A/D转换电路将采集到的记忆合金的参数华为温度转化为数字信号，基准电压电路为电桥电阻测量电路和A/D转换电路提供基准电压，运算子模块根据记忆合金的参数和温度获取记忆合金的应变量，比较子模块比较记忆合金的应变量和初始长度并输出比较结果，数据传输单元传输比较结果，报警单元根据比较结果选择报警，供电单元为系统提供工作电压。

【技术特征摘要】
1.一种智能检测抗震设备自复位的系统，其特征在于，应用于抗震设备的记忆合金的自恢复性测量，包括测量单元、处理单元、数据传输单元、报警单元、供电单元，其中测量单元包括电桥电阻测量电路、温度测量电路、A/D转换电路、基准电压电路，其中处理单元包括运算子模块和比较子模块；具体地电桥电阻测量电路测量记忆合金的参数，温度测量电路获取记忆合金周围环境的温度，A/D转换电路将采集到的记忆合金的参数华为温度转化为数字信号，基准电压电路为电桥电阻测量电路和A/D转换电路提供基准电压，运算子模块根据记忆合金的参数和温度获取记忆合金的应变量，比较子模块比较记忆合金的应变量和初始长度并输出比较结果，数据传输单元传输比较结果，报警单元根据比较结果选择报警，供电单元为系统提供工作电压。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，电桥电阻测量电路包括第五电阻(R5)、第五十一电阻(R51)、第一精密电阻(Rx1)、第二精密电阻(Rx2)、第三精密电阻(Rx3)，以及两个测量点；其中第五电阻(R5)的第一引脚接地，第五电阻(R5)的第二引脚分别接基准电压电路输出端、第一精密电阻(Rx1)第一引脚、第二精密电阻(Rx2)第一引脚，第一精密电阻(Rx1)第二引脚接第一测量点，第二精密电阻(Rx2)第二引脚接第三精密电阻(Rx3)第一引脚，第三精密电阻(Rx3)第二引脚分别接地、第五十一电阻(R51)第一引脚、第二测量点，第五十一电阻(R51)第二引脚接地，第一测量点和第二测量点接记忆合金。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，电桥电阻测量电路测量记忆合金的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晨，张连英，王佳庆，刘忠智，王昊程，祁明浩，刘展，秦天琦，
申请(专利权)人：徐州工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32