木构件健康监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种木构件健康监测系统及方法，涉及木构件监测技术领域，系统包括多个无线声发射传感器节点及控制终端，节点包括：声发射传感器、第一微控制器；声发射传感器采集木构件的声发射信号；第一微控制器根据声发射信号进行参数提取，得到声发射特征参数，并通过差分压缩算法对声发射特征参数处理后，发送至控制终端，以得到木构件的健康检测结果。本发明专利技术基于无线声发射传感器网络的多个监测节点，实时、准确地监测木构件的健康状况，克服了现有技术中监测系统安装和维护成本高、扩展性差的问题，通过差分压缩算法，有效降低无线声发射传感器节点的功耗，延长锂电池使用寿命，减少数据传输时间，并且缓解控制终端的数据压力。

The health monitoring system and method of wood structure

The invention provides a health monitoring system and method for wood structure parts, which involves the field of woodwork monitoring technology. The system includes a plurality of wireless acoustic emission sensor nodes and control terminals. The nodes include acoustic emission sensors, first micro controllers, acoustic emission sensors to collect acoustic emission signals of wooden pieces, and the first micro controller is based on the acoustic emission signal. The acoustic emission signal is extracted and the characteristic parameters of acoustic emission are obtained. After processing the acoustic emission characteristic parameters by the differential compression algorithm, the acoustic emission signal is sent to the control terminal to get the health detection results of the wood structure. Based on the multiple monitoring nodes of the wireless acoustic emission sensor network, the health status of the wood components is monitored in real time and accurately, and the problems of high installation and maintenance cost and poor scalability in the existing technology are overcome. By the differential compression algorithm, the power consumption of the wireless acoustic emission sensor nodes is effectively reduced and the lithium is extended. Battery life, reduce data transmission time, and ease the data pressure of the control terminal.

【技术实现步骤摘要】
木构件健康监测系统及方法
本专利技术涉及木构件监测
，尤其是涉及一种木构件健康监测系统及方法。
技术介绍
目前结构健康监测技术已广泛应用于桥梁、大坝、大型复杂建筑结构等土木工程领域。对于我国以及世界范围内的广泛需要进行保护和维修的古建筑来说，该技术的应用和推广将具有不可估量的文化意义和经济价值。通常而言，古建筑结构健康监测系统的组成与一般意义上的结构健康监测系统基本一致，但同时又具有其自身的特点：一、监测系统的布设对结构本体扰动小，即监测系统的安装和使用不能对古建筑结构本身的安全形成隐患。二、监测系统的布设不影响古建筑的美观，即在进行监测系统设计时，要考虑设备、线路等的合理布置方式，也可采用其他不影响建筑结构的装饰手段，尽量使监测设备隐蔽。三、所测数据可靠性强，即监测系统的耐久性、可靠性及抗干扰性强，可在恶劣的环境条件中工作，测量精度始终满足需要。四、方便施工并易于拆卸及更换，监测系统的安装与实施具有可操作性，对古建筑施加的任何技术行为均需具有可逆性。随着近年来无线通信技术和微电子机械技术的发展，基于无线传感器网络的结构健康监测得到了广泛的关注。然而在现有的基于无线传感器网络的监测系统中，采用的都是与常规结构健康监测系统基本相同的传感器及系统结构，并未针对木构古建的特点专门改进，而且最广泛使用的光纤光栅传感器，虽然具有稳定可靠的优点，但是不足也很明显：需要大量的导线连接，造价相对较高；较为脆弱，一旦导线破坏将导致传感器退出工作；安装工作量大，维护费用高等。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种木构件健康监测系统及方法，基于无线声发射传感器网络的多个监测节点，实时、准确地监测木构件的健康状况，并且克服了现有技术中监测系统安装和维护成本高、扩展性差的问题，此外，通过差分压缩算法，可以有效降低所述无线声发射传感器节点的功耗，延长锂电池使用寿命，减少数据传输时间，并且缓解了所述控制终端的数据压力。第一方面，本专利技术实施例提供了一种木构件健康监测系统，包括：部署于木结构建筑木构件上的多个无线声发射传感器节点及控制终端；无线声发射传感器节点包括：声发射传感器、第一微控制器；声发射传感器采集木构件的声发射信号，并将声发射信号发送至第一微控制器；第一微控制器根据声发射信号进行参数提取，得到声发射特征参数，并通过差分压缩算法对声发射特征参数处理后，发送至控制终端；控制终端根据处理后的声发射特征参数，得到木构件的健康检测结果。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，无线声发射传感器节点还包括：数据采集模块；数据采集模块分别与声发射传感器及第一微控制器连接；数据采集模块，对声发射传感器所检测的木构件的声发射信号进行高速采集，将采集后的信号发送至第一微控制器。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，无线声发射传感器节点还包括：前置放大器、滤波器；前置放大器分别与声发射传感器及滤波器连接；滤波器与数据采集模块连接；前置放大器对声发射传感器所采集的声发射信号进行放大，将放大后的信号发送至滤波器；滤波器对放大后的信号进行滤波，将滤波后的信号发送至数据采集模块。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，无线声发射传感器节点还包括：第一电源管理模块、第一无线传输模块；第一电源管理模块、第一无线传输模块分别与第一微控制器连接；第一电源管理模块，用于检测声发射传感器的第一电源电压值，并将第一电源电压值发所至第一微控制器；第一微控制器通过第一无线传输模块，将第一电源电压值发送至控制终端。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，无线声发射传感器节点还包括：第一数据存储模块；第一数据存储模块与第一微控制器连接；第一数据存储模块对第一微控制器所发送的数据进行存储；数据包括：声发射信号数据、声发射特征参数数据。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，控制终端包括：第二微控制器、报警装置；第二微控制器分别与第一微控制器、报警装置连接；第二微控制器用于接收第一微控制器所发送的声发射特征参数，并对声发射特征参数进行分析，得到木构件的健康检测结果；第二微控制器还用于接收第一微控制器所发送的第一电源电压值，判断第一电源电压值超过第一预设电压阈值时，控制报警装置进行报警。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第六一种可能的实施方式，其中，控制终端还包括：第二电源管理模块、第二电源管理模块与第二微控制器连接；第二电源管理模块检测控制终端的第二电源电压值，并在第二电源电压值低于第二预设电压阈值时，自动切换锂电池进行供电。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，控制终端还包括：第二无线传输模块、第二数据存储模块；第二无线传输模块、第二数据存储模块分别与第二微控制器连接；第二微控制器通过第二无线传输模块，接收第一微控制器所发送的数据；第二数据存储模块，用于对第二微控制器所发送的数据进行存储。第二方面，本专利技术实施例提供一种木构件健康监测方法，该方法应用于由部署于木结构建筑木构件上的多个无线声发射传感器节点及控制终端组成的系统中，无线声发射传感器节点包括：声发射传感器、微控制器；方法包括：声发射传感器采集木构件的声发射信号，并将声发射信号发送至微控制器；微控制器根据声发射信号进行参数提取，得到声发射特征参数，并通过差分压缩算法对声发射特征参数处理后，发送至控制终端；控制终端根据处理后的声发射特征参数，得到木构件的健康检测结果。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，差分压缩算法，用于传输特征参数的差值，且在压缩的数据包中添加了标志字。本专利技术实施例带来了以下有益效果：本专利技术实施例提供的木构件健康监测系统，包括部署于木结构建筑木构件上的多个无线声发射传感器节点及控制终端，其中，无线声发射传感器节点包括：声发射传感器、第一微控制器；声发射传感器采集木构件的声发射信号，并将声发射信号发送至第一微控制器；第一微控制器根据声发射信号进行参数提取，得到声发射特征参数，并通过差分压缩算法对声发射特征参数处理后，发送至控制终端；控制终端根据处理后的声发射特征参数，得到木构件的健康检测结果。本专利技术实施例所提供的木构件健康监测系统，基于无线声发射传感器网络的多个监测节点，实时、准确地监测木构件的健康状况，并且克服了现有技术中监测系统安装和维护成本高、扩展性差的问题，此外，通过差分压缩算法，可以有效降低所述无线声发射传感器节点的功耗，延长锂电池使用寿命，减少数据传输时间，并且缓解了所述控制终端的数据压力。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种木构件健康监测系统，其特征在于，包括：部署于木结构建筑木构件上的多个无线声发射传感器节点及控制终端；所述无线声发射传感器节点包括：声发射传感器、第一微控制器；所述声发射传感器采集所述木构件的声发射信号，并将所述声发射信号发送至所述第一微控制器；所述第一微控制器根据所述声发射信号进行参数提取，得到声发射特征参数，并通过差分压缩算法对所述声发射特征参数处理后，发送至所述控制终端；所述控制终端根据所述处理后的声发射特征参数，得到所述木构件的健康检测结果。

【技术特征摘要】
1.一种木构件健康监测系统，其特征在于，包括：部署于木结构建筑木构件上的多个无线声发射传感器节点及控制终端；所述无线声发射传感器节点包括：声发射传感器、第一微控制器；所述声发射传感器采集所述木构件的声发射信号，并将所述声发射信号发送至所述第一微控制器；所述第一微控制器根据所述声发射信号进行参数提取，得到声发射特征参数，并通过差分压缩算法对所述声发射特征参数处理后，发送至所述控制终端；所述控制终端根据所述处理后的声发射特征参数，得到所述木构件的健康检测结果。2.根据权利要求1所述的木构件健康监测系统，其特征在于，所述无线声发射传感器节点还包括：数据采集模块；所述数据采集模块分别与所述声发射传感器及所述第一微控制器连接；所述数据采集模块，对所述声发射传感器所检测的木构件的声发射信号进行高速采集，将采集后的信号发送至所述第一微控制器。3.根据权利要求2所述的木构件健康监测系统，其特征在于，所述无线声发射传感器节点还包括：前置放大器、滤波器；所述前置放大器分别与所述声发射传感器及所述滤波器连接；所述滤波器与所述数据采集模块连接；所述前置放大器对所述声发射传感器所采集的声发射信号进行放大，将放大后的信号发送至所述滤波器；所述滤波器对所述放大后的信号进行滤波，将滤波后的信号发送至所述数据采集模块。4.根据权利要求1所述的木构件健康监测系统，其特征在于，所述无线声发射传感器节点还包括：第一电源管理模块、第一无线传输模块；所述第一电源管理模块、所述第一无线传输模块分别与所述第一微控制器连接；所述第一电源管理模块，用于检测所述声发射传感器的第一电源电压值，并将所述第一电源电压值发所至所述第一微控制器；所述第一微控制器通过所述第一无线传输模块，将所述第一电源电压值发送至所述控制终端。5.根据权利要求1所述的木构件健康监测系统，其特征在于，所述无线声发射传感器节点还包括：第一数据存储模块；所述第一数据存储模块与所述第一微控制器连接；所述第一数据存储模块对所述第一微控制器所发送的数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴寅，杨焜，刘云飞，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32