一种具有计算功能的分离式无线传输振弦式频率测读仪制造技术

一种具有计算功能的分离式无线传输振弦式频率测读仪，包括测头和主机，测头用于安装在振弦式传感器的每根导线上，内含有电池组、激振电路、拾振电路和蓝牙传输模块，主机包含单片机数据处理模块、蓝牙接收模块、通讯发射芯片、电源芯片；单片机数据处理模块根据计算公式F=K·（fi

【技术实现步骤摘要】
一种具有计算功能的分离式无线传输振弦式频率测读仪
本专利技术涉及一种具有计算功能的分离式无线传输振弦式频率测读仪，属于工程监测

技术介绍
在工程施工中，由于基坑开挖需要对支护结构（支撑、锚索、围护桩等）进行应力监测，以了解支护结构是否安全稳定。提前在支护结构中埋设振弦式传感器，当支护结构变形时，内置的传感器中的振弦频率将改变，通过振弦式频率测读仪测量传感器的振弦频率，从而计算其受力变化。目前在工程中广泛使用振弦式传感器进行基坑工程的监测工作，如使用钢筋计、应变计测量围护桩内力，使用轴力计测量钢支撑轴向压力，使用锚索计测量锚索的拉力。振弦式传感器一般埋入围护桩、混凝土支撑内或者安置在钢支撑和锚索端头，传感器导线引出到基坑上部方便测量的位置。传统老式的振弦式频率测读仪进行测量时，需要将测头和主机使用导线连接，然后使用测头的夹子进行逐个振弦式传感器导线进行测量，然后将采集的频率记录在记录本上，最后计算传感器应力或力值，工作比较繁琐。在地铁、房建等大型基坑中监测点数量众多，工作量较大，采用传统的方法存在浪费大量的人力，效率低下，测量过程中的数据容易篡改等突出问题。当基坑发生危险时，无法做到实时监测。
技术实现思路
针对传统的采集方式的不足，本专利技术设计了一种具有计算功能的分离式无线传输振弦式频率测读仪，可以远程、实时对安装在基坑围护结构中的振弦式传感器进行测量，并且直接能计算传感器的应力或力值，能极大地节省人力，提高监测效率和准确性。一种具有计算功能的分离式无线传输振弦式频率测读仪，其特征在于包括测头和主机；所述测头内含有电池组、激振电路、拾振电路和蓝牙传输模块，所述测头用于安装在振弦式传感器的每根导线上，以实时向主机传送频率值；振弦式传感器则用于安装在围护结构上，通常每个振弦式传感器通常具有2~4条导线，而振弦式传感器数量根据设计图纸确定。所述的激振电路基于ICL8038的扫频激振技术对所述振弦式传感器进行激振，所述的拾振电路采用磁电型摆式拾振器，它将振弦式传感器发出的振动信号转化为电信号，所述蓝牙传输模块将拾振电路产生的电信号无线传输到主机的蓝牙接收模块；所述主机包含以单片机为控制中心的单片机数据处理模块，以及蓝牙接收模块、通讯发射芯片、电源芯片；电源芯片用于接收外接电源，并为单片机数据处理模块、蓝牙接收模块、通讯发射芯片进行供电；单片机数据处理模块通过蓝牙接收模块接收每个测头发出的数据，然后根据计算公式F=K·（fi2-f02）计算振弦式传感器的应力或力值；其中，F可以为钢支撑轴力、锚索轴力、围护桩内力、孔隙水压力、土压力等；K为振弦式传感器的标定系数，提前输入至主机内；f0为振弦式传感器的初始频率，提前输入至主机内；fi为测头实时采集的振弦式传感器的频率；由于钢支撑轴力、围护桩内力、孔隙水压力、土压力监测项目的传感器有2根导线，测量得1个频率值，根据计算公式F=K·（fi2-f02）可以直接计算出传感器的应力或力值；锚索轴力传感器有4根导线，测量得3个频率值，根据计算公式F=K·（fi2-f02）计算出3个F值后，进行平均值计算，即可得锚索轴力值。因此，所述的具有计算功能的分离式无线传输振弦式频率测读仪的应用，其特征在于所述的测读仪在支撑轴力、围护桩内力、孔隙水压力、土压力或锚索轴力监测项目的中的应用。所述的蓝牙接收模块采用蓝牙BLE控制芯片CSRBC6130。所述通讯发射芯片采用4G发射方式，主机将计算出的力值通过4G传输信号发送至服务器及建设单位的风险监控平台，当监测数据达到或超过报警值时，立即给参建各方发送短信进行报警通知。所述的单片机数据处理模块采用MSP430单片机，运算速度快，功耗低，采用C语言编制的数据处理编程程序，对接收的频率值进行计算，并将计算得到的数据发送到通讯发射芯片中，计算方式采用公式F=K·（fi2-f02），K为振弦式传感器的标定系数（定值，提前输入至主机的单片机数据处理模块内），f0为振弦式传感器的初始频率（定值，提前输入至主机单片机数据处理模块内），fi为测头实时采集的振弦式传感器的频率。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是:（1）可以远程传输监测数据，节省了人力；（2）测头直接固定在传感器导线上，可以实时监测数据，并实时传输数据，在遇到工程风险需要增加监测频率时，能满足实时监测的要求；（3）能自动计算传感器力值，无需进行人工计算，提高了监测效率和智能化程度；（4）通过4G网络将计算数据实时传送到服务器和建设单位的风险监控平台，方便各方人员进行浏览查阅，并且杜绝了数据篡改的可能性；（5）当监测数据达到或超过报警值（报警值根据设计图纸来确定，报警阈值设置在风险监控平台中）时，立即给参建各方发送短信进行报警通知，使参建各方能及时进行安全处置措施。附图说明图1为本专利技术的频率测读仪结构图。图2为本频率测读仪与其外部的振弦式传感器、服务器、电源的连接示意图。其中，电池组1、激振电路2、拾振电路3、蓝牙传输模块4、蓝牙接收模块5、单片机数据处理模块6、通讯发射芯片7、电源芯片8。具体实施方式如图1、2所示，一种具有计算功能的分离式无线传输振弦式频率测读仪（虚线框内，由两部分组成），包括测头和主机，且测头与主机相互分离；其中测头包含电池组1、激振电路2、拾振电路3、蓝牙传输模块4；主机包括蓝牙接收模块5、单片机数据处理模块6、通讯发射芯片7、电源芯片8。所述测头用于安装在振弦式传感器的每根导线上，以实时向主机传送频率值；所述的激振电路2基于ICL8038的扫频激振技术对所述振弦式传感器进行激振；所述的拾振电路3采用磁电型摆式拾振器，它将振弦式传感器发出的振动信号转化为电信号；所述蓝牙传输模块4将拾振电路3产生的电信号无线传输到主机的蓝牙接收模块5；所述主机包含单片机数据处理模块6、蓝牙接收模块5、通讯发射芯片7、电源芯片8；电源芯片8用于接收外接电源，并为单片机数据处理模块6、蓝牙接收模块5、通讯发射芯片7进行供电；单片机数据处理模块6通过蓝牙接收模块5接收每个测头发出的数据，然后根据计算公式F=K·（fi2-f02）计算振弦式传感器的应力或力值，其中F为应力或力值，K为振弦式传感器的标定系数，提前输入至主机内；f0为振弦式传感器的初始频率，提前输入至主机内；fi为测头实时采集的振弦式传感器的频率。所述的具有计算功能的分离式无线传输振弦式频率测读仪，其特征在于所述的蓝牙接收模块5采用蓝牙BLE控制芯片CSRBC6130。所述的具有计算功能的分离式无线传输振弦式频率测读仪，其特征在于所述通讯发射芯片7采用4G的发射方式。所述的具有计算功能的分离式无线传输振弦式频率测读仪，其特征在于所述的单片机数据处理模块6采用MSP430单片机，运算速度快，功耗低。所述的电池组1采用小体积的锂电池，可以定期对其充电；所述的蓝牙传输模块4由无线发射单元、链路控制单元组成。所述的具有计算功能的分离式无线传输振弦式频率测读仪的应用，其特征在于所述的测读仪在支撑轴力、围护桩内力、孔隙水压力、土压力或锚索轴力监测项目的中的应用。利用所述的测读仪监测支撑轴力、围护桩内力、孔隙水压力或土压力的方法，其特征在于采用具有2条导线的振弦式传感器，将其中一根导线作为基线，起激振作用，另一根导线是接收激振后的频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有计算功能的分离式无线传输振弦式频率测读仪，其特征在于包括测头和主机；所述测头内含有电池组（1）、激振电路（2）、拾振电路（3）和蓝牙传输模块（4），所述测头用于安装在振弦式传感器的每根导线上，以实时向主机传送频率值；所述的激振电路（2）基于ICL8038的扫频激振技术对所述振弦式传感器进行激振；所述的拾振电路（3）采用磁电型摆式拾振器，它将振弦式传感器发出的振动信号转化为电信号；所述蓝牙传输模块（4）将拾振电路（3）产生的电信号无线传输到主机的蓝牙接收模块（5）；所述主机包含单片机数据处理模块（6）、蓝牙接收模块（5）、通讯发射芯片（7）、电源芯片（8）；电源芯片（8）用于接收外接电源，并为单片机数据处理模块（6）、蓝牙接收模块（5）、通讯发射芯片（7）进行供电；单片机数据处理模块（6）通过蓝牙接收模块（5）接收每个测头发出的数据，然后根据计算公式F=K·（fi2‑f02）计算振弦式传感器的应力或力值，其中F为应力或力值，K为振弦式传感器的标定系数，提前输入至主机内；f0为振弦式传感器的初始频率，提前输入至主机内；fi为测头实时采集的振弦式传感器的频率。

【技术特征摘要】
1.一种具有计算功能的分离式无线传输振弦式频率测读仪，其特征在于包括测头和主机；所述测头内含有电池组（1）、激振电路（2）、拾振电路（3）和蓝牙传输模块（4），所述测头用于安装在振弦式传感器的每根导线上，以实时向主机传送频率值；所述的激振电路（2）基于ICL8038的扫频激振技术对所述振弦式传感器进行激振；所述的拾振电路（3）采用磁电型摆式拾振器，它将振弦式传感器发出的振动信号转化为电信号；所述蓝牙传输模块（4）将拾振电路（3）产生的电信号无线传输到主机的蓝牙接收模块（5）；所述主机包含单片机数据处理模块（6）、蓝牙接收模块（5）、通讯发射芯片（7）、电源芯片（8）；电源芯片（8）用于接收外接电源，并为单片机数据处理模块（6）、蓝牙接收模块（5）、通讯发射芯片（7）进行供电；单片机数据处理模块（6）通过蓝牙接收模块（5）接收每个测头发出的数据，然后根据计算公式F=K·（fi2-f02）计算振弦式传感器的应力或力值，其中F为应力或力值，K为振弦式传感器的标定系数，提前输入至主机内；f0为振弦式传感器的初始频率，提前输入至主机内；fi为测头实时采集的振弦式传感器的频率。2.如权利要求1所述的具有计算功能的分离式无线传输振弦式频率测读仪，其特征在于所述的蓝牙接收模块（5）采用蓝牙BLE控制芯片CSRBC6130。3.如权利要求1所述的具有计算功能的分离式无线传输振弦式频率测读仪，其特征在于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，孙文景，魏冠立，郑煜茜，郭峰松，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东,37