基于十轴传感器的阻值机敏格栅变形测试系统及方法技术方案

本公开提供了一种基于十轴传感器的阻值机敏格栅变形测试系统及方法,包括：包括：数据采集模块、信息传输模块、控制模块、监测数据处理模块、监测数据管理模块、数据分析预测模块及移动服务端。本公开采用将十轴传感器、金属丝与土工格栅相结合的方法，利用十轴传感器实时收集土工格栅监测点的加速度、角度、角速度、磁场等数据，将金属丝连入电路，对金属丝电阻进行实时监测，并将以上数据传给服务器或者云端存储，进行后期数据处理与分析可得土工格栅监测点的变形量和位移，实现对结构破坏情况的动态监测，从而根据已有数据对结构破坏的发展进行预测，以便及时采取相应的防护措施。

Resistance Sensitive Grid Deformation Testing System and Method Based on Ten-Axis Sensor

This disclosure provides a resistance smart grid deformation testing system and method based on ten-axis sensor, including: data acquisition module, information transmission module, control module, monitoring data processing module, monitoring data management module, data analysis and prediction module and mobile server. This disclosure adopts the method of combining ten-axis sensor, metal wire and geogrid, using ten-axis sensor to collect real-time data of acceleration, angle, angular velocity and magnetic field of geogrid monitoring points, connecting metal wire to circuit, real-time monitoring of wire resistance, and transmitting the above data to server or cloud storage for later data processing and analysis. The deformation and displacement of geogrid monitoring points can realize the dynamic monitoring of structural damage, so as to predict the development of structural damage based on existing data, so as to take corresponding protective measures in time.

【技术实现步骤摘要】
基于十轴传感器的阻值机敏格栅变形测试系统及方法
本公开涉及土木工程监测
，特别是涉及基于十轴传感器的阻值机敏格栅变形测试系统及方法。
技术介绍
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将信息按一定规律转换成电信号，进行传输、处理、存储、显示、记录等。传感器广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。十轴传感器，是四种传感器的组合：3轴加速传感器、3轴陀螺仪、3轴电子罗盘(地磁传感器)和一个压力传感器。四个部分作用不同，相互配合，是手机、平板电脑、游戏机等电子产品中常用的运动感测追踪元件，应用于各类软件、游戏中的交互控制。此外，还有GPS接收器和一个主处理器。主处理器用于采集传感器数据，运行航位推测算法和卡尔曼滤波算法。目前应用较广泛的是九轴传感器，而十轴传感器在其基础上增加了压力传感器，用于提高定位精确度。但无论是十轴传感器还是九轴传感器，都容易受到环境磁场及气流和天气状况等多方面的影响，对最终的结果造成干扰。近年来我国地质灾害频发，严重地影响到了人民的生产生活以及生命财产安全。不仅破坏了大量的工程设施，同时也造成了巨大的经济浪费，极大地阻碍了我国的可持续发展的进行。为此，进行地质灾害防治技术的探讨分析具有极强的现实意义。然而，如果要减少地质灾害带来的损失，对灾难进行预测、预防是必须要解决的难题。目前土木工程中多采用土工格栅做防护网，以稳定边坡。现阶段地质灾害的预测多通过观测结构的位移或变形量来实现，而位移或变形量仅通过肉眼观测所得到的结果受主观因素影响大，人为误差较大，且细微破坏以及内部区域的破坏无法通过肉眼观测，而现阶段的数值模拟由于缺乏实验对比，不具有代表性。现有的地质灾害预测方法受假设条件与实际存在较大不符的限制，所得预测结果往往与实测值之间存在较大差异，可靠性差，因此地质灾害预测方法有待进一步的研究。现有技术中虽然存在利用阻值嵌入土工格栅方法利用电阻应变原理对地质结构进行数据采集，实现对地基位移的在线监测，但单个阻值系统采集的数据建立的模型容易出现数据偏差，没有纠错体制的系统在数据处理上也不够成熟，因此现在急需一种对于地质灾害中对结构造成破坏的可视化测试，又能够形成相互纠错的监测预警系统的解决方案。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种基于十轴传感器的阻值机敏格栅变形测试系统及方法,本公开采用将十轴传感器、金属丝与土工格栅相结合的方法，利用十轴传感器实时收集土工格栅监测点的加速度、角度、角速度、磁场等数据；将金属丝连入电路，对金属丝电阻进行实时监测，进行后期数据处理与分析可得土工格栅监测点的变形量和位移，实现对结构破坏情况的动态监测，从而根据已有数据对结构破坏的发展进行预测，以便及时采取相应的防护措施。基于十轴传感器的阻值机敏格栅变形测试系统，包括：数据采集模块、信息传输模块、控制模块、监测数据处理模块、监测数据管理模块、数据分析预测模块及移动服务端；所述数据采集模块包括：阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅；所述阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅通过所述信息传输模块将采集的数据分别传输到所述控制模块和监测数据处理模块对采集的数据进行进一步处理；所述控制模块通过所述信息传输模块与所述监测数据处理模块进行数据交互；所述监测数据管理模块一端与所述监测数据处理模块连接，一端与所述数据分析预测模块连接，另一端通过无线网络与所述移动服务端进行信息交互。进一步的，所述阻值机敏格栅包括：土工格栅及金属丝；所述金属丝外紧密包裹一层绝缘层；多条金属丝横向纵向均匀排列，并通过粘结剂嵌入所述土工格栅内。进一步的，所述十轴传感器阻值机敏格栅包括：土工格栅、金属丝及十轴传感器芯片；所述土工格栅包括：上肋条及下肋条；所述上肋条或下肋条中必有一方连接侧设有凹槽；所述十轴传感器芯片外设有一层绝缘防护层，所述十轴传感器芯片通过粘结剂与绝缘防护层紧密连接，所述十轴传感器通过粘结剂嵌入所述凹槽中；所述上肋条与下肋条通过超声波焊接无缝隙连接；所述多条金属丝横向纵向均匀排列，并通过粘结剂嵌入所述土工格栅内。进一步的，当地质灾害发生时，所述阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅也会发生变形并产生位移；所述十轴传感器阻值机敏格栅嵌入的十轴传感器芯片能够采集监测点加速度、角度、角速度、磁场、海拔、气压及地理坐标的数据信息；所述阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅中嵌入的金属丝随同土工格栅发生变形，导致电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流变化的数据信息；所述监测数据处理模块获取所述阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅在监测点实时采集的数据信息后，对采集的数据信息进行分析处理后得到三维层面的变形情况；所述监测数据管理模块根据所述监测数据处理模块的处理结果对监测点坐标对应的阻值变化的三维层面变形情况与十轴传感器芯片采集处理的三维层面变形情况进行相互矫正。进一步的，通过所述十轴传感器芯片分析得到的变形情况为第一变形量，通过所述金属丝得到的变形情况为第二变形量，对两组数据采集的变形情况进行相互较正；当第一变形量和第二变形量大致相同且均超过限定值时；则认定地质结构被破坏；当第一变形量和第二变形量数值大致相同且均未超过限定值时；则认定地质结构处于安全使用状态；当第一变形量超过限定值，而第二变形量数据为0时；则认定地质结构被破坏，金属丝故障；当第一变形量数据为0，而第二变形量超过限定值时；则认定地质结构被破坏，十轴传感器芯片故障。进一步的，所述数据分析预测模块从所述监测数据管理模块获取所述阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅采集的数据信息及相应的处理结果，并进行进一步预测分析；所述数据分析预测模块将预测分析结果传输到所述监测数据管理模块；所述监测数据管理模块通过图形、报表的方式向所述移动服务端进行分析预测结果展示。进一步的，当所述数据分析预测模块预测的变形量或位移量超过了设定值时，所述监测数据管理模块向所述移动服务端发布预警消息。进一步的，将所述阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅通过交叉结合的方式进行铺设；所述阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅之间能够通过拼装方式进行连接。基于十轴传感器的阻值机敏格栅变形测试系统的使用方法，包括步骤如下：十轴传感器阻值机敏格栅嵌入的十轴传感器芯片能够采集监测点加速度、角度、角速度、磁场、海拔、气压及地理坐标的数据信息；阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅中嵌入的金属丝随同土工格栅发生变形，导致电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流变化的数据信息；监测数据处理模块获取所述阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅在监测点实时采集的数据信息后，对采集的数据信息进行分析处理后得到三维层面的变形情况；监测数据管理模块根据所述监测数据处理模块的处理结果对监测点坐标对应的阻值变化的三维层面变形情况与十轴传感器芯片采集处理的三维层面变形情况进行相互矫正。数据分析预测模块从所述监测数据管理模块获取所述阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅采集的数据信息及相应的处理结果，并进行进一步预测分析；数据分析预测模块将预测分析结果传输到所述监测数据管理模块；监测数据管理模块通过图形、报表的方式向所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于十轴传感器的阻值机敏格栅变形测试系统，其特征是，包括：数据采集模块、信息传输模块、控制模块、监测数据处理模块、监测数据管理模块、数据分析预测模块及移动服务端；所述数据采集模块包括：阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅；所述阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅通过所述信息传输模块将采集的数据分别传输到所述控制模块和监测数据处理模块对采集的数据进行进一步处理；所述控制模块通过所述信息传输模块与所述监测数据处理模块进行数据交互；所述监测数据管理模块一端与所述监测数据处理模块连接，一端与所述数据分析预测模块连接，另一端通过无线网络与所述移动服务端进行信息交互。

【技术特征摘要】
1.基于十轴传感器的阻值机敏格栅变形测试系统，其特征是，包括：数据采集模块、信息传输模块、控制模块、监测数据处理模块、监测数据管理模块、数据分析预测模块及移动服务端；所述数据采集模块包括：阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅；所述阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅通过所述信息传输模块将采集的数据分别传输到所述控制模块和监测数据处理模块对采集的数据进行进一步处理；所述控制模块通过所述信息传输模块与所述监测数据处理模块进行数据交互；所述监测数据管理模块一端与所述监测数据处理模块连接，一端与所述数据分析预测模块连接，另一端通过无线网络与所述移动服务端进行信息交互。2.如权利要求1所述的基于十轴传感器的阻值机敏格栅变形测试系统，其特征是，所述阻值机敏格栅包括：土工格栅及金属丝；所述金属丝外紧密包裹一层绝缘层；多条金属丝横向纵向均匀排列，并通过粘结剂嵌入所述土工格栅内。3.如权利要求1所述的基于十轴传感器的阻值机敏格栅变形测试系统，其特征是，所述十轴传感器阻值机敏格栅包括：土工格栅、金属丝及十轴传感器芯片；所述土工格栅包括：上肋条及下肋条；所述上肋条或下肋条中必有一方连接侧设有凹槽；所述十轴传感器芯片外设有一层绝缘防护层，所述十轴传感器芯片通过粘结剂与绝缘防护层紧密连接，所述十轴传感器通过粘结剂嵌入所述凹槽中；所述上肋条与下肋条通过超声波焊接无缝隙连接；所述多条金属丝横向纵向均匀排列，并通过粘结剂嵌入所述土工格栅内。4.如权利要求1所述的基于十轴传感器的阻值机敏格栅变形测试系统，其特征是，当地质灾害发生时，所述阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅也会发生变形并产生位移；所述十轴传感器阻值机敏格栅嵌入的十轴传感器芯片能够采集监测点加速度、角度、角速度、磁场、海拔、气压及地理坐标的数据信息；所述阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅中嵌入的金属丝随同土工格栅发生变形，导致电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流变化的数据信息；所述监测数据处理模块获取所述阻值机敏格栅与十轴传感器阻值机敏格栅在监测点实时采集的数据信息后，对采集的数据信息进行分析处理后得到三维层面的变形情况；所述监测数据管理模块根据所述监测数据处理模块的处理结果对监测点坐标对应的阻值变化的三维层面变形情况与十轴传感器芯片采集处理的三维层面变形情况进行相互矫正。5.如权利要求4所述的基于十轴传感器的阻值机敏格栅变形测试系统，其特征是，通过所述十轴传感器芯片分析得到的变形情况为第一变形量，通过所述金属丝得到的变形情况为第二变形量，对两组数据采集的变形情况进行相互较正；当第一变形量和第二变形量大致相同且均超过限定值时；则认定地质结构被破坏；当第一变形量和第二变形量数值大致相同且...

【专利技术属性】
技术研发人员：张炯，代朝霞，胡念，夏霜，佘蕊，韩若楠，崔新壮，张齐鲁，
申请(专利权)人：山东大学，山东大道新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37