一种闸门无线应变监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种闸门无线应变监测系统。该系统包括：应变片以及与应变片电连接的信号处理装置；应变片粘贴于闸门的预设位置，且外部包覆有防水层，用于监测闸门预设位置的应变；信号处理装置包括防水外壳、设置在防水外壳中的电路结构以及电源模块，电路结构包括用于与应变片连接成电桥结构的电阻、信号调理电路、微控制器、电源控制电路和无线通信模块，电桥输出的信号经信号调理电路后传输至微控制器，微控制器的通信端口与无线通信模块电连接，电源控制电路用于在微控制器接收到信号调理电路输出的信号时控制电源模块向无线通信模块供电，以将微控制器接收到的应变信号传输至远程监控设备。本发明专利技术具有防水性能以及能够进行长时间的监测。

【技术实现步骤摘要】
一种闸门无线应变监测系统
本专利技术涉及水利水电枢纽建筑物中闸门的监测，特别是涉及一种闸门无线应变监测系统。
技术介绍
水工钢闸门是水利水电枢纽建筑物的重要金属结构组成部分之一，其运行状况直接影响到工程的功能发挥和运行安全性，因闸门日常管理和维护不当导致整个枢纽工程出事故的案例屡见不鲜，因此闸门的运行安全问题显得尤为重要。水工钢闸门主要作用是挡水和泄洪，由于挡水水头变化产生的静应力、泄洪过程中产生的动应力和其他复杂荷载产生的应变情况是安全运行非常重要的参数，当应变值达到或超过到闸门采用材料的许用应变值时，闸门发生事故的概率激增。采用电阻应变片电测法进行应力应变测量是对工程结构设计、制造、装配的可靠性和安全性进行测试、分析和评价的常用手段，广泛应用在航空、机械、车辆、土木等工程领域。应变片电测法是用电阻应变计测量结构的表面应变，在根据应变-应力关系确定构件表面应力状况的一种应力分析方法。测量时，将电阻应变片粘贴在零件被测点的表面。当零件在载荷作用下产生应变时，电阻应变计发生相应的电阻变化，用应变仪测出这个变化，即可以计算被测点的应变和应力。现有技术中，闸门应变测量装置的检测过程很难符合闸门的实际运行工况，不仅防水性能差，而且只能用于短时间的测量，不能实现长期监测。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够对闸门应变进行长时间监测的防水监测系统。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种闸门无线应变监测系统，包括：应变片以及与所述应变片电连接的信号处理装置；所述应变片，粘贴于闸门的预设位置，且外部包覆有防水层，用于监测闸门预设位置的应变；所述信号处理装置，包括防水外壳、设置在防水外壳中的电路结构以及为电路结构供电的电源模块，所述电路结构包括用于与所述应变片连接成电桥结构的电阻、信号调理电路、微控制器、电源控制电路和无线通信模块，所述信号调理电路的输入端与所述电桥结构的输出端电连接，所述微控制器的输入端与所述信号调理电路的输出端电连接，所述微控制器的通信端口与所述无线通信模块电连接，所述无线通信模块用于将所述微控制器接收到的应变信号传输至远程监控设备，所述电源控制电路用于在微控制器接收到信号调理电路输出的信号时控制所述电源模块向所述无线通信模块供电。可选的，所述无线通信模块为ZigBee无线通信模块。可选的，采用LDO稳压器对所述电源模块的输出电压进行稳压。可选的，所述预设位置为经对闸门结构有限元分析得到的应力大于设定阈值的位置。可选的，所述防水层为707胶水涂层。可选的，所述应变片与所述信号处理装置通过导线电连接，所述导线与所述应变片以及所述信号处理装置的连接为防水连接。可选的，所述导线通过航插与所述应变片以及所述信号处理装置防水连接。可选的，所述电路结构还包括：电源管理电路，用于管理电源模块向所述电桥、信号调理电路以及微控制器供电。可选的，所述信号调理电路包括滤波电路、放大电路以及模数转换器。可选的，所述电源模块为电池。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的闸门无线应变监测系统包括应变片以及与应变片电连接的信号处理装置，应变片用于监测闸门预设位置的应变，且外部包覆有防水层，信号处理装置具有防水外壳，保障了整个监测系统的防水性。而且，本专利技术提供的监测系统仅在应变片产生应变信号时，为无线通信模块供电，唤醒无线通信模块传输应变信号，其余时刻无线通信模块处于不通电状态，节约了功耗，以保障对闸门的长期监测。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的闸门无线应变监测系统的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例提供的闸门无线应变监测系统的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的闸门无线应变监测系统包括：应变片1以及与所述应变片1电连接的信号处理装置；应变片1，粘贴于闸门的预设位置，且外部包覆有防水层，用于监测闸门预设位置的应变；信号处理装置，包括防水外壳、设置在防水外壳中的电路结构以及电源模块，电路结构包括用于与应变片1连接成电桥结构的电阻2、信号调理电路3、微控制器4、电源控制电路6和无线通信模块5，信号调理电路3的输入端与电桥结构的输出端电连接，微控制器4的输入端与信号调理电路3的输出端电连接，微控制器4的通信端口与无线通信模块5电连接，无线通信模块5用于将微控制器4接收到的应变信号传输至远程监控设备，电源控制电路6用于在微控制器4接收到信号调理电路3输出的信号时控制电源模块向无线通信模块5供电。本实施例中，电路结构布设于电路板上，其中电路结构中的电阻2与粘贴于闸门预设位置的应变片1连接成电桥结构，比如，连接成惠斯通电桥，在闸门预设位置受到应力时，应变片1会产生阻值的变化，电桥结构将该电阻的变化转化为电桥电压的变化。信号调理电路3对电桥输出的电压信号进行调理，比如，对该电压信号进行滤波放大以及模数转换，将电压信号调理转换为数字信号。电源控制电路6在微控制器4接收到该数字信号时，控制电源模块向无线通信模块5供电，以唤醒无线通信模块5，进而，微控制器4通过无线通信模块5将该数字信号发送至外部监控设备，比如中控台、监控中心、监控终端等，外部监控设备可以利用分析软件分析和预测被测闸门状态。在本实施例中，应变片1外部包设有防水层，信号处理装置设置有防水外壳，保障了闸门无线应变监测系统的防水性。同时，由于仅在应变片1的阻值发生变化时才为无线通信模块5通电以将其唤醒进行信号传输，降低了无线通信模块5的功耗，保障了闸门无线应变监测系统能够进行长时间监测。作为一种可选的实施方式，无线通信模块5为ZigBee无线通信模块5，在不工作的时候，自动进入休眠状态，降低无线通信功耗，并可以用网关空中唤醒，以实现必要的通信。作为一种可选的实施方式，采用LDO稳压器对电源模块输出的电压进行稳压。LDO稳压器具有极低功耗、体积小的特点，满足系统供电要求。在本实施例中，在粘贴应变片1前，对闸门的结构进行有限元计算分析，分析出在闸门的设计荷载工况下闸门的应力分布状态，可根据实际需求，在应力复杂和较大区域布置应变片1用以监测闸门的应力应变情况。作为一种可选的实施方式，防水层为707胶水涂层。...

【技术保护点】
1.一种闸门无线应变监测系统，其特征在于，包括：应变片以及与所述应变片电连接的信号处理装置；/n所述应变片，粘贴于闸门的预设位置，且外部包覆有防水层，用于监测闸门预设位置的应变；/n所述信号处理装置，包括防水外壳、设置在防水外壳中的电路结构以及为电路结构供电的电源模块，所述电路结构包括用于与所述应变片连接成电桥结构的电阻、信号调理电路、微控制器、电源控制电路和无线通信模块，所述信号调理电路的输入端与所述电桥结构的输出端电连接，所述微控制器的输入端与所述信号调理电路的输出端电连接，所述微控制器的通信端口与所述无线通信模块电连接，所述无线通信模块用于将所述微控制器接收到的应变信号传输至远程监控设备，所述电源控制电路用于在微控制器接收到信号调理电路输出的信号时控制所述电源模块向所述无线通信模块供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种闸门无线应变监测系统，其特征在于，包括：应变片以及与所述应变片电连接的信号处理装置；
所述应变片，粘贴于闸门的预设位置，且外部包覆有防水层，用于监测闸门预设位置的应变；
所述信号处理装置，包括防水外壳、设置在防水外壳中的电路结构以及为电路结构供电的电源模块，所述电路结构包括用于与所述应变片连接成电桥结构的电阻、信号调理电路、微控制器、电源控制电路和无线通信模块，所述信号调理电路的输入端与所述电桥结构的输出端电连接，所述微控制器的输入端与所述信号调理电路的输出端电连接，所述微控制器的通信端口与所述无线通信模块电连接，所述无线通信模块用于将所述微控制器接收到的应变信号传输至远程监控设备，所述电源控制电路用于在微控制器接收到信号调理电路输出的信号时控制所述电源模块向所述无线通信模块供电。


2.根据权利要求1所述的闸门无线应变监测系统，其特征在于，所述无线通信模块为ZigBee无线通信模块。


3.根据权利要求1所述的闸门无线应变监测系统，其特征在于，采用LDO稳压器对所述电源模块的输出电压进行稳压。

【专利技术属性】
技术研发人员：马智法，徐爽，王德库，隋伟，李中田，李艳萍，许光远，许德鑫，肖阳，毛春华，刘志鑫，李令闯，郭洪娟，朱海波，徐新川，
申请(专利权)人：中水东北勘测设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22