一种索力监测装置、索力监测系统及其监测方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种索力监测装置，包括：MEMS加速度传感器、采集电路板、电池和NB‑IoT无线通信模块，所述采集电路板包括电源管理系统、信号调理转换元件、阈值监测元件、蓝牙元件、实时时钟元件及微控制器，所述电源管理系统与信号调理转换元件、阈值监测元件、蓝牙元件、实时时钟元件及微控制器相连，所述信号调理转换元件与阈值监测元件相连，所述信号调理转换元件、阈值监测元件、蓝牙元件、实时时钟元件分别与微控制器相连；所述MEMS加速度传感器与采集电路板相连，采集电路板与NB‑IoT无线通信模块相连，电池与采集电路板相连并对MEMS加速度传感器、采集电路板及NB‑IoT无线通信模块进行供电。

【技术实现步骤摘要】
一种索力监测装置、索力监测系统及其监测方法
本专利技术涉及桥梁工程
，具体涉及一种监测桥梁拉索索力的索力监测装置、索力监测系统及其监测方法。
技术介绍
拉索是缆索桥梁结构中重要的传力与受力构件，一般包括斜拉桥的斜拉索、悬索桥和拱桥的吊索(或吊杆)。拉索索力的大小将直接影响到全桥在施工和服役期间的安全状况，因此它的准确测量在该类桥梁施工控制、后期桥梁养护管理与健康监测有着非常重要的作用。中国技术CN206450355U号专利揭示了一种基于NB-IoT通信的桥梁拉索索力监测设备，包括：MEMS加速度传感器、采集电路板、锂电池和NB-IoT无线通信模块，其中采集电路板由信号调理电路、A/D转换器、微控制器和USB接口组成；USB接口与电脑相连以在初始状态下对索力监测设备参数进行设置，微控制器实现采集控制并通过内置算法程序将MEMS加速度传感器感测的加速度数据换算为索力数据，微控制器与NB-IoT无线通信模块相连，数据再通过NB-IoT无线通信模块发送到云端网络服务器。然而该技术专利揭示的桥梁拉索索力监测设备存在以下问题：1.其在索力监测设备上设置USB接口，通过USB接口与电脑相连以对索力监测设备参数进行设置，因此需要监测人员随身携带电脑及数据连接线，在使用上具有不便利性；2.此索力监测设备一直处于索力监测、数据换算及数据上传的工作状态，需要消耗较大功耗，因此需要经常对其更换锂电池；3.云端监测人员无法感知此索力监测设备的锂电池电量，一旦锂电池电量耗尽，将会造成索力监测失效及设备数据丢失的问题。4.索力监测设备在监测到的索力处于正常情况下，仍会实时上传大量数据至云端，造成云端数据过多，监测人员不易读取监测数据，并需要监测人员筛选索力数据判断是否正常。因此，有必要提供一种新的索力监测装置、索力监测系统及其监测方法，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种索力监测装置、索力监测系统及其监测方法，以实现对索力监测装置参数设置便捷、定时监测、阈值监测、远程监测的目的。为了达到上述目的，本专利技术提供一种索力监测装置，包括：MEMS加速度传感器、采集电路板、电池和NB-IoT无线通信模块，所述采集电路板包括电源管理系统、信号调理转换元件、阈值监测元件、蓝牙元件、实时时钟元件及微控制器，所述电源管理系统与信号调理转换元件、阈值监测元件、蓝牙元件、实时时钟元件及微控制器相连，所述信号调理转换元件与阈值监测元件相连，所述信号调理转换元件、阈值监测元件、蓝牙元件、实时时钟元件分别与微控制器相连；所述MEMS加速度传感器与采集电路板相连，采集电路板与NB-IoT无线通信模块相连，电池与采集电路板相连并对MEMS加速度传感器、采集电路板及NB-IoT无线通信模块进行供电；所述MEMS加速度传感器实时采集加速度信号传输到信号调理转换元件，信号调理转换元件对加速度信号进行放大、滤波及模数转换为加速度数据a，所述实时时钟元件以正常时间间隔触发微控制器以正常时间间隔采集信号调理转换元件的加速度数据a，微控制器通过内置算法程序将加速度数据a换算为索力数据并将索力数据传输给NB-IoT无线通信模块，NB-IoT无线通信模块将获取的索力数据上传至云端；信号调理转换元件也实时将加速度数据a传输给阈值监测元件，所述阈值监测元件监测获取的加速度数据a是否超过加速度数据最大阈值amax阈或是否低于加速度数据最小阈值amin阈，当监测的加速度数据a超过加速度数据最大阈值amax阈或低于加速度数据最小阈值amin阈时，所述阈值监测元件以加密时间间隔触发微控制器以加密时间间隔采集信号调理转换元件的加速度数据a，微控制器通过内置算法程序将加速度数据a换算为索力数据并将索力数据传输给NB-IoT无线通信模块，NB-IoT无线通信模块将获取的索力数据上传至云端。进一步地，所述蓝牙元件用于与一近程设备端进行连接，所述近程设备端对实时时钟元件的正常时间间隔及阈值监测元件的加密时间间隔进行设置。进一步地，所述电源管理系统用于监测电池电量，所述近程设备端通过蓝牙元件对电源管理系统采集电池电量信息的正常时间间隔进行设置，电源管理系统以正常时间间隔采集电池电量数据并将电池电量数据传输给微控制器以通过NB-IoT无线通信模块上传至云端。进一步地，在初始状态下，所述实时时钟元件以正常时间间隔触发微控制器以一定的频率F采集信号调理转换元件的加速度数据a，共获取K个加速度数据a，微控制器筛选出K个加速度数据a中的加速度数据最大值amax及加速度数据最小值amin，经过N次正常时间间隔共筛选出N个加速度数据最大值amax及N个加速度数据最小值amin，并计算该N个加速度数据最大值amax的平均值及N个加速度数据最小值amin的平均值得到amax平及amin平，并以amax平的M1倍作为加速度数据最大阈值amax阈及以amin平的M2倍作为加速度数据最小阈值amin阈传输给阈值监测元件。进一步地，在索力监测装置进入正常实时监测状态下，所述微控制器在正常时间间隔下每获取一个最新的加速度数据最大值amax及加速度数据最小值amin，将剔除最先采集的一个加速度数据最大值amax及加速度数据最小值amin，实时保持对N个加速度数据最大值amax及加速度数据最小值amin计算其平均值得到amax平及amin平，并以amax平的M1倍作为加速度数据最大阈值amax阈及以amin平的M2倍作为加速度数据最小阈值amin阈，微控制器将当前计算的最大阈值amax阈及最小阈值amin阈在超过或低于初始状态下计算的最大阈值amax阈及最小阈值amin阈的某一百分比P的情况下的数值传输给NB-IoT无线通信模块以上传至云端，并由云端向监测人员发送提醒是否以最新的最大阈值amax阈及最小阈值amin阈对原始阈值作更新。进一步地，所述电源管理系统控制信号调理转换元件、阈值监测元件及实时时钟元件处于实时工作状态，控制蓝牙元件在未被一近程设备端唤醒、微控制器未被触发采集加速度数据a的情况下处于休眠状态。本专利技术提供一种索力监测系统，所述索力监测系统包括由多个索力监测装置构成的索力监测装置组、近程设备端、云端及远程设备端；各索力监测装置具有上述特征；各索力监测装置通过抱箍安装于待测索力的拉索上，所述近程设备端通过蓝牙连接各索力监测装置对各索力监测装置进行初始状态设置，各索力监测装置将监测的索力值上传至云端，并可通过远程设备端对上传至云端的索力值进行读取。本专利技术提供一种索力监测系统的索力监测方法，按如下步骤依次实施：1).将多个索力监测装置分别安装于待测索力的各拉索上；2).使用近程设备端通过蓝牙元件唤醒各索力监测装置，各索力监测装置的电池通过电源管理系统对MEMS加速度传感器、信号调理转换元件、阈值监测元件、蓝牙元件、实时时钟元件、微控制器及NB-IoT无线通信模块上电，各索力监测装置进入待配置状态；3).使用近程设备端通过蓝牙元件对实时时钟元件触发微控制器的正常时间间隔及对阈值监测元件触发微控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种索力监测装置，包括：MEMS加速度传感器、采集电路板、电池和NB-IoT无线通信模块，其特征在于：/n所述采集电路板包括电源管理系统、信号调理转换元件、阈值监测元件、蓝牙元件、实时时钟元件及微控制器，所述电源管理系统与信号调理转换元件、阈值监测元件、蓝牙元件、实时时钟元件及微控制器相连，所述信号调理转换元件与阈值监测元件相连，所述信号调理转换元件、阈值监测元件、蓝牙元件、实时时钟元件分别与微控制器相连；/n所述MEMS加速度传感器与采集电路板相连，采集电路板与NB-IoT无线通信模块相连，电池与采集电路板相连并对MEMS加速度传感器、采集电路板及NB-IoT无线通信模块进行供电；/n所述MEMS加速度传感器实时采集加速度信号传输到信号调理转换元件，信号调理转换元件对加速度信号进行放大、滤波及模数转换为加速度数据a，所述实时时钟元件以正常时间间隔触发微控制器以正常时间间隔采集信号调理转换元件的加速度数据a，微控制器通过内置算法程序将加速度数据a换算为索力数据并将索力数据传输给NB-IoT无线通信模块，NB-IoT无线通信模块将获取的索力数据上传至云端；/n信号调理转换元件也实时将加速度数据a传输给阈值监测元件，所述阈值监测元件监测获取的加速度数据a是否超过加速度数据最大阈值a...

【技术特征摘要】
1.一种索力监测装置，包括：MEMS加速度传感器、采集电路板、电池和NB-IoT无线通信模块，其特征在于：
所述采集电路板包括电源管理系统、信号调理转换元件、阈值监测元件、蓝牙元件、实时时钟元件及微控制器，所述电源管理系统与信号调理转换元件、阈值监测元件、蓝牙元件、实时时钟元件及微控制器相连，所述信号调理转换元件与阈值监测元件相连，所述信号调理转换元件、阈值监测元件、蓝牙元件、实时时钟元件分别与微控制器相连；
所述MEMS加速度传感器与采集电路板相连，采集电路板与NB-IoT无线通信模块相连，电池与采集电路板相连并对MEMS加速度传感器、采集电路板及NB-IoT无线通信模块进行供电；
所述MEMS加速度传感器实时采集加速度信号传输到信号调理转换元件，信号调理转换元件对加速度信号进行放大、滤波及模数转换为加速度数据a，所述实时时钟元件以正常时间间隔触发微控制器以正常时间间隔采集信号调理转换元件的加速度数据a，微控制器通过内置算法程序将加速度数据a换算为索力数据并将索力数据传输给NB-IoT无线通信模块，NB-IoT无线通信模块将获取的索力数据上传至云端；
信号调理转换元件也实时将加速度数据a传输给阈值监测元件，所述阈值监测元件监测获取的加速度数据a是否超过加速度数据最大阈值amax阈或是否低于加速度数据最小阈值amin阈，当监测的加速度数据a超过加速度数据最大阈值amax阈或低于加速度数据最小阈值amin阈时，所述阈值监测元件以加密时间间隔触发微控制器以加密时间间隔采集信号调理转换元件的加速度数据a，微控制器通过内置算法程序将加速度数据a换算为索力数据并将索力数据传输给NB-IoT无线通信模块，NB-IoT无线通信模块将获取的索力数据上传至云端。


2.如权利要求1所述的索力监测装置，其特征在于：所述蓝牙元件用于与一近程设备端进行连接，所述近程设备端对实时时钟元件的正常时间间隔及阈值监测元件的加密时间间隔进行设置。


3.如权利要求2所述的索力监测装置，其特征在于：所述电源管理系统用于监测电池电量，所述近程设备端通过蓝牙元件对电源管理系统采集电池电量信息的正常时间间隔进行设置，电源管理系统以正常时间间隔采集电池电量数据并将电池电量数据传输给微控制器以通过NB-IoT无线通信模块上传至云端。


4.如权利要求1所述的索力监测装置，其特征在于：在初始状态下，所述实时时钟元件以正常时间间隔触发微控制器以一定的频率F采集信号调理转换元件的加速度数据a，共获取K个加速度数据a，微控制器筛选出K个加速度数据a中的加速度数据最大值amax及加速度数据最小值amin，经过N次正常时间间隔共筛选出N个加速度数据最大值amax及N个加速度数据最小值amin，并计算该N个加速度数据最大值amax的平均值及N个加速度数据最小值amin的平均值得到amax平及amin平，并以amax平的M1倍作为加速度数据最大阈值amax阈及以amin平的M2倍作为加速度数据最小阈值amin阈传输给阈值监测元件。


5.如权利要求4所述的索力监测装置，其特征在于：在索力监测装置进入正常实时监测状态下，所述微控制器在正常时间间隔下每获取一个最新的加速度数据最大值amax及加速度数据最小值amin，将剔除最先采集的一个加速度数据最大值amax及加速度数据最小值amin，实时保持对N个加速度数据最大值amax及加速度数据最小值amin计算其平均值得到amax平及amin平，并以amax平的M1倍作为加速度数据最大阈值amax阈及以amin平的M2倍作为加速度数据最小阈值amin阈，微控制器将当前计算的最大阈值amax阈及最小阈值amin阈在超过或低于初始状态下计算的最大阈值amax阈及最小阈值amin阈的某一百分比P的情况下的数值传输给NB-IoT无线通信模块以上传至云端，并由云端向监测人员发送提醒是否以最新的最大阈值amax阈及最小阈值amin阈对原始阈值作更新。


6.如权利要求1所述的索力监测装置，其特征在于：所述电源管理系统控制信号调理转换元件、阈值监测元件及实时时钟元件处于实时工作状态，控制蓝牙元件在未被一近程设备端唤醒、微控制器未被触发采集加速度数据a的情况下处于休眠状态。


7.一种索力监测系统，其特征在于：
所述索力监测系统包括由多个索力监测装置构成的索力监测装置组、近程设备端、云端及远程设备端；
各索力监测装置具有如权利要求1至权利要求6中任一项所述特征；
各索力监测装置通过抱箍安装于待测索力的拉索上，所述近程设备端通过蓝牙连接各索力监测装置对各索力监测装置进行初始状态设置，各索力监测装置将监测的索力值...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐辉，宋爽，姚鸿梁，
申请(专利权)人：浙江同禾传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33