一种钢结构网架的健康监测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种钢结构网架的健康监测装置和方法，该装置包括：钢结构网架、振弦传感器、数据采集单元以及上位机服务器；其中，数据采集单元分别与振弦传感器、上位机服务器电连接；钢结构网架分别与振弦传感器、数据采集单元连接；其中，上位机服务器接收数据采集单元发送的数据进行分析，以判断钢结构网架是否健康，以及根据判断结果调整预设钢结构健康监测模型的参数，使得模型输出最新的波动预测区间以替换历史波动预测区间。因此，由于本发明专利技术可根据判断结果进行自适应模型调参，使得调参后的模型输出最新的波动预测区间替换历史波动预测区间，从而可以实现波动预测区间的动态更新，进而提升了钢结构网架的健康监测准确率。进而提升了钢结构网架的健康监测准确率。进而提升了钢结构网架的健康监测准确率。

【技术实现步骤摘要】
一种钢结构网架的健康监测装置和方法


[0001]本专利技术涉及钢结构健康监测
，特别涉及一种钢结构网架的健康监测装置和方法，可用于建筑物上的钢结构网架的健康监测。

技术介绍

[0002]随着全球经济的飞速发展，桥梁、水坝、楼房等建筑大规模兴起，而钢材因其强度高、重量轻、刚性好、塑性强等优点成为这些建筑的主要构成材料。然而，随着时间推移，钢结构建筑不可避免的会受到各种外界环境因素影响，从而出现疲劳损伤与抗力减退，若未得到有力的监测与养护，则会带来较大的安全隐患。因此，如何及时准确地对钢结构健康状况进行评估预警，引起了越来越多研究人员的关注。
[0003]在现有技术中，目前国内的钢结构网架健康监测系统基本采用振弦传感器对结构应力进行静态测量，并基于经验阈值进行异常预警。然而由于受环境影响，静态阈值难以同时兼顾预警的准确率与召回率，可能导致大量误报或异常未检出的情况，影响工程人员工作效率甚至对群众的生命及财产安全带来危害。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种钢结构网架的健康监测装置和方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种钢结构网架的健康监测装置，装置包括：
[0006]钢结构网架、振弦传感器、数据采集单元以及上位机服务器；其中，
[0007]数据采集单元分别与振弦传感器、上位机服务器电连接；钢结构网架分别与振弦传感器、数据采集单元连接；其中，
[0008]上位机服务器接收数据采集单元发送的数据进行分析，以判断钢结构网架是否健康，以及根据判断结果调整预设钢结构健康监测模型的参数，使得模型输出最新的波动预测区间以替换历史波动预测区间。
[0009]可选的，振弦传感器，用于当接收到激振信号时，对钢结构网架进行固有频率的稳定共振，以及测量钢结构网架的振动信号与电压信号，并将振动信号与电压信号发送至数据采集单元；
[0010]数据采集单元，用于将振动信号进行滤波与整形后生成方波信号，并对方波信号进行计数后得到频率数据，并将电压信号转换为温度数据，以及将频率数据与温度数据发送至上位机服务器；
[0011]上位机服务器，用于根据频率数据计算初始应变值，并根据温度数据与初始应变值计算实时应变值，以及基于实时应变值判断钢结构网架是否健康，并根据判断结果更新历史波动预测区间。
[0012]可选的，数据采集单元包括频率信号采集模块、单片机控制器、通信模块以及供电模块；其中，
[0013]频率信号采集模块、单片机控制器、通信模块以及供电模块依次电连接；
[0014]频率信号采集模块与振弦传感器电连接；
[0015]通信模块与上位机服务器通信连接。
[0016]可选的，频率信号采集模块包括拾振模块、激振模块；
[0017]拾振模块分别与振弦传感器、单片机控制器电连接；
[0018]激振模块分别与振弦传感器、单片机控制器电连接。
[0019]可选的，拾振模块包括前置放大电路、带通滤波电路、中间放大电路、满幅放大电路、施密特整形电路和光耦隔离电路；
[0020]前置放大电路一端与振弦传感器电连接，另一端与带通滤波电路电连接；
[0021]光耦隔离电路一端与施密特整形电路连接，另一端与单片机控制器电连接；
[0022]前置放大电路、带通滤波电路、中间放大电路、满幅放大电路、施密特整形电路和光耦隔离电路依次电连接。
[0023]可选的，当接收到激振信号时，对钢结构网架进行固有频率的稳定共振，包括：
[0024]单片机控制器按照预设周期对激振模块发送监测指令；
[0025]激振模块基于监测指令生成激振信号发送至振弦传感器；
[0026]振弦传感器基于激振信号对钢结构网架进行固有频率的稳定共振。
[0027]可选的，将振动信号进行滤波与整形后生成方波信号，并对方波信号进行计数后得到频率数据，并将电压信号转换为温度数据，以及将频率数据与温度数据发送至上位机服务器，包括：
[0028]振动信号依次经过前置放大电路、带通滤波电路、中间放大电路、满幅放大电路、施密特整形电路和光耦隔离电路，输出频率稳定的方波信号；
[0029]拾振模块将方波信号与电压信号发送至单片机控制器；
[0030]单片机控制器对方波信号进行计数后得到频率数据，并将电压信号转换为温度数据，以及将频率数据与温度数据通过通行模块发送至上位机服务器。
[0031]可选的，基于实时应变值判断钢结构网架是否健康，并根据判断结果更新历史波动预测区间，包括：
[0032]当实时应变值位于预设钢结构健康监测模型的历史波动预测区间时，确定钢结构网架健康；
[0033]基于实时应变值调整钢结构健康监测模型的参数，使得模型输出最新波动预测区间，并将模型的历史波动预测区间替换为最新波动预测区间；
[0034]或者，
[0035]当实时应变值不位于历史波动预测区间时，确定钢结构网架不健康；
[0036]计算实时应变值超出历史波动预测区间的监测值，并基于监测值进行异常报警；
[0037]接收针对异常报警的反馈参数，基于反馈参数确定目标数据；
[0038]基于目标数据调整钢结构健康监测模型的参数，使得模型输出最新波动预测区间，并将历史波动预测区间替换为最新波动预测区间。
[0039]可选的，按照以下步骤生成历史波动预测区间，包括：
[0040]获取历史测量数据；
[0041]利用归一化与皮尔森系数从历史测量数据中拟合出波动数据；
[0042]对波动数据进行稀疏先验识别，得到突变点数据；
[0043]采用Prophet时间序列模型构建钢结构健康监测模型；
[0044]将突变点数据输入钢结构健康监测模型中，输出监测点应力预测值；
[0045]基于监测点应力预测值，并结合贝叶斯公式计算应力最大后验概率密度，得到历史波动预测区间。
[0046]第二方面，本专利技术实施例提供了一种钢结构网架的健康监测方法，应用于上位机服务器，方法包括：
[0047]接收频率数据与温度数据，并基于频率数据计算初始应变值，并根据温度数据与初始应变值计算实时应变值；
[0048]当实时应变值位于预设钢结构健康监测模型的历史波动预测区间时，确定钢结构网架健康；
[0049]基于实时应变值调整钢结构健康监测模型的参数，使得模型输出最新波动预测区间，并将模型的历史波动预测区间替换为最新波动预测区间；
[0050]或者，
[0051]当实时应变值不位于历史波动预测区间时，确定钢结构网架不健康；
[0052]计算实时应变值超出历史波动预测区间的监测值，并基于监本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢结构网架的健康监测装置，其特征在于，所述装置包括：钢结构网架、振弦传感器、数据采集单元以及上位机服务器；其中，所述数据采集单元分别与所述振弦传感器、所述上位机服务器电连接；所述钢结构网架分别与所述振弦传感器、数据采集单元连接；其中，所述上位机服务器接收所述数据采集单元发送的数据进行分析，以判断所述钢结构网架是否健康，以及根据判断结果调整预设钢结构健康监测模型的参数，使得所述模型输出最新的波动预测区间以替换历史波动预测区间。2.根据权利要求1所述的一种钢结构网架的健康监测装置，其特征在于，所述振弦传感器，用于当接收到激振信号时，对所述钢结构网架进行固有频率的稳定共振，以及测量所述钢结构网架的振动信号与电压信号，并将所述振动信号与电压信号发送至所述数据采集单元；所述数据采集单元，用于将所述振动信号进行滤波与整形后生成方波信号，并对所述方波信号进行计数后得到频率数据，并将所述电压信号转换为温度数据，以及将所述频率数据与所述温度数据发送至上位机服务器；所述上位机服务器，用于根据所述频率数据计算初始应变值，并根据所述温度数据与所述初始应变值计算实时应变值，以及基于所述实时应变值判断所述钢结构网架是否健康，并根据判断结果更新历史波动预测区间。3.根据权利要求2所述的一种钢结构网架的健康监测装置，其特征在于，所述数据采集单元包括频率信号采集模块、单片机控制器、通信模块以及供电模块；其中，所述频率信号采集模块、单片机控制器、通信模块以及供电模块依次电连接；所述频率信号采集模块与所述振弦传感器电连接；所述通信模块与所述上位机服务器通信连接。4.根据权利要求3所述的一种钢结构网架的健康监测装置，其特征在于，所述频率信号采集模块包括拾振模块、激振模块；所述拾振模块分别与所述振弦传感器、单片机控制器电连接；所述激振模块分别与所述振弦传感器、单片机控制器电连接。5.根据权利要求4所述的一种钢结构网架的健康监测装置，其特征在于，拾振模块包括前置放大电路、带通滤波电路、中间放大电路、满幅放大电路、施密特整形电路和光耦隔离电路；所述前置放大电路一端与所述振弦传感器电连接，另一端与所述带通滤波电路电连接；所述光耦隔离电路一端与所述施密特整形电路连接，另一端与所述单片机控制器电连接；前置放大电路、带通滤波电路、中间放大电路、满幅放大电路、施密特整形电路和光耦隔离电路依次电连接。6.根据权利要求5所述的一种钢结构网架的健康监测装置，其特征在于，所述当接收到激振信号时，对所述钢结构网架进行固有频率的稳定共振，包括：所述单片机控制器按照预设周期对所述激振模块发送监测指令；
所述激振模块基于所述监测指令生成激振信号发送至所述振弦传感器；所述振弦传感器基于所述激振信号对所述钢结构网架进行固有频率的稳定共振。7.根据权利要求5所述的一种钢结构网架的健康监测装置，其特征在于，所述将所述振动信号进行滤波与整形后生成方波信号，并对所述方波信号进行计...

【专利技术属性】
技术研发人员：许琮维，王振众，
申请(专利权)人：杭萧钢构股份有限公司，
类型：发明
国别省市：