一种利用光纤传感的梁式结构质量监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种利用光纤传感的梁式结构质量监控系统，包括工控机、远程客户端、数据采集模块、工业相机；所述工控机与远程客户端之间进行无线通信，所述工控机连接有服务器，工控机包括有数据读取模块、数据分析模块、数据显示模块、预警模块；工业相机通过工控机控制连接；通过设置的监控系统，加强了对梁式结构的监控力度，有助于及时发现缺陷，及时对梁体进行维修，降低运营成本，节省人力，形成梁体结构质量开工资体系，便于监管。便于监管。便于监管。

【技术实现步骤摘要】
一种利用光纤传感的梁式结构质量监控系统


[0001]本专利技术属于工程梁式结构监测
，尤其涉及一种利用光纤传感的梁式结构质量监控系统。

技术介绍

[0002]梁式结构其桥梁以主梁作为主要称重结构，梁式结构在我国的公路桥梁中占有很大一分部比例，为了保证梁式结构桥梁的安全运营，对桥梁的关节建构进行实时监测与定期检测，对T梁以及箱梁等部位的损伤进行及时识别，对整个梁体结构的健康状况进行监控和评估具有重要意义。
[0003]目前对于梁体结构的监测工作，一般由人工进行肉眼观测，以及基础的敲击判断，由于公路桥梁或者铁路桥梁一般长度较长，在通过人工监测的时候耗时较长，不仅浪费大量的人力，而且对于肉眼难以观察的内部梁体变化，不能准确的进行损伤判断。随着互联网监测技术的发展，运用计算机技术和通信息技术对建筑结构进行监测，并对数据分析做出缺陷判断和预警越来越受到重视，但是目前由于梁体结构受环境、天气等因素影响，难以进行准确检测，并且桥梁在运营过程中缺少对梁体特性的系统研究，不易建立完善的监测体系，并且通过普通的传感器进行信号采集时有很大的信号噪声，导致检测误差较大，现有的监测基础检测设备跨度大，铺设难度大，受限较高。
[0004]中国专利申请号201811127003.6公开了一种桥梁结构安全状态监测系统，其特征在于，包括有：传感子系统、信号采集与储存子系统、信号处理子系统、信号通信子系统以及安全评价子系统；所述传感子系统通过传感器或测量仪器对桥梁结构在外部激励下的响应进行监测；所述信号采集与储存子系统用来采集所述传感子系统监测到的各类信息，并将各类信息储存在存储空间内；所述信号处理子系统包括有多类信号处理单元，用来检测得到各类异常信号；所述安全评价子系统用来评价桥梁结构的损伤状态，进而生成桥梁结构健康检测报告。上述现有技术通过传感器对桥梁结构进行检测，采用的的信号通信系统对于信号采集的传感器铺设难度大，并且信号处理过程中存在误差较大，导致监测数据有误差。

技术实现思路

[0005]针对现有技术不足，本专利技术的目的在于提供了一种利用光纤传感的梁式结构质量监控系统，通过采用多种光纤光栅传感器组成分布式的传感器监测网络，便于其复用，并且降低采集数据的误差，节约了成本；检测装置并且结合Lora模块进行链式通信，为检测设备的安装提供了极大的方便，通信距离源，信号稳定，防止信号丢失；通过GPS授时模块统一各个检测装置链路节点的时间，便于对监控提系统供准确的故障时间信息；通过设置梁式结构刚度的判断方法，增加梁体结构缺陷判断的准确性，通过设置的裂纹分析步骤，降低了裂纹边缘脱皮和气孔的噪声影响，增加了裂纹判断的准确性。
[0006]本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种利用光纤传感的梁式结构质量监控系统，包括工控机、远程客户端、数据采集模块、工业相机；所述工控机与远程客户端之间进行无线通信，所述工控机连接有服务器，工控机包括有数据读取模块、数据分析模块、数据显示模块、预警模块；工业相机通过工控机控制连接；
[0008]数据采集模块包括多个检测装置和Lora模块，多个检测装置通过Lora模块与工控机无线通信连接，检测装置包括至少一个光纤光栅传感器、光纤光栅解调仪、FPGA模块，所述光纤光栅传感器通过光纤光栅解调仪与FPGA连接，FPGA模块通过Lora模块与工控机进行无线通信；多个检测装置通过Lora模块进行链式通信。
[0009]优选的，所述检测装置包括温度检测装置、位移检测装置、应变检测装置、加速度检测装置；所述温度检测装置设有多个光纤光栅温度传感器，位移检测装置设有多个光纤光栅位移传感器，应变检测装置设有多个光纤光栅应变传感器，加速度检测装置设有多个光纤光栅加速度传感器。
[0010]优选的，所述数据采集模块对应物联网的感应层，实时采集梁式结构的温度、位移、应变、刚度的状态信息；通过Lora模块记性无线通信对应物联网的传输层，通过无线通信将采集的梁式结构多种状态信息传输至工控机和服务器。
[0011]优选的，所述工控机对应物联网的应用层，对接受的梁式结构信息进行分类分析处理并存储值服务器，能够对梁式结构的各种状态信息数据进行查询，并对异常数据进行预警提示；同时能够将梁式结构的各种状态信息数据同步至远程客户端，通过远程客户端进行查询和显示。
[0012]优选的，多个检测装置通过Lora模块进行链式通信的方法为，工控机的通信模块首先发出组网信号，接受到该组网信号的各个Lora模块测量该组网信号的强度，并且各个Lora模块对该组网信号的强度进行比较，由接受该信号最大强度的Lora模块与工控机通信模块进行连接，然后由连接的Lora模块测量其它检测装置连接节点的信号强度，与信号强度最大的进行连接，直到所有的检测装置完全进行通信连接形成组网。
[0013]优选的，所述Lora模块可以使无线信号转换成串口信号。
[0014]优选的，工业相机间隔布置在梁式结构的一侧，对梁体进行间断时拍照，并通过工控机设置的图像分析模块进行分析，判断梁体的裂纹情况。
[0015]优选的，图像分析模块包括图像获取，图像分析，消除误差，缺陷判断；通过工业相机定期获取梁体结构图像，设定感兴趣区域，提取裂纹图像，灰度处理，对裂纹图像进行修正和标定，图像对比增强、滤波平滑处理，阈值分割，消除孤立点和孤立块，计算裂缝宽度，判断梁体的缺陷程度。
[0016]优选的，所述工控机中具备时钟授时器，所述时钟授时器接收GPS信号，提取其定时信息，用以调整服务器的本地时间，并以NTP协议向下分发标准时间；在链式通信组网完成后先进行授时操作，检测装置读取NTP协议，获得时间信息。
[0017]优选的，所述光纤光栅温度传感器为将铝制基片中心位置开设细槽，细槽位于基片的中轴线上，将光纤光栅置于细槽中，并与固化剂进行固化，最后进行老化处理，将光纤光栅传感器置于T梁或者箱梁的表面进行温度监测。由于梁体一般采用混凝土结构，混凝土在不同的温度下会受到热胀冷缩的影响，如果温度过高回导致混凝土内部的内应力发生变化，若温差过大会导致混凝土发生变形扭曲等故障，目前对于梁式结构的监测一般会忽略
温度的变化对梁体结构的影响，因此通过光纤光栅温度传感器和光纤光栅应力传感器对梁体结构进行温度和内应力的之间测量，当梁体的温度和内应力超过设定值时，工控机进行预警提示，便于及时对梁体结构的缺陷进行判断。通过光纤光栅位移传感器对T梁和箱梁进行监测，能够有效监测箱梁因剪切力与T梁发生的微小错位、断裂等情况的发生。光纤光栅位移传感器在设置呈悬臂梁结构，两个光纤光栅分别贴于悬臂梁表面两侧，悬臂梁的另一端连接有弹簧，一个光纤光栅受到弹簧的拉力，另一个受到剪切力；弹簧的另一端通过拉杆连接有箱梁，悬臂梁通过螺栓固定在T梁上，当箱梁受到剪切力时，拉杆被拉动，悬臂梁受到拉力，一个光栅被拉伸，另一个被压缩，当拉杆被推动时，两个光栅受力相反，中心波长向反方向移动，根据波长的差值即可以实现对箱梁手剪切力错位位移量进行测量。通过对箱梁位移的监测，若箱梁的位移量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用光纤传感的梁式结构质量监控系统，其特征在于，包括工控机、远程客户端、数据采集模块、工业相机；所述工控机与远程客户端之间进行无线通信，所述工控机连接有服务器，工控机包括有数据读取模块、数据分析模块、数据显示模块、预警模块；工业相机通过工控机控制连接；数据采集模块包括多个检测装置和Lora模块，多个检测装置通过Lora模块与工控机无线通信连接，检测装置包括至少一个光纤光栅传感器、光纤光栅解调仪、FPGA模块，所述光纤光栅传感器通过光纤光栅解调仪与FPGA连接，FPGA模块通过Lora模块与工控机进行无线通信；多个检测装置通过Lora模块进行链式通信。2.根据权利要求1所述一种利用光纤传感的梁式结构质量监控系统，其特征在于，所述检测装置包括温度检测装置、位移检测装置、应变检测装置、加速度检测装置；所述温度检测装置设有多个光纤光栅温度传感器，位移检测装置设有多个光纤光栅位移传感器，应变检测装置设有多个光纤光栅应变传感器，加速度检测装置设有多个光纤光栅加速度传感器。3.根据权利要求1所述一种利用光纤传感的梁式结构质量监控系统，其特征在于，所述数据采集模块对应物联网的感应层，实时采集梁式结构的温度、位移、应变、刚度的状态信息；通过Lora模块记性无线通信对应物联网的传输层，通过无线通信将采集的梁式结构多种状态信息传输至工控机和服务器。4.根据权利要求1所述一种利用光纤传感的梁式结构质量监控系统，其特征在于，所述工控机对应物联网的应用层，对接受的梁式结构信息进...

【专利技术属性】
技术研发人员：关喜才，靳喜才，赵墘峰，何春雨，倪利萍，赵金岭，李海军，袁大伟，宋明慧，张慧，
申请(专利权)人：河南省国安建筑工程质量检测有限公司，
类型：发明
国别省市：