无线振弦类传感器数据采集设备及包括该设备的安全监测应用平台制造技术

本发明专利技术公开了一种无线振弦类传感器数据采集设备及包括该设备的安全监测应用平台，设备包括振弦类传感器、采集仪、通讯模块和电源模块；振弦类传感器用于采集目标的振弦类信号；采集仪包括信号采集模块和微处理模块，信号采集模块从振弦类传感器采集信号样本，并检测振弦类信号的幅值；微处理模块和数据采集模块电性连接，信号采集模块完成信号样本采样后，微处理模块进行信号质量分析，并踢除异常数据。本发明专利技术能够踢除异常数据，从而保证设备传输至安全监测应用平台的振弦信号数据质量；具有信号评定功能，针对采集到的传感器数据实现传感器使用寿命自诊断，为系统维护提供指导；能够实现传感器数据从采集到存储、展示的自动化远程交互。自动化远程交互。自动化远程交互。

【技术实现步骤摘要】
无线振弦类传感器数据采集设备及包括该设备的安全监测应用平台


[0001]本专利技术涉及桥梁安全监测领域，尤其涉及一种无线振弦类传感器数据采集设备及包括该设备的安全监测应用平台。

技术介绍

[0002]在桥梁领域，为了解桥梁的实际工作情况，需要对桥梁结构信息进行长期监测，尤其是其动力学特性，当发生重载事件、强风强震等自然情况时，桥梁动力学特性会发生敏锐的显著变化，能够直观反应桥梁的健康状况。为了实现桥梁动力学特性长期自动化监测，往往采用振弦式传感器。振弦式传感器直接输出振弦自振频率信号，抗干扰能力强、受温度影响小、性能稳定可靠、耐震动、使用寿命长。因此被广泛应用到桥梁结构健康监测领域中。以振弦式应变计为例，当被测结构物内部应力发生变化，振弦式应变计同步感受变形，变形传递给振弦转变成振弦应力变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构物内部的应变量，同时可测出埋设点的温度值。
[0003]实际应用中，振弦式传感器的寿命会影响到测量结果数据的准确性，使得信号质量不稳定，应力应变及振弦式裂缝宽度测量值存在误差甚至错误，从而进一步导致桥梁安全监测的误报警现象，影响到桥梁安全评估的客观性和准确性。
[0004]同时，现有的振弦类结构监测设备/系统复杂庞大，存在现场敷设难度大、建设成本高、功耗较大等问题。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种无线振弦类传感器数据采集设备及包括该设备的安全监测应用平台。
[0006]技术方案：一种无线振弦类传感器数据采集设备，包括：
[0007]振弦类传感器，包括激振模块和测频模块，用于采集目标的振弦类信号；
[0008]采集仪，包括信号采集模块和微处理模块，所述信号采集模块从振弦类传感器获取振弦类信号作为信号样本，所述微处理模块和数据采集模块电性连接，信号采集模块完成信号样本采样后，微处理模块进行信号质量分析，将每个采样值满足式时，判定该采样值为异常数据，踢除该异常数据；其中，伪频率值是振弦类传感器测量的多次频率数据的平均值；
[0009]电源模块，用于设备供电；
[0010]通讯模块，用于远程传输设备数据；具体的，所述通讯模块将振弦类传感器实时数据、通讯信号质量、振弦类传感器信号质量、数据采集时间远程输出。优选的，所述通讯模块采用NB
‑
IoT通讯。
[0011]进一步的，在完成信号样本采样和异常数据踢除后，获取优质样本，根据优质样本诊断传感器寿命，步骤如下：
[0012]将频率真实值、频模真实值、原始样本标准差、优质样本标准差、优质样本数量、优质样本评估值分别更新到不同的寄存器中，所述优质样本评估值为测得的传感器频率值与标定频率值的比值；进行以下条件判断：
[0013]条件1：平均信号幅值大于60％；
[0014]条件2：优质样本数量大于预期采样数量的50％且不低于50个；
[0015]条件3：优质样本评估值大于80％；
[0016]如未同时达到上述条件1
‑
3则认为传感器质量较低，数据质量较差，应予以更换。
[0017]所述采集仪根据预设采集频率对振弦类传感器传回数据进行采集。
[0018]进一步的，所述采集仪通过通讯模块和PC端或手机通讯连接。
[0019]进一步的，所述振弦类传感器还包括温度检测模块。
[0020]一种包括所述无线振弦类传感器数据采集设备的安全监测应用平台，通过通讯模块获取振弦类传感器实时数据，监测设备所在位置的振弦类信号情况；所述采集仪检测振弦类信号的幅值，并通过通讯模块将振弦类信号的幅值传输至安全监测应用平台，当振弦类信号的幅值不理想时，安全监测应用平台根据幅值情况调整振弦类传感器的激励方法或激励电压。
[0021]具体的，若前m个信号幅值均大于90％且无递减趋势，则判断返回信号过盈，降低激励信号强度，反之当信号幅值低于30％则增加激励信号强度；m优选取3
‑
6。
[0022]进一步的，安全监测应用平台还包括车船撞感知设备、裂缝观测设备、梁体偏位感知设备、动挠度监测设备中的一种或多种。
[0023]有益效果
[0024]本专利技术具有如下显著进步：
[0025]1、相较于传统振弦类传感器数据采集设备系统复杂庞大，敷设难度大的问题，本专利技术的各功能模块高度集成，对传感器系统进行简化，体积减小便于安装；本专利技术采用功能强大的可编程处理器，内部软件控制设备唤醒、数据采集、启动通讯模块、数据存储上传、休眠等一系列动作；可将设备基本信息发送至监测平台，当设备监测到数据发生异常时，报警器进行报警同时远程传递报警信息告知监测平台出现异常事件，当设备检测到振弦类信号的幅值不理想，安全监测应用平台根据幅值情况调整振弦类传感器的激励方法或激励电压，从而实现传感器数据从采集到存储、展示的自动化远程交互。
[0026]2、设备能够踢除异常数据，从而保证传输至安全监测应用平台的振弦信号数据质量。
[0027]3、设备具有信号评定功能，针对采集到的传感器数据实现自诊断，提前预判传感器使用寿命，为系统维护提供指导。
[0028]3、针对传统振弦类传感器数据采集设备系统功耗问题大的问题，系统采用“哨兵”模式，平时处于休眠状态，设备根据事先设定的采集频率自动唤醒采集仪对传感器传回数据进行采集；同时，本专利技术采用低功耗电源管理技术，内置大容量锂电池，摒弃对外部电源依赖，维护成本减少，进一步降低了系统能耗。
[0029]4、数据通过NB
‑
IoT(窄带物联网)无线网络远程发送至监控端，在同样的频段下，NB
‑
IoT比现有的网络增益20dB，具有广覆盖的能力；NB
‑
IoT支持低延时敏感度、超低的设备
成本、低设备功耗和优化的网络架构，具备足够的支撑连接能力；对于一些不能经常更换电池的设备和场合，NB
‑
IoT以其更低功耗的优势适用于复杂地理环境的通讯需求。
附图说明
[0030]图1为振弦传感器谐振频谱图；
[0031]图2为安全监测应用平台的物联网传输拓扑图；
[0032]图3为传感器数据接口示意图。
具体实施方式
[0033]下面将结合说明书附图，对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0034]一种无线振弦类传感器数据采集设备，包括振弦类传感器、采集仪、微处理模块、电源模块和通讯模块。
[0035]振弦类传感器：包括激振模块和测频模块，用于采集目标的振弦类信号。
[0036]采集仪：和振弦类传感器电性连接，用于监测传感器实时数据。本专利技术的采集仪应用“采集和读取”的原理，能够精确采集振弦类传感器的频率；钢弦振动频率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线振弦类传感器数据采集设备，其特征在于，包括：振弦类传感器，包括激振模块和测频模块，用于采集目标的振弦类信号；采集仪，包括信号采集模块和微处理模块，所述信号采集模块从振弦类传感器获取振弦类信号作为信号样本，所述微处理模块和数据采集模块电性连接，信号采集模块完成信号样本采样后，微处理模块进行信号质量分析，将每个采样值满足式时，判定该采样值为异常数据，踢除该异常数据；其中，伪频率值是振弦类传感器测量的多次频率数据的平均值；电源模块，用于设备供电；通讯模块，用于远程传输设备数据。2.根据权利要求1所述的无线振弦类传感器数据采集设备，其特征在于，在完成信号样本采样和异常数据踢除后，获取优质样本，根据优质样本诊断传感器寿命，步骤如下：将频率真实值、频模真实值、原始样本标准差、优质样本标准差、优质样本数量、优质样本评估值分别更新到不同的寄存器中，所述优质样本评估值为测得的传感器频率值与标定频率值的比值；进行以下条件判断：条件1：平均信号幅值大于60％；条件2：优质样本数量大于预期采样数量的50％且不低于50个；条件3：优质样本评估值大于80％；如未同时达到上述条件1
‑
3则认为传感器质量较低，数据质量较差，应予以更换。3.根据权利要求1所述的无线振弦类传感器数据采集设备，其特征在于，所述通讯模块采用NB
‑
IoT通讯。4.根据权利要求1所述的无线振弦类传感器数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇峰，赵亮，陈军浩，承宇，徐一超，
申请(专利权)人：苏交科集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：