基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，該實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)主要由多種激勵類型的傳感器、功能性的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PC機及終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成；所述功能性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其通過電纜與所述傳感器相連，還通過電纜與所述PC機及終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連；所述傳感器布設(shè)在實驗體上，其依據(jù)巖土實驗體的幾何形狀和物理特性來選擇傳感器的類型。本發(fā)明可以循環(huán)使用，為巖土類實驗系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集提供了具有可靠性、實時性和自動化等優(yōu)點的解決方案。
【專利說明】基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖土實驗系統(tǒng)工程領(lǐng)域，具體為巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著計算機科學(xué)的飛速發(fā)展和巖土工程理論及方法日益完善，計算機科學(xué)技術(shù)與巖土工程的結(jié)合獲得廣泛的應(yīng)用，巖土實驗也不斷朝著信息化方向發(fā)展。巖土實驗平臺主要用于研究巖土的物理、化學(xué)以及力學(xué)性質(zhì)和巖體在荷載作用下的應(yīng)力、應(yīng)變、位移和傾角等變化規(guī)律。在實驗過程中，應(yīng)力、應(yīng)變、位移和傾角等是動態(tài)實時變化的，需要采集大量連續(xù)、精確的數(shù)據(jù)，并及時進行傳輸、處理和分析，才能把握其本質(zhì)規(guī)律，提高實驗的精度和效果O
[0003]目前，巖土實驗平臺仍沒有擺脫傳統(tǒng)的實驗平臺模式，巖土實驗平臺對于數(shù)據(jù)的采集和處理方式比較單一，很少將軟件和硬件結(jié)合起來，而且不能實時、自動化的采集、可靠的傳輸和及時的處理數(shù)據(jù)。巖土實驗采集的數(shù)據(jù)可能因為傳輸?shù)膯栴}導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真，或者因為數(shù)據(jù)監(jiān)測的不及時，不能及時處理分析數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)總結(jié)實驗規(guī)律。單純的儀器設(shè)備的使用模式遠遠不能滿足當(dāng)前對巖土實驗實時便捷、自動化和高精度監(jiān)測、記錄、分析的要求。因此，將成熟的傳感器通信技術(shù)、數(shù)據(jù)采集集成技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)以及計算機編程技術(shù)等軟硬件技術(shù)結(jié)合起來，利用各項技術(shù)的優(yōu)勢進行集成創(chuàng)新，建立一套集實驗數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲和處理為一體的監(jiān)測系統(tǒng)，可以探索解決上述問題的合理方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于設(shè)計開發(fā)一套基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)實時監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可獨立作為實驗監(jiān)測系統(tǒng)，也可與既有實驗平臺兼容使用，能夠?qū)Υ?、中、小型巖土實驗進行監(jiān)測，利用COM接口技術(shù)來確保實驗數(shù)據(jù)的真實和準(zhǔn)確，較大程度的避免實驗數(shù)據(jù)失真情況的出現(xiàn)，結(jié)合終端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的兼容性，避免對單一編程技術(shù)的依賴，擴展非計算機專業(yè)工作人員的可參與性，整個系統(tǒng)能夠保證巖土實驗從數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理的完整性和可靠性，切實提高各類巖土實驗的數(shù)據(jù)有效性。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下方案:
[0006]本發(fā)明提供的基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由多種激勵類型的傳感器、功能性的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PC機及終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成；所述功能性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其通過電纜與所述傳感器相連，還通過電纜與所述PC機及終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連；所述傳感器布設(shè)在實驗體上，其依據(jù)巖土實驗體的幾何形狀和物理特性來選擇傳感器的類型。
[0007]所述多種激勵類型的傳感器，可以包括振弦式應(yīng)變計、靜力水準(zhǔn)儀、電容式位移計和固定式傾角計，其中:振弦式應(yīng)變計裝在相似模擬實驗巖土體的支柱上，固定式傾角計和靜力水準(zhǔn)儀分別裝在相似模擬實驗巖土體的橫梁上的左、右端，電容式位移計裝在相似模擬實驗巖土體的兩根支柱之間的底板上。
[0008]所述振弦式應(yīng)變計、靜力水準(zhǔn)儀、電容式位移計和固定式傾角計，它們分別可以采用型號為BGK-4200應(yīng)變計、ZKGSZ-200型靜力水準(zhǔn)儀、5810電容式位移計、SSA6030M1-232
角度傳感器。
[0009]所述振弦式應(yīng)變計、靜力水準(zhǔn)儀、電容式位移計和固定式傾角計，它們分別可以采用實驗室常見的包括BX系列電阻應(yīng)變片、XL-JD系列靜力水準(zhǔn)儀、KTC通用拉桿系列位移傳感器、SSA60系列傾角傳感器型號的傳感器。
[0010]所述功能性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括功能性數(shù)據(jù)采集模塊，以及與功能性數(shù)據(jù)采集模塊以電信號相連的信號智能采集模塊、無線信號接收模塊、COM接口，傳感器信號通過電纜傳入信號智能采集模塊，經(jīng)過調(diào)理后再通過RS-232通信接口傳到PC機及終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。
[0011]所述PC機可以采用聯(lián)想D305。
[0012]所述PC機可以采用其他常見的包括清華同方超翔V系列、惠普3335MT-B4K06系列、戴爾OptiPlex系列、聯(lián)想家悅系列等PC機。
[0013]所述終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以裝在PC機中，該終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、查詢存儲模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、監(jiān)測預(yù)警模塊、輸出打印模塊、登陸模塊和幫助模塊。
[0014]本發(fā)明提供的上述基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，其在大、中或小型巖土實驗中的應(yīng)用。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要有益效果:
[0016]1、以室內(nèi)巖土實驗體為監(jiān)測對象，完成監(jiān)測系統(tǒng)的搭建后，可實現(xiàn)多傳感器多參數(shù)同時綜合監(jiān)測，包括應(yīng)力、應(yīng)變、位移和傾角等，采集模塊的大容量接口可以同時接收多個傳感器的數(shù)據(jù)，可以從多角度多維度及時反應(yīng)實驗體的綜合變化，方便以對多傳感器多參數(shù)進行對比分析、相關(guān)分析和回歸分析等，從而提高實驗的效率和實驗的可拓展性；
[0017]2、通過終端系統(tǒng)對實驗體的監(jiān)測，可以在獲得數(shù)據(jù)信息的同時，及時分析數(shù)據(jù)變化和波動的原因，更加及時了解實驗進度和實驗過程，實現(xiàn)了 “監(jiān)測一傳輸一分析一預(yù)警” 一體化實時監(jiān)測，尤其對大變形實驗有較好的指導(dǎo)作用；
[0018]3、利用COM接口技術(shù)來確保實驗數(shù)據(jù)的真實和準(zhǔn)確，保證實驗數(shù)據(jù)的傳輸可靠性，可以滿足室內(nèi)巖土實驗對實驗數(shù)據(jù)高精度的要求。同時COM接口技術(shù)使用廣泛，連線簡單，性價比高，現(xiàn)在的PC機一般都配有COM接口，方便監(jiān)測系統(tǒng)與PC機連接；
[0019]4、對實驗?zāi)康暮鸵筮M行分析，選擇不同種類的傳感器和布置方式，可以采用有線和無線傳感器結(jié)合，將有線的穩(wěn)定性與無線的可拓展性相結(jié)合、取長補短，使得監(jiān)測系統(tǒng)更加靈活方便，能夠?qū)Υ?、中、小型巖土實驗進行監(jiān)測，適應(yīng)不同種類巖土實驗要求，擴大了巖土實驗監(jiān)測與使用范圍；
[0020]5、采集到的數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要轉(zhuǎn)換成excel或文本文件的格式，存放在計算機的磁盤中，數(shù)據(jù)可以復(fù)制備份、存取轉(zhuǎn)移，使用方便；
[0021]6、利用COM接口技術(shù)，開發(fā)COM組件對象幾乎可以使用所有的編程語言，COM組件對象被很好地封裝起來，通過COM接口進行訪問，使得重用性、開放性和適用性都大幅提聞;
[0022]7、監(jiān)測系統(tǒng)具有施工簡單、易于掌握、便于拆裝，循環(huán)使用等特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的整體框架圖。
[0024]圖2為本發(fā)明基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的總體構(gòu)成示意圖。
[0025]圖3為有線傳感器網(wǎng)絡(luò)信號傳輸圖。
[0026]圖4為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信號傳輸圖。
[0027]圖5為本發(fā)明終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)模塊圖。
[0028]圖中:1.相似模擬實驗巖土體的支柱；2.相似模擬實驗巖土體的橫梁；3.相似模擬實驗巖土體的底板；4.振弦式應(yīng)變計；5.靜力水準(zhǔn)儀；6.電容式位移計；7.固定式傾角計；8.COM接口 ；9.傳感器電纜；10.功能性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；11.RS-232通信接口 ；12.PC機及終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0029]本發(fā)明提供的基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，其涉及到傳感器種類與布置方式、實驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及終端處理系統(tǒng)。傳感器采用巖土實驗常用傳感器，數(shù)據(jù)的采集分為前端采集和后端采集，前端采集和后端采集通過傳感器電纜完成數(shù)據(jù)的交互，采集模塊中內(nèi)置有COM組件，數(shù)據(jù)采用COM接口傳輸至功能性采集模塊中進行匯總。在COM接口強穩(wěn)定性的保證下，將數(shù)據(jù)傳至終端處理系統(tǒng)并進行處理，實現(xiàn)對巖土實驗平臺上實驗數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理過程的實時監(jiān)測。由于采用COM技術(shù)，數(shù)據(jù)采集終端能夠兼容各種編程語言和平臺，使得擴展性和適用性大幅提高。
[0030]以下結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細描述:
[0031]本發(fā)明提供的基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，主要由多種激勵類型的傳感器、功能性的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10和PC機及終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)12組成，所述功能性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10，其通過傳感器電纜9與所述傳感器相連，還通過RS-232通信接口 11與所述PC機及終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)12相連；所述傳感器是依據(jù)巖土實驗體的幾何形狀和物理特性選擇傳感器輸出類型來確定的。
[0032]所述多種激勵類型的傳感器，可以包括振弦式應(yīng)變計4、靜力水準(zhǔn)儀5、電容式位移計6和固定式傾角計7，其中:振弦式應(yīng)變計4裝在相似模擬實驗巖土體的支柱I上，固定式傾角計7和靜力水準(zhǔn)儀5分別裝在相似模擬實驗巖土體的橫梁2上的左、右端，電容式位移計6裝在相似模擬實驗巖土體的兩根支柱之間的底板3上，如圖1所示。
[0033]所述振弦式應(yīng)變計4、靜力水準(zhǔn)儀5、電容式位移計6和固定式傾角計7，它們分別采用型號為BGK-4200應(yīng)變計、ZKGSZ-200型靜力水準(zhǔn)儀、5810電容式位移計、SSA6030M1-232角度傳感器，或者它們依據(jù)實際情況采用具有同樣功能的其它型號的部件。
[0034]所述振弦式應(yīng)變計4、靜力水準(zhǔn)儀5、電容式位移計6和固定式傾角計7，它們分別采用實驗室常見的包括BX系列電阻應(yīng)變片、XL-JD系列靜力水準(zhǔn)儀、KTC通用拉桿系列位移傳感器、SSA60系列傾角傳感器型號的傳感器。
[0035]所述功能性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10包括功能性數(shù)據(jù)采集模塊，以及與功能性數(shù)據(jù)采集模塊以電信號相連的信號智能采集模塊、無線信號接收模塊、COM接口 8，傳感器信號通過傳感器電纜9傳入信號智能采集模塊，經(jīng)過調(diào)理后再通過RS-232通信接口 11傳到PC機及終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)12中。
[0036]所述PC機可以采用聯(lián)想D305。
[0037]所述PC機可以采用其他常見的包括清華同方超翔V系列、惠普3335MT-B4K06系列、戴爾OptiPlex系列、聯(lián)想家悅系列等PC機。
[0038]所述終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以裝在PC機中，該終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、查詢存儲模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、監(jiān)測預(yù)警模塊、輸出打印模塊、登陸模塊和幫助模塊。
[0039]本發(fā)明提供的上述基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，其在大、中、小型巖土實驗中的應(yīng)用。
[0040]該基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)依據(jù)實驗要求等實際情況，運用傳感器通信技術(shù)，COM接口技術(shù)以及巖土實驗相關(guān)理論，對實驗內(nèi)容進行研究和規(guī)劃，將需要監(jiān)測的實驗項目進行分析和選定，通過傳感器通信技術(shù)、數(shù)據(jù)采集集成技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)以及計算機編程手段建立實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)傳感器與采集模塊的數(shù)據(jù)傳輸，以及采集模塊向終端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的通信，完成實驗數(shù)據(jù)的實時顯示和監(jiān)測。
[0041]該基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的具體應(yīng)用的步驟如下:
[0042]1、分析實驗計劃，確定實驗的目的和方法，對監(jiān)測對象和項目進行列表，確定所需要傳感器的類型和布置方法；
[0043]2、將傳感器布設(shè)在實驗體相關(guān)位置上，并進行安裝，連接傳感器電纜，確保傳感器的可靠性；
[0044]3、放置功能性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10，采用有線連接傳感器時，將傳感器電纜9和功能性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10進行連接，按照電纜的連接方式進行連接；采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時，須將傳感器信號接收端與采集模塊連接可靠；采集系統(tǒng)的COM接口 8與終端實驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行連接時，檢查終端系統(tǒng)物理載體RS-232通信接口 11，并連接；
[0045]4、開始實驗前，啟動功能性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10和PC機及終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)12，確認采集系統(tǒng)與PC機及終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)12通信和運行正常；
[0046]5、利用終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對采集參數(shù)進行設(shè)置，包括傳感器激勵類型，計算公式、采樣率、延時、報警等，進行第一次開機實驗采集，確認一切正常后等待實驗開始；
[0047]6、實驗開始后，利用終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對實驗過程進行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，可以從多角度多維度及時反應(yīng)實驗體的綜合變化，并隨時完成實驗反饋和報警。
【權(quán)利要求】
1.一種基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是主要由多種激勵類型的傳感器、功能性的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PC機及終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成；所述功能性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其通過電纜與所述傳感器相連，還通過電纜與所述PC機及終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連；所述傳感器布設(shè)在實驗體上，其依據(jù)巖土實驗體的幾何形狀和物理特性來選擇傳感器的類型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述多種激勵類型的傳感器，包括振弦式應(yīng)變計(4)、靜力水準(zhǔn)儀(5)、電容式位移計(6)和固定式傾角計(7)，其中:振弦式應(yīng)變計(4)裝在相似模擬實驗巖土體的支柱(I)上，固定式傾角計(7)和靜力水準(zhǔn)儀(5)分別裝在相似模擬實驗巖土體的橫梁(2)上的左、右端，電容式位移計(6)裝在相似模擬實驗巖土體的兩根支柱之間的底板(3)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述振弦式應(yīng)變計(4)、靜力水準(zhǔn)儀(5)、電容式位移計(6)和固定式傾角計(7)，它們分別采用型號為BGK-4200應(yīng)變計、ZKGSZ-200型靜力水準(zhǔn)儀、5810電容式位移計、SSA6030M1-232角度傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述振弦式應(yīng)變計(4)、靜力水準(zhǔn)儀(5)、電容式位移計(6)和固定式傾角計(7)，它們分別采用實驗室常見的包括BX系列電阻應(yīng)變片、XL-JD系列靜力水準(zhǔn)儀、KTC通用拉桿系列位移傳感器、SSA60系列傾角傳感器型號的傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述功能性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(10)包括功能性數(shù)據(jù)采集模塊，以及與功能性數(shù)據(jù)采集模塊以電信號相連的信號智能采集模塊、無線信號接收模塊、COM接口(8)，傳感器信號通過電纜(9)傳入信號智能采集模塊，經(jīng)過調(diào)理后再通過RS-232通信接口(11)傳到PC機及終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(12)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述PC機采用聯(lián)想D305。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述PC機采用其他常見的包括清華同方超翔V系列、惠普3335MT-B4K06系列、戴爾OptiPlex系列、聯(lián)想家悅系列PC機。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)裝在PC機中，該終端實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、查詢存儲模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、監(jiān)測預(yù)警模塊、輸出打印模塊、登錄模塊和幫助模塊。
9.權(quán)利要求1至8中任一權(quán)利要求所述基于巖土實驗平臺的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的用途，其在大、中或小型巖土實驗中的應(yīng)用。
【文檔編號】G08C17/02GK103900640SQ201410140867
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】任高峰, 韋偉, 申一修, 郭星強, 張卅卅, 楊海燕 申請人:武漢理工大學(xué)