專利名稱：起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力信號(hào)的遠(yuǎn)程無線采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力信號(hào)的遠(yuǎn)程無線采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力信號(hào)的采集大多采用有線的方式，貼在結(jié)構(gòu)上 的應(yīng)變片通過屏蔽導(dǎo)線與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和電腦相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)采集，一般不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn) 程監(jiān)測(cè)。有線的動(dòng)態(tài)應(yīng)變采集需要布置大量屏蔽導(dǎo)線(導(dǎo)線數(shù)量與測(cè)試應(yīng)變點(diǎn)數(shù)一致，導(dǎo) 線長度與起重機(jī)械結(jié)構(gòu)的大小有關(guān))，耗費(fèi)大量人力和時(shí)間，其中布線和拆線的時(shí)間約占全 部檢測(cè)時(shí)間的50%以上。另外長導(dǎo)線還可能引入電磁干擾以及可能干涉起重機(jī)械活動(dòng)機(jī)構(gòu) 的運(yùn)動(dòng)等。有線方式費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、檢測(cè)效率低影響機(jī)器作業(yè)時(shí)間，且無法獲取長期動(dòng)應(yīng)力數(shù) 據(jù)，難以實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的安全評(píng)價(jià)和壽命預(yù)測(cè)。目前，有一些基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試技 術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)應(yīng)變測(cè)試，但這些方法過多關(guān)注于低功耗設(shè)計(jì)，傳輸距離短，金屬障礙物繞射 能力差，且其主要應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的特點(diǎn)不能滿足起重機(jī)械遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有有線測(cè)試方法的低效率和無線方法 中的性能缺陷，提供一種起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力信號(hào)的遠(yuǎn)程無線采集系統(tǒng)。該系統(tǒng) 在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)足夠距離的傳輸，還能通過CDMA(碼分多址)公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本系統(tǒng)包括設(shè)置在起重機(jī)上的多 個(gè)應(yīng)變計(jì)和無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)、無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)，以及遠(yuǎn)程主機(jī)；應(yīng)變計(jì)將采集信號(hào)傳 送至相應(yīng)的無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)，所有的無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)再將信號(hào)傳送至無線應(yīng)變基站節(jié) 點(diǎn)，無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)通過通信網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳送至遠(yuǎn)程主機(jī)。本實(shí)用新型的有益效果是可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)無線測(cè)試起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài) 應(yīng)力信號(hào)，經(jīng)試驗(yàn)，在可視條件下，滿足傳輸距離50 60m，在有金屬障礙物情況下，現(xiàn)場(chǎng)滿 足傳輸距離30 40m，且能實(shí)現(xiàn)CDMA公網(wǎng)范圍內(nèi)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，滿足起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè) 要求。

圖1是無線采集節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造圖。圖2是無線采集節(jié)點(diǎn)防水裝置構(gòu)造圖。圖3為在門座式起重機(jī)上的應(yīng)用。圖4是本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖。圖中，1 電源孔；2 磁座孔；3 節(jié)點(diǎn)底座；4 電源模塊；5 接線孔；6 引針接口 ； 7 控制器模塊(包含處理器模塊、射頻芯片和)；8 通訊模塊；9 節(jié)點(diǎn)上蓋；10 節(jié)點(diǎn)開關(guān) 按鈕；11 工作指示燈；12 報(bào)警指示燈；13 天線；14 防水裝置底座；15 防水裝置上蓋； 16 接線防水罩；17 天線防水罩；18 起重機(jī)；19 無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)A ；20 無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)B ；21 無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)；22 遠(yuǎn)程主機(jī)。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提出一種適合惡劣環(huán)境下起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)應(yīng)力信號(hào)的遠(yuǎn)程無線 采集系統(tǒng)。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步詳述本發(fā)明。如圖1所示，本系統(tǒng)包括設(shè)置在起重機(jī)上的多個(gè)應(yīng)變計(jì)和無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)(如 圖中的Sl Sn)、無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)，以及遠(yuǎn)程主機(jī)；應(yīng)變計(jì)將采集信號(hào)傳送至相應(yīng)的無線 應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)，所有的無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)再將信號(hào)傳送至無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)，無線應(yīng)變基 站節(jié)點(diǎn)通過通信網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳送至遠(yuǎn)程主機(jī)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述應(yīng)變計(jì)采用電阻式應(yīng)變計(jì)，焊接在起重機(jī)上。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，如圖4所示，無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)包括采集節(jié)點(diǎn)電源模塊4、 信號(hào)調(diào)理單元、處理器模塊和采集節(jié)點(diǎn)的WIFI無線射頻模塊，應(yīng)變計(jì)接至信號(hào)調(diào)理單元， 信號(hào)調(diào)理單元包括精密橋路(位于橋盒內(nèi))和信號(hào)放大電路，信號(hào)調(diào)理單元的輸出接至處 理器模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，處理器模塊還通過串型外圍接口(SPI)與采集節(jié)點(diǎn)WiFi無線 射頻模塊相連。采集節(jié)點(diǎn)電源模塊4為無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)供電，可采用鋰電池供電，也可外 接交流220V。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，如圖4所示，無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)包括基站W(wǎng)iFi無線射頻模 塊、控制器和CDMA DTU(碼分多址數(shù)據(jù)終端設(shè)備)單元，它們依次相接。無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn) 還包括基站電源模塊，該模塊為整個(gè)基站節(jié)點(diǎn)供電，外接電壓為交流220V。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，通信網(wǎng)絡(luò)采用CDMA網(wǎng)絡(luò)和hternet網(wǎng)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，如圖1所示，無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)還包括節(jié)點(diǎn)底座3、控制器 模塊7和節(jié)點(diǎn)上蓋9。節(jié)點(diǎn)底座3上設(shè)有電源孔1和磁座孔2，控制器模塊7主要由信號(hào)調(diào) 理單元、處理器模塊和采集節(jié)點(diǎn)WiFi無線射頻模塊組成，控制器模塊7上還設(shè)有接線孔5 和引針接口 6，節(jié)點(diǎn)上蓋9上設(shè)有節(jié)點(diǎn)開關(guān)按鈕10、工作指示燈11、報(bào)警指示燈12和天線 13。節(jié)點(diǎn)開關(guān)按鈕10、工作指示燈11和報(bào)警指示燈12控制和顯示節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)。天線 13是可折疊的，即全向天線。節(jié)點(diǎn)底座3、采集節(jié)點(diǎn)電源模塊4、控制器模塊7、通訊模塊8、 節(jié)點(diǎn)上蓋9依次通過螺釘相連，采集節(jié)點(diǎn)電源模塊4通過電源孔1外接電源，通訊模塊8與 天線13相連，采集節(jié)點(diǎn)電源模塊4和通訊模塊8通過引針接口 6與控制器模塊7相接，通 訊模塊8還與天線13相接，控制器模塊7通過接線孔5對(duì)外接線，無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)通過 兩個(gè)磁座孔2固定在起重機(jī)上。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，如圖2所示，采用無線節(jié)點(diǎn)防水裝置封裝無線采集節(jié)點(diǎn)，可 以有效保護(hù)節(jié)點(diǎn)，延長節(jié)點(diǎn)壽命。節(jié)點(diǎn)底座3采用防水裝置底座14，節(jié)點(diǎn)上蓋9采用防水裝 置上蓋15，防水裝置上蓋15上還設(shè)有接線防水罩16，天線13上罩有天線防水罩17，接線 孔5的對(duì)外接線通過接線防水罩16引出，接至傳感器。接線防水罩16可以有效防止水的 滲入，天線防水罩17用于保護(hù)天線本實(shí)用新型的工作過程無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)和無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)一起構(gòu)建基于 WIFI技術(shù)構(gòu)成的無線局域網(wǎng)，無線基站節(jié)點(diǎn)上電后CDMA DTU即撥號(hào)上網(wǎng)，連接上有固定IP 和設(shè)置了端口的遠(yuǎn)程主機(jī)，并保證網(wǎng)絡(luò)連接的連貫性。無線基站節(jié)點(diǎn)向遠(yuǎn)程主機(jī)匯報(bào)連接 狀態(tài)后，遠(yuǎn)程主機(jī)通過無線基站節(jié)點(diǎn)向無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)設(shè)置參數(shù)以及發(fā)送清零、平衡和采集等命令。無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)發(fā)回遠(yuǎn)程主機(jī)，從而實(shí) 現(xiàn)金屬結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)應(yīng)變信號(hào)的遠(yuǎn)程無線采集。本專利利用無線局域網(wǎng)，滿足了傳感器節(jié)點(diǎn)間測(cè)試距離的要求，同時(shí)利用CDMA數(shù) 據(jù)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)， 適合于惡劣環(huán)境下起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測(cè)的工程應(yīng)用。下面結(jié)合圖3，以實(shí)施例的形式描述本實(shí)用新型的一種應(yīng)用。實(shí)施例圖3是本實(shí)用新型在門座起重機(jī)18上的應(yīng)用。首先建立門座起重機(jī)有限元模型， 對(duì)模型進(jìn)行受力分析，找出受力大的部位，布置節(jié)點(diǎn)。其中臂架、轉(zhuǎn)筒等受力較大的位置布 置應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)，如臂架的A處設(shè)置無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)A (圖中19)，轉(zhuǎn)筒的B處設(shè)置無線應(yīng) 變采集節(jié)點(diǎn)B(圖中20)。電源可外接測(cè)點(diǎn)附近維修交流電源或不間斷電源。焊接式電阻應(yīng) 變計(jì)點(diǎn)焊在起重機(jī)構(gòu)上，與無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)構(gòu)成橋路，以采集應(yīng)變數(shù)據(jù)，再通過無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)，無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)(圖中21)最后負(fù)責(zé)將采集的 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)通過CDMA網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程主機(jī)22 (連接Internet，有固定IP)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。
權(quán)利要求1.起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力信號(hào)的遠(yuǎn)程無線采集系統(tǒng)，其特征在于本系統(tǒng)包括 設(shè)置在起重機(jī)上的多個(gè)應(yīng)變計(jì)和無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)、無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)，以及遠(yuǎn)程主機(jī)；應(yīng) 變計(jì)將采集信號(hào)傳送至相應(yīng)的無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)，所有的無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)再將信號(hào)傳送 至無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)，無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)通過通信網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳送至遠(yuǎn)程主機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程無線采集系統(tǒng)，其特征在于所述應(yīng)變計(jì)采用電阻式應(yīng) 變計(jì)，焊接在起重機(jī)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程無線采集系統(tǒng)，其特征在于無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)包括采 集節(jié)點(diǎn)電源模塊(4)、信號(hào)調(diào)理單元、處理器模塊和采集節(jié)點(diǎn)WiFi無線射頻模塊，應(yīng)變計(jì)接 至信號(hào)調(diào)理單元，信號(hào)調(diào)理單元包括精密橋路和信號(hào)放大電路，信號(hào)調(diào)理單元的輸出接至 處理器模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，處理器模塊還與采集節(jié)點(diǎn)WiFi無線射頻模塊相連，采集 節(jié)點(diǎn)電源模塊(4)為無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程無線采集系統(tǒng)，其特征在于無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)包括控 制器、基站W(wǎng)iFi無線射頻模塊和CDMA DTU單元，它們依次相接；無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)還包括 基站電源模塊，該模塊為整個(gè)基站節(jié)點(diǎn)供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程無線采集系統(tǒng)，其特征在于通信網(wǎng)絡(luò)采用CDMA網(wǎng)絡(luò)和 Internet 網(wǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的遠(yuǎn)程無線采集系統(tǒng)，其特征在于無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)還包括 節(jié)點(diǎn)底座(3)、控制器模塊(7)和節(jié)點(diǎn)上蓋(9)，節(jié)點(diǎn)底座C3)上設(shè)有電源孔(1)和磁座孔 O)，控制器模塊(7)主要由信號(hào)調(diào)理單元、處理器模塊和采集節(jié)點(diǎn)WiFi無線射頻模塊組 成，控制器模塊(7)上還設(shè)有接線孔(5)和引針接口(6)，節(jié)點(diǎn)上蓋(9)上設(shè)有節(jié)點(diǎn)開關(guān)按 鈕(10)、工作指示燈(11)、報(bào)警指示燈(12)和天線(13)，節(jié)點(diǎn)底座(3)、采集節(jié)點(diǎn)電源模塊 G)、控制器模塊(7)、通訊模塊(8)、節(jié)點(diǎn)上蓋(9)依次通過螺釘相連，采集節(jié)點(diǎn)電源模塊 ⑷通過電源孔⑴外接電源，通訊模塊⑶與天線(13)相連，采集節(jié)點(diǎn)電源模塊⑷和通 訊模塊(8)通過引針接口(6)與控制器模塊(7)相接，控制器模塊(7)通過接線孔(5)對(duì) 外接線，無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)通過磁座孔O)固定在起重機(jī)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的遠(yuǎn)程無線采集系統(tǒng)，其特征在于節(jié)點(diǎn)底座(3)采用防水裝 置底座(14)，節(jié)點(diǎn)上蓋(9)采用防水裝置上蓋(15)，防水裝置上蓋(1 上還設(shè)有接線防水 罩(16)，天線(13)上罩有天線防水罩(17)，接線孔(5)的對(duì)外接線通過接線防水罩(16) 引出。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力信號(hào)的遠(yuǎn)程無線采集系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括設(shè)置在起重機(jī)上的多個(gè)應(yīng)變計(jì)和無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)、無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)，以及遠(yuǎn)程主機(jī)；應(yīng)變計(jì)將采集信號(hào)傳送至相應(yīng)的無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)，所有的無線應(yīng)變采集節(jié)點(diǎn)再將信號(hào)傳送至無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)，無線應(yīng)變基站節(jié)點(diǎn)通過通信網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳送至遠(yuǎn)程主機(jī)。該系統(tǒng)在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)足夠距離的傳輸，還能通過CDMA公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
文檔編號(hào)H04W84/12GK201886608SQ20102025957
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者劉志平, 唐婭玲, 胡青 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)