一种物联网建筑结构振动风险监测方法及系统装置 |
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| 申请号 | CN202310099572.9 | 申请日 | 2023-02-10 | 公开(公告)号 | CN118010152A | 公开(公告)日 | 2024-05-10 |
| 申请人 | 上海凌泽信息科技有限公司; | 发明人 | 袁定汪; 徐辉; | ||||
| 摘要 | 一种 物联网 建筑结构振动 风 险监测方法及系统装置由一个或多个一体式5G物联网振动监测系统组成，内部集成工业级嵌入式SOC系统，运行Linux 操作系统 ，同时兼容鸿蒙和Android系统。集成三分量 力 平衡 加速 度 传感器 ，两个 水 平方向、一个垂直方向；5G无线工业物联网数据模组，三通道32位 数据采集 系统， 采样 频率 支持：50Hz、100Hz、200Hz、400Hz，动态范围：130dB，主控系统集成GPS、北斗 定位 系统模 块 实现精准定位、授时、数据同步采集功能。可以实现对建筑周边环境引起的振动信息精准测量及预警，建筑结构自身的振动参数测量，实现对建筑结构健康状况进行实时监测及预警。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种物联网建筑结构振动风险监测方法及系统装置，其特征在于，明由ARM主控Cortex‑A53 4核处理器、SDRAM、FLASH、数据处理分析软件系统、北斗\GPS二合一模组(包含内置天线、外置天线)、三通道ADC数据采集、X轴力平衡加速度传感器、Y轴力平衡加速度传感器、Z轴力平衡加速度传感器、5G通讯模组(包含内置天线、外置天线)、备用电池供电模组、大数据云平台管理系统(包含建筑振动监测档案数据库管理系统)、预警接收APP客户端(包括Android APP客户端、IOS APP客户端)、远程客户管理端、预警装置、预警控制室组成。 |
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| 说明书全文 | 一种物联网建筑结构振动风险监测方法及系统装置技术领域[0001] 本发明涉及建筑振动监测预警技术领域，一种物联网建筑结构振动风险监测方法及系统装置。 背景技术[0002] 建筑结构由于形式特殊、功能繁多、易受地基及周边铁路、大型施工等的影响，不仅仅体现了建筑结构设计和施工水平，更需要解决抗环境振动、台风、地基沉降等多种问题。因此，建筑物建立结构振动监测系统对于保证建筑结构的稳定性是必要的。 [0003] 建筑施工及运营阶段存在的振动问题，安装物联网建筑结构振动监测系统可以为建筑结构施工阶段和使用阶段的安全、舒适度和设计校核提供完备的结构抗震模型、结构应力、结构变形和荷载信息；而现有建筑结构振动监测系统多使用基于MEMS振动传感器，传感器监测精度不够，无法提供细微、长时间振动引起的建筑结构局部损伤，和发现潜在的风险；现有建筑结构振动监测系统所使用传感器和采集系统、传输系统、数据处理系统是分离式的，体积庞大，需要单独布设，占有空间大，布线施工成本高昂，后期管理维护成本高昂；例如公开号：CN201720036463,实用新型发明专利一种建筑结构振动监测装置，包括依次连接的振动传感器、数据采集单元、数据分析单元和操作与显示单元，所述振动传感器设有若干个，分布于建筑结构的楼板区域或竖向承重构件区域。通过在建筑结构的楼板区域或竖向承重构件区域设置若干振动传感器，实时获取建筑结构的振动加速度数据，该振动加速度数据通过数据采集单元进行采集和A/D转换之后发送至数据分析单元进行分析，得到振源的类型及振动安全情况，最终通过操作与显示单元进行显示，为进一步采取减振和加固措施提供依据。 [0004] 基于上述专利的检索，本发明采用一体式的5G物联网建筑结构振动监测方法及系统装置，可以提供高精度的振动监测，占有较小的体积空间，数据结果物联网无线传输，安装施工节约大量的物力、人力、时间成本，后期使用维护成本也较低。 发明内容[0005] (一)解决的技术问题 [0006] 针对现有技术的不足，本发明提出了一种物联网建筑结构振动风险监测方法及系统装置，其特征在于，采用一体式的5G物联网建筑结构监测系统，内部集成ARM嵌入式SOC控制系统、数据处理分析软件系统、5G通讯模组、北斗GPS二合一定位授时模组、三分量力平衡加速度传感器，两个水平方向、一个垂直方向；提供高精度的振动数据采集和监测，使用5G物联网模组把分析数据上传到云平台大数据管理端和用户APP端；使用双时钟系统，两种时钟，分别为高精度压控晶振、北斗或GPS时钟；两种时钟程控可选，并且可以用北斗或GPS时钟对晶振进行校时，进一步提高系统信号采集的精度、5G通讯模组和北斗GPS二合一模组使用内置、外置双天线模式，在建筑结构内部可以使用外置天线，提高了信号强度，提高了信号传输的可靠性。 [0007] (二)技术方案 [0008] 本发明提供的具体技术方案如下：本发明由ARM主控Cortex‑A53 4核处理器、SDRAM、FLASH、数据处理分析软件系统、北斗\GPS二合一模组(包含内置天线、外置天线)、三通道ADC数据采集、X轴力平衡加速度传感器、Y轴力平衡加速度传感器、Z轴力平衡加速度传感器、5G通讯模组(包含内置天线、外置天线)、备用电池供电模组、大数据云平台管理系统(包含建筑振动监测档案数据库管理系统)、预警接收APP客户端(包括Android APP客户端、IOS APP客户端)、远程客户管理端、预警装置、预警控制室组成。 [0009] 一个一体式5G物联网建筑结构振动监测系统装置包括三个力平衡加速度传感器，两个监测水平方向、一个垂直方向；三个传感器互成90°直角安装。 [0010] 所述的物联网建筑结构振动监测方法为了降低环境干扰噪音，提高信号采集精度，振动AD信号采集包括下述步骤： [0011] AD采样芯片开始采集信号数据，储存器储存空间清零，设置累加次数(默认累加采样次数为10000次)，启动AD数据采样，进行采样数据累加计算，取平均值，一个数据采用周期结束，开始循环下一个AD数据采样周期。 [0012] AD采样一个周期结束后把数据结果发送给ARM SOC主控系统，主控系统把采样数据发送数据处理分析软件系统，数据处理分析软件系统依据用户预设值进行处理分析，输出振动监测结果。 [0013] 力平衡加速度传感器测量范围：±4g；灵敏度：2.5V/g；动态范围：120‑130dB；通频带：0～120Hz；传感器封装：三分量力平衡加速度传感器，两个水平向、一个垂直向，三个互为垂直安装；供电：+12V DC； [0014] 振动信号AD信号采集器：数据采样精度，模数转换器为32位；采样通道：三通道同步采用(X轴力平衡加速度传感器、Y轴力平衡加速度传感器、Z轴力平衡加速度传感器)；采样频率支持：50Hz，100Hz，200Hz，400Hz；动态范围支持：120‑130dB；时钟系统：两种时钟，分别为高精度压控晶振、北斗或GPS时钟；两种时钟程序控制可选，并且可以用北斗或GPS时钟对晶振进行校时； [0015] 北斗和GPS天线：外置北斗和GPS天线，天线长度为0.5‑2米；内置常规北斗和GPS天线； [0016] 5G通讯模组天线：外置5G通讯天线，天线长度为1‑2米；内置常规5G通讯天线； [0017] 供电系统：可通过外接电源适配器进行供电，也可以通过备用电池供电模组进行供电；备用电池供电模组容量为12V 8000‑10000mah。 [0018] (三)有益效果 [0019] 本发物联建筑结构振动监测方法及系统装置，具有以下优势。 [0020] 本发明采用一体式的5G物联网建筑结构振动监测方法及系统装置，可以提供高精度的振动监测，占有较小的体积空间，数据结果物联网无线传输，安装施工节约大量的物力、人力、时间成本，后期使用维护成本也较低。 [0021] 高进度振动信号AD信号采集器：数据采样精度，模数转换器32位；采样通道：三通道同步采用(X轴力平衡加速度传感器、Y轴力平衡加速度传感器、Z轴力平衡加速度传感器)；采样频率支持：50Hz，100Hz，200Hz，400Hz；动态范围支持：120‑130dB；时钟系统：两种时钟，分别为高精度压控晶振、北斗或GPS时钟；两种时钟程控可选，并且可以用北斗或GPS时钟对晶振进行校时；提供了信号采集精度，可以对建筑结构进行更高精度和细化的监控。 [0022] 5G通讯模组和北斗GPS定位和授时模组均采用内置、外置双天线模式，在建筑物内部信号不好的地方可以使用外置天线，确保信息发送的高可靠性。 [0023] 实时在线进行监测和评估安全性，节约维护成本。建筑结构，特别是超长寿命的建筑，筑物在全生命周期中，往往个别重要构件往往因为材料寿命问题，存在不稳定因素，导致建筑物不可逆的损伤，甚至导致影响人民生命财产安全，为了保证不出现以上情况,往往该类建筑会需要专门设置日常维护人员，对建筑物进行巡视，这样造成比较大的固定成本，而且并不是实时监控建筑物安全，也只能发现肉眼可见的外表损伤，缺乏初期损伤预警。完整的振动监测系统可以实现数据远程传输、实时数据分析及安全评估的操作，提高监测效率，降低维护费用。 [0024] 依托先进的监测系统，可减少用工人数和避免人工检测所造成的误判。长时间以来，监测采取的方式都是由工作人员定期进行检测，之后再判断损伤，最后对建筑物进行维护管理。因此，缺陷的发现比较迟缓，而且主要是由监测人员依靠经验进行评估。无线技术的发展，实现了快捷稳定的远程传输的功能，采集数据能够实时传递、在线分析和诊断，最大程度了保障了建筑的运营安全，这为建筑结构振动监测技术的快速发展提供了可能。 [0025] 自动化水平高，能够极大提升可靠性和安全性。监测数据的及时传输可以在整个监测项目内最大限度地提高数据透明性与及时性。这意味着，能够更加迅速灵敏地在结构发生损伤时作出响应，并采用非常有效的措施。通过使用这种方法能够把安全事故发生的概率降到最低限度。在检测操作上，最大限度的调高了监测数据的可靠性，不会产生人为的疏漏。 [0026] 可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 图1为物联网建筑结构振动风险监测系统流程图。 图2为物联网建筑结构振动监测方法流程图。 图3为力平衡加速传感器原理示意图。 图4为振动AD信号采集模拟信号调制解调电路原理图。 具体实施方式： [0027] 为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种物联网建筑结构风险监测方法及系统装置做进一步详细的描述。 [0028] 优选地，系统由ARM主控Cortex‑A53 4核处理器、SDRAM、FLASH、数据处理分析软件系统、北斗\GPS二合一模组(包含内置天线、外置天线)、三通道ADC数据采集、X轴力平衡加速度传感器、Y轴力平衡加速度传感器、Z轴力平衡加速度传感器、5G通讯模组(包含内置天线、外置天线)、备用电池供电模组、大数据云平台管理系统(包含建筑振动监测档案数据库管理系统)、预警接收APP客户端(包括Android APP客户端、IOS APP客户端)、远程客户管理端、预警装置、预警控制室组成。 [0029] 优选地，一个一体式5G物联网建筑结构振动监测系统装置包括三个力平衡加速度传感器，两个监测水平方向、一个垂直方向；三个传感器互成90°直角安装。 [0030] 附图2中，所述的物联网建筑结构振动监测方法为了降低环境干扰噪音，提高信号采集精度，振动AD信号采集包括下述步骤： [0031] AD采样芯片开始采集信号数据，储存器储存空间清零，设置累加次数(默认累加采样次数为10000次)，启动AD数据采样，进行采样数据累加计算，取平均值，一个数据采用周期结束，开始循环下一个AD数据采样周期。 [0032] AD采样一个周期结束后把数据结果发送给ARM SOC主控系统，主控系统把采样数据发送数据处理分析软件系统，数据处理分析软件系统依据用户预设值进行处理分析，输出振动监测结果。 [0033] 优选地，力平衡加速度传感器测量范围：±4g；灵敏度：2.5V/g；动态范围：120‑130dB；通频带：0～120Hz；传感器封装：三分量力平衡加速度传感器，两个水平向、一个垂直向，三个互为垂直安装；供电：+12V DC； [0034] 优选地，振动信号AD信号采集器：数据采样精度，模数转换器32位；采样通道：三通道同步采用(X轴力平衡加速度传感器、Y轴力平衡加速度传感器、Z轴力平衡加速度传感器)；采样频率支持：50Hz，100Hz，200Hz，400Hz；动态范围支持：120‑130dB；时钟系统：两种时钟，分别为高精度压控晶振、北斗或GPS时钟；两种时钟程控可选，并且可以用北斗或GPS时钟对晶振进行校时； [0035] 优选地，北斗和GPS天线：外置北斗和GPS天线，天线长度为0.5‑2米；内置常规北斗和GPS天线； [0036] 优选地，5G通讯模组天线：外置5G通讯天线，天线长度为1‑2米；内置常规5G通讯天线； [0037] 优选地，供电系统可通过外接电源适配器进行供电，也可以通过备用电池供电模组进行供电；备用电池供电模组容量为12V 8000‑10000mah。 [0039] 附图4振动AD信号采集模拟信号调制解调电路原理图，振动AD信号采集模拟信号调制解调电路包括：桥式振荡电路、差动电容、高频信号解调电路、滤波放大电路、反馈线圈、比列微分反馈电路； [0040] 可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。 |
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