[实用新型]一种多能源供给的无线桥梁健康监测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于桥梁健康监测技术领域，具体涉及一种多种绿色能源供给，无需额外电源的无线网络桥梁健康监测系统。 

背景技术

自20世纪50年代以来，随着桥梁建设事业的迅猛发展，而在桥梁的使用中，由于受到自然环境和人为的一些损害，一些桥梁坍塌事故的不断发生，桥梁健康监测的重要性逐渐被认识，使用桥梁健康监测技术，观测和分析桥梁的各种结构状况，当桥梁处于危险状况时发布预警信号，以保证桥梁的正常运行，这对桥梁的维护、管理都具有非常重要的意义。而基于现有无线传感网络和传感器技术的发展，在桥梁健康监测方面也有了相应的应用。目前已经有一些桥梁健康监测无线数据采集的技术，如申请号为200720140648.4的专利中所述，该专利是采用内置电池或外置人为监控充电供给电源，双CPU处理数据模式的桥梁检测无线数据采集装置，这些装置存在以下缺点：1、采用电池或者单一的电源为系统供电，能量采集和转换效率低；2、双CPU和双通讯模块，增加了系统的功耗；3、采用的传感器为模拟量传感器，信号需要经过滤波和放大、模/数转换，这大大降低了数据采集的精确性和时滞性，并且增加了系统的能耗。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种多能源供给的无线桥梁健康监测装置，它采用多种绿色能源供给，能量利用效率高、装置结构简单、数据采集精确度高、信息传输效率高，克服了现有提出的桥梁健康监测技术中存在的需要外部电源、供电电源单一、功耗较大的不足。 

为此，本实用新型采用以下技术方案：一种多能源供给的无线桥梁健康监测装置，它包括电源收集和管理模块、传感器模块、微处理器模块、无线通信模块、无线路由节点、报警模块；电源收集和管理模块与微处理器模块、无线通信模块连接，并为它们提供电能；传感器模块中具有数字式无源传感器和模拟量传感器，数字式无源传感器与微处理器模块直接相连，模拟量传感器经过信号调理电路再与微处理器模块连接，微处理器模块与无线通信模块连接，无线通信模块通过无线电将数据发送至无线路由节点，并进而发送至中央监控室。 

在采用上述技术方案的基础上，本实用新型还可采用以下进一步的技术方案： 

电源收集和管理模块中包括电能收集模块、电源管理芯片、超级电容；电能收集模块包括振动能模块、风能模块、太阳能模块；电能收集模块通过振动能模块、风能模块和太阳能模块分别收集桥体的振动能、风能和太阳能，并转换为系统可用电压等级，电能收集模块连接电源管理芯片，电源管理芯片连接超级电容，超级电容连接微处理器模块和无线通讯模块为其供电。 

在超级电容输出电压同时连接至微处理器模块的电压监测引脚，微处理器模块会依据采集到的超级电容输出的电压，采用模糊智能算法管理自身的“运行”和“休眠”时间，实现微处理器模块“运行”和“休眠”交替的工作模式。 

所述的传感器模块中的多个传感器可同时连接至一个微处理器模块。 

微处理器模块连接报警模块，当不同的监测值超出预定警戒值时，报警模块实现现场报警，同时通过网络将报警信息传输到中央监控室，在中央监控室监控界面发出相应的报警信号。 

无线通信模块采用3G模块，无线通信模块和无线路由节点实现自组网。 

所述无源传感器模块包括对桥梁的荷载、表面形貌、结构强度等进行测量的无源传感器。无源传感器不需要额外电源的供电，从而节省了大量的能耗。同时传感器模块中有数字量无源传感器和模拟量无源传感器。对部分参数的测量采用模拟量无源传感器，模拟量无源传感器通过相应的信号调理电路接连至微处理器 模块，对部分参数的测量采用数字量无源传感器，无需中间的信号调理电路，直接连接至微处理器模块。从而减少了中间的电路，减少了干扰，使整个装置更加稳定可靠。 

所述微处理器模块负责对传感器所采集到的数据进行处理与存储、设定警戒值，当监测值超出设定警戒值时报警模块就发出相应的现场报警信号和监控室报警信号。微处理器模块将处理过的信息与数据传输至无线通信模块。同时微处理器模块负责电源的管理，实时地检测超级电容器所存储的电量与所输出的电压，并调节微处理器模块的“运行”与“休眠”时间，使电能的供应达到最佳状态。 

所述无线通讯模块和微处理器模块相连接，由传感器采集并经微处理器模块处理后的数据，通过无线通讯模块实时地发送到无线路由节点。 

所述无线路由节点实现和多个无线通讯模块进行组网，组织成星形无线网络拓扑结构，接收来自桥梁不同位置的不同数据监测信息，并将数据传输至中央监控室。