[实用新型]一种工程结构健康监测数据采集系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及结构工程自动化技术领域，具体涉及一种工程结构健康监测数据 采集系统。

背景技术

从20世纪80年代起，我国的公路建设飞速发展，陆续建设了各种类型的公路桥梁， 拥有桥梁数量位于世界第二位。伴随着我国经济的持续增长和人民生活水平质量的提高， 对桥梁的通行能力和承载能力提出了更高的要求。如今，桥梁不仅仅作为顺利通行的建筑 物，桥梁产业的发展和桥梁技术的进步已经成为国家综合国力的体现，沟通和促进着各国 文化的交流和发展。但在快速发展的桥梁领域，不断追求造型和材料创新的同时却忽视了 成桥后的运营状态和质量，投入运营后桥梁的可靠性能否到达最初的设计标准，值得探究。 在桥梁运营阶段，由于结构受到可变作用和偶然作用的影响，日积月累将导致结构或构件 出现不同程度的损伤，材料性能加速退化，缩短桥梁的正常使用寿命。

我国的桥梁健康状况每况愈下，频频出现报警，应给予高度重视。据统计，截至到 2013年底，全国公路桥梁达七十多万座。其中，大桥所占比重较大，约为总数的90％，特大桥 梁有三千多座。国家投入大量资金用于养护旧桥，改造危桥，共改造危桥两万多座。另外，公 路桥梁超载现象比较普遍，而桥梁一旦超载使用会使其结构产生难以修复的内部损伤，频 繁超载后导致混凝土出现开裂现象。超载最致命的负面作用是对桥梁正常使用寿命的影 响。若车辆超载一倍就会导致桥梁使用寿命缩短90％。在桥梁运营条件每况愈下的情况下， 超载现象频繁导致的恶性循环加重了桥梁结构的损伤。

建立结构健康监测系统是保障结构安全运营和延长使用寿命的有效手段。结构健 康监测系统利用长期安装在结构关键位置上的传感器实时监测、评估结构的结构状态，在 自然环境、交通条件或运营状况严重异常时发出预警信号，为结构维护、维修与管理决策提 供依据和指导，可在第一时间发现潜在问题，有效避免恶性事故。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种工程结构健康监测数据采集系统，该 系统能够实时采集、传输和处理桥梁运营技术参数，具有响应速度快、可靠性高和成本低廉 等特点，能够满足桥梁分布分散、地域广阔的大型监控网的建设需要。

本实用新型的技术方案为：

一种工程结构健康监测数据采集系统，包括现场工作站以及与现场工作站无线通 信的监控中心服务器及监控终端数据预警系统。

现场工作站包括静态数据采集单元、动态数据采集单元、工控机和无线传输模块。 静态数据采集单元通过总线与工控机通信，动态数据采集单元通过工控机中的采集卡与工 控机通信，工控机通过无线传输模块并利用无线通信网络与监控中心服务器通信。监控终 端数据预警系统包含报警软件及移动终端，可将超限报警的数据直接发送到被关联的移动 终端设备上，具手机短信通知功能。

具体的，静态数据采集单元包括监测静态响应的的温度传感器、监测应力应变的 振弦应变计、监测桥梁挠度的静力水准仪、监测结构裂缝变化的裂缝仪和监测结构位移的 位移计，动态数据采集单元包括监测结构振动情况的拾振器。

具体的，无线传输模块为DTU数传模块。

本实用新型的有益效果：按照本实用新型将桥梁运行技术参数分为静态数据和动 态数据，静态数据指变化速度较慢的结构运营技术参数，如结构箱外温度、应力应变、结构 挠度、结构裂缝变化和结构位移等；动态数据指变化速度较快的结构运营技术参数，如结构 振动情况，包括振动频率、振型和阻尼系数等。本实用新型中，静态数据采集单元用于采集 静态数据并使用基于总线的分布式数据采集技术与现场的工控机通信，动态数据采集单元 用于采集动态数据并使用基于板卡的集中式数据采集技术与现场的工控机通信。基于总线 的分布式数据采集技术具有易维护、布线简单、可靠性高等优点，其缺点是采样速度低。基 于板卡的集中式数据采集技术具有采样速度快的优点，其缺点是布线费用较高，适合于动 态监测系统。本实用新型针对结构运营监控中不同技术参数的特点，分别采用以上两种数 据采集技术进行采集，既满足了工程实际中结构健康检测的技术需要，而且降低了现场布 线的难度和成本，具有较强的实用性。