CN116242426A - 一种大跨度空间结构健康监管***及其方法 - Google Patents

一种大跨度空间结构健康监管***及其方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116242426A
CN116242426A CN202211714157.1A CN202211714157A CN116242426A CN 116242426 A CN116242426 A CN 116242426A CN 202211714157 A CN202211714157 A CN 202211714157A CN 116242426 A CN116242426 A CN 116242426A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensor
signal
transmitting
data
receiving device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202211714157.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116242426B (zh
Inventor
邵彦超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Original Assignee
Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group filed Critical Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Priority to CN202211714157.1A priority Critical patent/CN116242426B/zh
Publication of CN116242426A publication Critical patent/CN116242426A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116242426B publication Critical patent/CN116242426B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D33/00—Testing foundations or foundation structures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K17/00—Methods or arrangements for effecting co-operative working between equipments covered by two or more of main groups G06K1/00 - G06K15/00, e.g. automatic card files incorporating conveying and reading operations
    • G06K17/0022—Methods or arrangements for effecting co-operative working between equipments covered by two or more of main groups G06K1/00 - G06K15/00, e.g. automatic card files incorporating conveying and reading operations arrangements or provisious for transferring data to distant stations, e.g. from a sensing device
    • G06K17/0029—Methods or arrangements for effecting co-operative working between equipments covered by two or more of main groups G06K1/00 - G06K15/00, e.g. automatic card files incorporating conveying and reading operations arrangements or provisious for transferring data to distant stations, e.g. from a sensing device the arrangement being specially adapted for wireless interrogation of grouped or bundled articles tagged with wireless record carriers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/80—Services using short range communication, e.g. near-field communication [NFC], radio-frequency identification [RFID] or low energy communication
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种大跨度空间结构健康监管***及其方法，该***包括控制中心、发射/接收装置和监测节点；该方法包括：获取配置信号来配置工作模式；当配置信号为配置成无源监测模式时，持续通过激励信号向传感器供电，并实时将传感器所采集到的数据上传至控制中心或存储至发射/接收装置；当配置信号为配置成无源检测模式时，定时通过激励信号向传感器供电，并在被供电期间实时将传感器所采集到的数据上传至控制中心或存储至发射/接收装置；对采集到的数据进行处理分析得到大跨度空间结构的健康评价。本发明传感器不需要自身供电，由发射端的射频信号提供电源，因此更容易封装，感知节点的可靠性大幅上升。

Description

一种大跨度空间结构健康监管***及其方法
技术领域
本发明涉及建筑健康技术领域，更具体的说是涉及一种大跨度空间结构健康监管***及其方法。
背景技术
在建筑与基础设施长期服役过程中，针对重要构件服役状态的准确感知是实现建筑诊治面临的首要问题和必要步骤。尤其是大跨桥梁、大型吊车梁等大跨度空间结构，这些结构的构件均容易出现变形，振动的扰动也较大，对大跨空间结构变形的检测是非常有必要的，关系到建筑安全的问题。而长期监测的成本高，传统的监测技术不稳定，电池容易没电，监测节点容易失效。在传统结构监测鉴定技术发展日趋成熟的基础上，如何实时、连续、高可靠性地对大跨度空间结构进行健康监管面临的新问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种大跨度空间结构健康监管***及其方法，其目的在于解决现有技术中对大跨度空间结构的健康监测不稳定的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种大跨度空间结构健康监管***，包括控制中心、发射/接收装置和监测节点；其中，所述监测节点至少包括一个；
所述控制中心与所述发射/接收装置无线连接，用于向所述发射/接收装置发送控制命令，并接收所述监测节点所采集到的数据，对数据进行处理分析，得到大跨度空间结构的健康评价；
所述发射/接收装置与所述监测节点之间通过RFID无线连接，用于接收所述控制命令和所述监测节点所采集到的数据，根据所述控制命令向所述监测节点发送配置信号和激励信号，并将所述监测节点所采集到的数据发送至所述控制中心；
每个所述监测节点均包括可配置天线模块、电源控制电路、传感器、存储器和电源模块；
所述可配置天线模块与所述发射/接收装置无线连接，用于接收所述发射/接收装置发送的配置信号和激励信号，并将所接收到的信号发送至所述电源控制电路；
所述电源控制电路与所述可配置天线模块相连，用于获取所述配置信号来配置工作模式，所述工作模式包括无源监测模式和无源检测模式；还用于获取所述激励信号来完成供电；
在所述无源监测模式中，所述发射/接收装置持续发送所述激励信号，持续控制向所述传感器供电，并实时将所述传感器所采集到的数据通过所述可配置天线模块发送至所述控制中心或存储至所述发射/接收装置；
在所述无源检测模式中，所述发射/接收装置定时发送所述激励信号，定时控制向所述传感器供电，并在被供电期间实时将所述传感器所采集到的数据通过所述可配置天线模块发送至所述控制中心或存储至所述发射/接收装置；
所述传感器至少包括一个，并均分别与所述电源控制电路相连，用于采集所在位置的结构健康信息数据；
所述低功耗处理器与所述电源控制电路相连，用于控制所述传感器进行数据的采集，获取所采集到的数据后发送至所述存储器中进行存储。
优选的，每个所述监测节点均还包括存储器和电源模块，所述工作模式还包括离线监测模式；
所述存储器与所述低功耗处理器相连，用于在所述离线监测模式中存储所述传感器所采集到的数据；
所述电源模块分别与所述电源控制电路、所述传感器、所述存储器和所述低功耗处理器相连，用于在所述离线监测模式中向所述电源控制电路、所述传感器、所述存储器和所述低功耗处理器进行供电；
在所述离线监测模式中，获取所述配置信号后激活所述电源模块和所述存储器，并在配置成功后将所述休眠控制信号发送至所述发射/接收装置，所述发射/接收装置获取休眠控制信号进入休眠状态。
优选的，所述控制中心包括数据分析模块；
所述数据分析模块包括数据采集单元、固有频率偏差值计算单元、应变偏移值计算单元、历史数据分析单元和相关性分析单元；
所述数据采集单元，用于获取所述传感器所采集到的数据，每个点位返回的数据为
Figure BDA0004020468450000031
其中，/>
Figure BDA0004020468450000032
为加速度信号，/>
Figure BDA0004020468450000033
为应变信号；
所述固有频率偏差值计算单元，用于对加速度信号
Figure BDA0004020468450000034
进行时频转换，得到当前点位加速度信号的前三阶实测固有频率/>
Figure BDA0004020468450000035
从第1次检测开始，计算与前三阶固有频率[fn,1，fn,2，fn,3]的偏差值/>
Figure BDA0004020468450000036
所述应变偏移值计算单元，用于根据应变信号
Figure BDA0004020468450000037
计算应变偏移值，以初始应变信号/>
Figure BDA0004020468450000038
作为基准点，从第1次检测开始，计算每次检测中的应变值εm与初始应变信号/>
Figure BDA0004020468450000039
的偏移值/>
Figure BDA00040204684500000310
所述历史数据分析单元，用于对第n个监测节点进行单点位的历史应变偏移值进行分析，获得损伤节点；
所述相关性分析单元，用于对所述损伤节点的
Figure BDA00040204684500000311
进行相关性分析，并对变化相关性大于预设阈值的节点进行整体损伤分析。
优选的，所述控制中心包括节点布设确定模块；
所述节点布设确定模块包括结构振型仿真单元、有限元分析单元和节点位置确定单元；
所述结构振型仿真单元，用于对所述大跨度空间结构进行结构振型仿真；
所述有限元分析单元，用于对所述大跨空间结构进行有限元分析，避开前三阶振型与原始状态的交点位置来预先确定监测节点的布设点位，并通过有限元计算，得到第n个点位的前三阶原始固有频率[fn,1，fn,2，fn,3]。
优选的，所述控制中心还包括采集间隔设置模块；
所述采集间隔设置模块，用于获取所述相关性分析单元的分析结果，并根据大跨空间结构的维护要求对所述传感器进行采集数据的间隔进行调整。
优选的，所述监测节点还包括无源传感芯片和信号调节电路；
所述无源传感芯片分别与所述可配置天线模块和所述电源控制电路相连，用于利用RFID通讯协议接收并发送信号，获取所述配置信号和所述激励信号，对所述配置信号进行识别，得到对应的工作模式配置命令，将相应的工作模式配置命令发送至所述电源控制电路，并对所述激励信号进行解调，将所述工作模式配置命令和解调后的所述激励信号发送至所述电源控制电路；
所述信号调节电路至少包括一个，每个所述信号调节电路均连接一个所述传感器，所述信号调节电路还均与所述低功耗处理器相连，用于控制所述传感器采集数据，获取传感器所采集到的数据后经过调制后发送至所述低功耗处理器。
优选的，所述可配置天线模块的类型包括：埋入遮挡式低频高功率天线、民用环境低频低功率天线和工业环境高频低功率天线；所述传感器的类型包括：应变传感器、速度传感器、加速度传感器和温湿度传感器。
一种大跨度空间结构健康监管方法，包括以下步骤：
S1.发射/接收装置接收控制命令，并根据所述控制命令向各监测节点发送配置信号和激励信号；
S2.获取所述配置信号来配置工作模式；
当所述配置信号为配置成无源监测模式时，持续通过所述激励信号向传感器供电，并实时将所述传感器所采集到的数据上传至控制中心或存储至发射/接收装置；
当所述配置信号为配置成无源检测模式时，定时通过所述激励信号向所述传感器供电，并在被供电期间实时将所述传感器所采集到的数据上传至控制中心或存储至发射/接收装置；
S3.对传感器采集到的数据进行处理分析，得到大跨度空间结构的健康评价。
优选的，在S2中，当所述配置信号为配置成离线监测模式时，激活电源模块和存储器，电源模块向传感器供电，并在配置成功后将所述休眠控制信号发送至所述发射/接收装置，控制所述发射/接收装置休眠；并将所述传感器所述采集到的数据存储至所述存储器中。
优选的，S3的具体内容包括：
S31.获取所述传感器所采集到的数据，每个点位返回的数据为
Figure BDA0004020468450000041
其中，/>
Figure BDA0004020468450000042
为加速度信号，/>
Figure BDA0004020468450000043
为应变信号；
S32.对加速度信号
Figure BDA0004020468450000051
进行时频转换，得到当前点位加速度信号的前三阶实测固有频率/>
Figure BDA0004020468450000052
从第1次检测开始，计算与前三阶固有频率[fn,1，fn,2，fn,3]的偏差值
Figure BDA0004020468450000053
S33.根据应变信号
Figure BDA0004020468450000054
计算应变偏移值，以初始应变信号/>
Figure BDA0004020468450000055
作为基准点，从第1次检测开始，计算每次检测中的应变值εm与初始应变信号/>
Figure BDA0004020468450000056
的偏移值/>
Figure BDA0004020468450000057
/>
S34.对第n个监测节点进行单点位的历史应变偏移值进行分析，获得损伤节点；
S35.对所述损伤节点的ξm n进行相关性分析，并对变化相关性大于预设阈值的节点进行整体损伤分析。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种大跨度空间结构健康监管***及其方法，本发明采用无源RFID技术，将传感器放在监测点位上，在无源检测模式时，将收发端设置为移动式，一般是将收发端设置于不同的载具上，比如汽车，来实现收发端的移动性，当需要定期检测的时候，移动发射端移动后向传感器等进行供电，进而获取到传感器所采集到的数据，在无源监测模式时，发射/接收装置持续向传感器等进行供电，进而实现传感器持续获取数据，获取到数据后通过控制中心对其进行损伤分析，采用本发明，传感器不需要自身供电，由发射端的射频信号提供电源，因此更容易封装，感知节点的可靠性大幅上升。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种大跨度空间结构健康监管***的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的振型仿真示意图；
图3为本发明实施例提供的固有频率波形图；
图4为本发明实施例提供的监测节点分布示意图；
图5为本发明实施例提供的相关性分析结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种大跨度空间结构健康监管***，如图1所示，包括控制中心、发射/接收装置和监测节点；其中，监测节点至少包括一个；
控制中心与发射/接收装置无线连接，用于向发射/接收装置发送控制命令，并接收监测节点所采集到的数据，对数据进行处理分析，得到大跨度空间结构的健康评价；
发射/接收装置与监测节点之间通过RFID无线连接，用于接收控制命令和监测节点所采集到的数据，根据控制命令向监测节点发送配置信号和激励信号，并将监测节点所采集到的数据发送至控制中心；
每个监测节点均包括可配置天线模块、电源控制电路、传感器、存储器和电源模块；
可配置天线模块与发射/接收装置无线连接，用于接收发射/接收装置发送的配置信号和激励信号，并将所接收到的信号发送至电源控制电路；
电源控制电路与可配置天线模块相连，用于获取配置信号来配置工作模式，工作模式包括无源监测模式和无源检测模式；还用于获取激励信号来完成供电；
在无源监测模式中，发射/接收装置持续发送激励信号，持续控制向传感器供电，并实时将传感器所采集到的数据通过可配置天线模块发送至控制中心或存储至发射/接收装置；
在无源检测模式中，发射/接收装置定时发送激励信号，定时控制向传感器供电，并在被供电期间实时将传感器所采集到的数据通过可配置天线模块发送至控制中心或存储至发射/接收装置；
传感器至少包括一个，并均分别与电源控制电路相连，用于采集所在位置的结构健康信息数据；
低功耗处理器与电源控制电路相连，用于控制传感器进行数据的采集，获取所采集到的数据后发送至存储器中进行存储。
为了进一步实施上述技术方案，每个监测节点均还包括存储器和电源模块，工作模式还包括离线监测模式；
存储器与低功耗处理器相连，用于在离线监测模式中存储传感器所采集到的数据；
电源模块分别与电源控制电路、传感器、存储器和低功耗处理器相连，用于在离线监测模式中向电源控制电路、传感器、存储器和低功耗处理器进行供电；
在离线监测模式中，获取配置信号后激活电源模块和存储器，并在配置成功后将休眠控制信号发送至发射/接收装置，发射/接收装置获取休眠控制信号进入休眠状态。
需要说明的是：
工作模式包括无源监测模式、无源检测模式和离线监测模式；
当需要对大跨度空间结构中缓慢变化的形变数据进行采集时，则采用无源检测模块，通过将发射/接收装置设置为可移动式装置，定时在大跨度空间结构中移动获取一定时间间隔内的传感器检测数据；
当需要对大跨度空间结构中已经出现损伤或形变已经超过设计值的相应数据进行采集时，则采用无源监测模式，此时可以将发射/接收装置设置为固定式装置，在该空间结构内持续为传感器等进行供电，传感器持续实时获取数据；
当需要对振动信号等加速度信号数据进行采集时，则采用离线监测模式，在监测单元内接入电源和存储器，发射/接收装置进入休眠，此时通过接入的电源来进行供电，通过存储器来离线存储所采集到的数据，后续由人工或其他方式来启动发射/接收装置，将存储器中所存储的数据统一上传回发射/接收装置或控制中心。
为了进一步实施上述技术方案，控制中心包括数据分析模块；
数据分析模块包括数据采集单元、固有频率偏差值计算单元、应变偏移值计算单元、历史数据分析单元和相关性分析单元；
数据采集单元，用于获取传感器所采集到的数据，每个点位返回的数据为
Figure BDA0004020468450000081
其中，/>
Figure BDA0004020468450000082
为加速度信号，/>
Figure BDA0004020468450000083
为应变信号；
固有频率偏差值计算单元，用于对加速度信号sm n进行时频转换，得到当前点位加速度信号的前三阶实测固有频率
Figure BDA0004020468450000084
从第1次检测开始，计算与前三阶固有频率[fn,1，fn,2，fn,3]的偏差值/>
Figure BDA0004020468450000085
Figure BDA0004020468450000086
其中
Figure BDA0004020468450000087
m≥1。
应变偏移值计算单元，用于根据应变信号
Figure BDA0004020468450000088
计算应变偏移值，以初始应变信号/>
Figure BDA0004020468450000089
作为基准点，从第1次检测开始，计算每次检测中的应变值εm与初始应变信号/>
Figure BDA00040204684500000810
的偏移值εm n；
历史数据分析单元，用于对第n个监测节点进行单点位的历史应变偏移值进行分析，获得损伤节点；
相关性分析单元，用于对损伤节点的
Figure BDA00040204684500000811
进行相关性分析，并对变化相关性大于预设阈值的节点进行整体损伤分析。
在本实施例中，历史数据分析单元具体的分析内容包括：
Figure BDA00040204684500000812
的绝对值/>
Figure BDA00040204684500000813
在相邻的5个检测次数/>
Figure BDA00040204684500000814
均大于50微应变(根据工程标准和工程数据的建议值，见《混凝土结构设计规范》，可以调整)，则判断/>
Figure BDA00040204684500000815
的变化值是否始终大于0。变形会导致损伤，损伤会影响固有频率，使固有频率增加，在以上情况下，该点的结构出现损伤，建议进行维护或加固。
《混凝土结构设计规范》：一般情况下,混凝土的极限压应变εu＝0.0033(3300微应变),极限拉应变εt＝0.0001(100微应变),峰值应力对应压应变ε0＝0.0020(2000微应变)。
相关性分析单元的具体分析内容包括：对出现损伤的一次检测的所有点位的前三阶固有频率变化值
Figure BDA00040204684500000816
进行相关性分析，分析变化相关性较大的节点，对这些节点的损伤进行整体分析。
Figure BDA00040204684500000817
Figure BDA00040204684500000818
Figure BDA0004020468450000091
Figure BDA0004020468450000092
为了进一步实施上述技术方案，控制中心包括节点布设确定模块；
节点布设确定模块包括结构振型仿真单元、有限元分析单元和节点位置确定单元；
结构振型仿真单元，用于对大跨度空间结构进行结构振型仿真；
有限元分析单元，用于对大跨空间结构进行有限元分析，如图2所示，避开前三阶振型与原始状态的交点位置来预先确定监测节点的布设点位，其中前三阶振型与原始状态的交点位置如图3所示，并通过有限元计算，得到第n个点位的前三阶原始固有频率[fn,1，fn,2，fn,3]。
在本实施例中，在待测结构上布设“监测节点”，超过100米跨度的结构，节点的数量建议不低于10个；100米跨度以下的结构，节点数量建议不低于5个；如有明显的结构变形或额外荷载的情况，可以在对应点位增加“监测节点”。如图4所示，统一节点同时采集该点位的加速度信号sn和应变信号Δn，在正常监测时选择无源监测模式，在已经出现异常的点位加入电源模块和存储模块选择离线监测模式。
为了进一步实施上述技术方案，控制中心还包括采集间隔设置模块；
采集间隔设置模块，用于获取相关性分析单元的分析结果，并根据大跨空间结构的维护要求对传感器进行采集数据的间隔进行调整。
在本实施例中，发射/接收装置可以安装在机动车/爬墙机器人/缆索机器人/无人机等载具上并使用载具上电源为其供电，途径每个“监测节点”时，激活节点，并采集该节点的加速度信号和应变信号。采集频率，即载具沿所有采集节点采集一次的间隔时间，根据大跨度空间结构的维护要求进行调整，本实施例建议未出现明显损伤的结构采集频率不低于2周/次，用于日常巡检；发现潜在隐患和明显构件变形的结构采集频率不低于24小时/次，用于重点观测；对于即将失效或已发生失效的结构采集频率不低于0.5小时/次，用于准实时监测。载具通过每个节点，通过RFID通讯协议，返回加速度信号和应变信号，并将采集到的数据上传至控制中心或存储至发射/接收装置。
如图5所示，本实施例中共设12个监测节点，经过第(4)步分析，第4、5、6、7个节点的相关性超过0.8，且点位相邻，认为在这次个监测节点中间的结构出现了较大的损伤，建议进行重点实时监测并进行维护或加固。
为了进一步实施上述技术方案，监测节点还包括无源传感芯片和信号调节电路；
无源传感芯片分别与可配置天线模块和电源控制电路相连，用于利用RFID通讯协议接收并发送信号，获取配置信号和激励信号，对配置信号进行识别，得到对应的工作模式配置命令，将相应的工作模式配置命令发送至电源控制电路，并对激励信号进行解调，将工作模式配置命令和解调后的激励信号发送至电源控制电路；
信号调节电路至少包括一个，每个信号调节电路均连接一个传感器，信号调节电路还均与低功耗处理器相连，用于控制传感器采集数据，获取传感器所采集到的数据后经过调制后发送至低功耗处理器。
为了进一步实施上述技术方案，可配置天线模块的类型包括：埋入遮挡式低频高功率天线、民用环境低频低功率天线和工业环境高频低功率天线；传感器的类型包括：应变传感器、速度传感器、加速度传感器和温湿度传感器。
一种大跨度空间结构健康监管方法，包括以下步骤：
S1.发射/接收装置接收控制命令，并根据控制命令向各监测节点发送配置信号和激励信号；
S2.获取配置信号来配置工作模式；
当配置信号为配置成无源监测模式时，持续通过激励信号向传感器供电，并实时将传感器所采集到的数据上传至控制中心或存储至发射/接收装置；
当配置信号为配置成离线监测模式时，激活电源模块和存储器，电源模块向传感器供电，并在配置成功后将休眠控制信号发送至发射/接收装置，控制发射/接收装置休眠；并将传感器采集到的数据存储至存储器中；
S3.对传感器采集到的数据进行处理分析，得到大跨度空间结构的健康评价。
为了进一步实施上述技术方案，在S2中，当配置信号为配置成离线监测模式时，激活电源模块和存储器，电源模块向传感器供电，并在配置成功后将休眠控制信号发送至发射/接收装置，控制发射/接收装置休眠；并将传感器采集到的数据存储至存储器中。
为了进一步实施上述技术方案，S3的具体内容包括：
S31.获取传感器所采集到的数据，每个点位返回的数据为
Figure BDA0004020468450000111
其中，/>
Figure BDA0004020468450000112
为加速度信号，/>
Figure BDA0004020468450000113
为应变信号；
S32.对加速度信号sm n进行时频转换，得到当前点位加速度信号的前三阶实测固有频率
Figure BDA0004020468450000114
从第1次检测开始，计算与前三阶固有频率[fn,1，fn,2，fn,3]的偏差值
Figure BDA0004020468450000115
S33.根据应变信号
Figure BDA0004020468450000116
计算应变偏移值，以初始应变信号/>
Figure BDA0004020468450000117
作为基准点，从第1次检测开始，计算每次检测中的应变值εm与初始应变信号/>
Figure BDA0004020468450000118
的偏移值/>
Figure BDA0004020468450000119
S34.对第n个监测节点进行单点位的历史应变偏移值进行分析，获得损伤节点；
S35.对损伤节点的ξn m进行相关性分析，并对变化相关性大于预设阈值的节点进行整体损伤分析。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种大跨度空间结构健康监管***，其特征在于，包括控制中心、发射/接收装置和监测节点；其中，所述监测节点至少包括一个；
所述控制中心与所述发射/接收装置无线连接，用于向所述发射/接收装置发送控制命令，并接收所述监测节点所采集到的数据，对数据进行处理分析，得到大跨度空间结构的健康评价；
所述发射/接收装置与所述监测节点之间通过RFID无线连接，用于接收所述控制命令和所述监测节点所采集到的数据，根据所述控制命令向所述监测节点发送配置信号和激励信号，并将所述监测节点所采集到的数据发送至所述控制中心；
每个所述监测节点均包括可配置天线模块、电源控制电路、传感器和低功耗微处理器；
所述可配置天线模块与所述发射/接收装置无线连接，用于接收所述发射/接收装置发送的配置信号和激励信号，并将所接收到的信号发送至所述电源控制电路；
所述电源控制电路与所述可配置天线模块相连，用于获取所述配置信号来配置工作模式，所述工作模式包括无源监测模式和无源检测模式；还用于获取所述激励信号来完成供电；
在所述无源监测模式中，所述发射/接收装置持续发送所述激励信号，持续控制向所述传感器供电，并实时将所述传感器所采集到的数据通过所述可配置天线模块发送至所述控制中心或存储至所述发射/接收装置；
在所述无源检测模式中，所述发射/接收装置定时发送所述激励信号，定时控制向所述传感器供电，并在被供电期间实时将所述传感器所采集到的数据通过所述可配置天线模块发送至所述控制中心或存储至所述发射/接收装置；
所述传感器至少包括一个，并均分别与所述电源控制电路相连，用于采集所在位置的结构健康信息数据；
所述低功耗处理器与所述电源控制电路相连，用于控制所述传感器进行数据的采集，获取所采集到的数据后发送至所述存储器中进行存储。
2.根据权利要求1所述的一种大跨度空间结构健康监管***，其特征在于，每个所述监测节点均还包括存储器和电源模块，所述工作模式还包括离线监测模式；
所述存储器与所述低功耗处理器相连，用于在所述离线监测模式中存储所述传感器所采集到的数据；
所述电源模块分别与所述电源控制电路、所述传感器、所述存储器和所述低功耗处理器相连，用于在所述离线监测模式中向所述电源控制电路、所述传感器、所述存储器和所述低功耗处理器进行供电；
在所述离线监测模式中，获取所述配置信号后激活所述电源模块和所述存储器，并在配置成功后将所述休眠控制信号发送至所述发射/接收装置，所述发射/接收装置获取休眠控制信号进入休眠状态。
3.根据权利要求1所述的一种大跨度空间结构健康监管***，其特征在于，所述控制中心包括数据分析模块；
所述数据分析模块包括数据采集单元、固有频率偏差值计算单元、应变偏移值计算单元、历史数据分析单元和相关性分析单元；
所述数据采集单元，用于获取所述传感器所采集到的数据，每个点位返回的数据为
Figure FDA0004020468440000021
其中，/>
Figure FDA0004020468440000022
为加速度信号，/>
Figure FDA0004020468440000023
为应变信号；
所述固有频率偏差值计算单元，用于对加速度信号
Figure FDA0004020468440000024
进行时频转换，得到当前点位加速度信号的前三阶实测固有频率/>
Figure FDA0004020468440000025
从第1次检测开始，计算与前三阶固有频率[fn,1，fn,2，fn,3]的偏差值/>
Figure FDA0004020468440000026
所述应变偏移值计算单元，用于根据应变信号
Figure FDA0004020468440000027
计算应变偏移值，以初始应变信号/>
Figure FDA0004020468440000028
作为基准点，从第1次检测开始，计算每次检测中的应变值εm与初始应变信号/>
Figure FDA0004020468440000029
的偏移值
Figure FDA00040204684400000210
所述历史数据分析单元，用于对第n个监测节点进行单点位的历史应变偏移值进行分析，获得损伤节点；
所述相关性分析单元，用于对所述损伤节点的ξn m进行相关性分析，并对变化相关性大于预设阈值的节点进行整体损伤分析。
4.根据权利要求1所述的一种大跨度空间结构健康监管***，其特征在于，所述控制中心包括节点布设确定模块；
所述节点布设确定模块包括结构振型仿真单元、有限元分析单元和节点位置确定单元；
所述结构振型仿真单元，用于对所述大跨度空间结构进行结构振型仿真；
所述有限元分析单元，用于对所述大跨空间结构进行有限元分析，避开前三阶振型与原始状态的交点位置来预先确定监测节点的布设点位，并通过有限元计算，得到第n个点位的前三阶原始固有频率[fn,1，fn,2，fn,3]。
5.根据权利要求2所述的一种大跨度空间结构健康监管***，其特征在于，所述控制中心还包括采集间隔设置模块；
所述采集间隔设置模块，用于获取所述相关性分析单元的分析结果，并根据大跨空间结构的维护要求对所述传感器进行采集数据的间隔进行调整。
6.根据权利要求1所述的一种大跨度空间结构健康监管***，其特征在于，所述监测节点还包括无源传感芯片和信号调节电路；
所述无源传感芯片分别与所述可配置天线模块和所述电源控制电路相连，用于利用RFID通讯协议接收并发送信号，获取所述配置信号和所述激励信号，对所述配置信号进行识别，得到对应的工作模式配置命令，将相应的工作模式配置命令发送至所述电源控制电路，并对所述激励信号进行解调，将所述工作模式配置命令和解调后的所述激励信号发送至所述电源控制电路；
所述信号调节电路至少包括一个，每个所述信号调节电路均连接一个所述传感器，所述信号调节电路还均与所述低功耗处理器相连，用于控制所述传感器采集数据，获取传感器所采集到的数据后经过调制后发送至所述低功耗处理器。
7.根据权利要求1所述的一种大跨度空间结构健康监管***，其特征在于，所述可配置天线模块的类型包括：埋入遮挡式低频高功率天线、民用环境低频低功率天线和工业环境高频低功率天线；所述传感器的类型包括：应变传感器、速度传感器、加速度传感器和温湿度传感器。
8.一种大跨度空间结构健康监管方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.发射/接收装置接收控制命令，并根据所述控制命令向各监测节点发送配置信号和激励信号；
S2.获取所述配置信号来配置工作模式；
当所述配置信号为配置成无源监测模式时，持续通过所述激励信号向传感器供电，并实时将所述传感器所采集到的数据上传至控制中心或存储至发射/接收装置；
当所述配置信号为配置成无源检测模式时，定时通过所述激励信号向所述传感器供电，并在被供电期间实时将所述传感器所采集到的数据上传至控制中心或存储至发射/接收装置；
S3.对传感器采集到的数据进行处理分析，得到大跨度空间结构的健康评价。
9.根据权利要求8所述的一种大跨度空间结构健康监管***，其特征在于，在S2中，当所述配置信号为配置成离线监测模式时，激活电源模块和存储器，电源模块向传感器供电，并在配置成功后将所述休眠控制信号发送至所述发射/接收装置，控制所述发射/接收装置休眠；并将所述传感器所述采集到的数据存储至所述存储器中。
10.根据权利要求8所述的一种大跨度空间结构健康监管***，其特征在于，S3的具体内容包括：
S31.获取所述传感器所采集到的数据，每个点位返回的数据为
Figure FDA0004020468440000041
其中，/>
Figure FDA0004020468440000042
为加速度信号，/>
Figure FDA0004020468440000043
为应变信号；
S32.对加速度信号
Figure FDA0004020468440000044
进行时频转换，得到当前点位加速度信号的前三阶实测固有频率
Figure FDA0004020468440000045
从第1次检测开始，计算与前三阶固有频率[fn,1，fn,2，fn,3]的偏差值ξm n；
S33.根据应变信号
Figure FDA0004020468440000046
计算应变偏移值，以初始应变信号/>
Figure FDA0004020468440000047
作为基准点，从第1次检测开始，计算每次检测中的应变值εm与初始应变信号/>
Figure FDA0004020468440000048
的偏移值/>
Figure FDA0004020468440000049
S34.对第n个监测节点进行单点位的历史应变偏移值进行分析，获得损伤节点；
S35.对所述损伤节点的
Figure FDA00040204684400000410
进行相关性分析，并对变化相关性大于预设阈值的节点进行整体损伤分析。/>
CN202211714157.1A 2022-12-27 2022-12-27 一种大跨度空间结构健康监管***及其方法 Active CN116242426B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211714157.1A CN116242426B (zh) 2022-12-27 2022-12-27 一种大跨度空间结构健康监管***及其方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211714157.1A CN116242426B (zh) 2022-12-27 2022-12-27 一种大跨度空间结构健康监管***及其方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116242426A true CN116242426A (zh) 2023-06-09
CN116242426B CN116242426B (zh) 2023-11-14

Family

ID=86634101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211714157.1A Active CN116242426B (zh) 2022-12-27 2022-12-27 一种大跨度空间结构健康监管***及其方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116242426B (zh)

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101041318A (zh) * 2006-03-20 2007-09-26 宋海涛 一种无源内置式轮胎气压监测***
JP2008134182A (ja) * 2006-11-29 2008-06-12 Kyoto Institute Of Technology 構造物の損傷の診断システムおよび方法
CN102980553A (zh) * 2012-09-03 2013-03-20 江苏大学 一种圆拱型连栋温室骨架结构变形监测方法及装置
CN103210819A (zh) * 2013-04-27 2013-07-24 南京龙渊微电子科技有限公司 一种基于物联网的农业灌溉监控***
CN203261929U (zh) * 2013-04-27 2013-11-06 南京龙渊微电子科技有限公司 一种基于物联网的农业灌溉监控***
CN103745573A (zh) * 2014-01-09 2014-04-23 四川大学 山洪泥石流地质灾害监控预警装置及方法
CN105300449A (zh) * 2015-11-03 2016-02-03 杭州钛比科技有限公司 一种超低功耗无源结构健康监测***及方法
CN107202662A (zh) * 2017-05-12 2017-09-26 太原理工大学 基于射频技术的无源无线实时皮带应力应变检测***
CN107543581A (zh) * 2017-08-09 2018-01-05 国网山东省电力公司经济技术研究院 多功能变电构架健康监测和损伤识别方法
US20180136085A1 (en) * 2016-11-17 2018-05-17 Heuristic Actions, Inc. Devices, systems and methods, and sensor modules for use in monitoring the structural health of structures
CN108280294A (zh) * 2018-01-23 2018-07-13 中冶建筑研究总院有限公司 一种基于模态参数的索拱结构损伤组合识别方法
CN108279294A (zh) * 2017-12-27 2018-07-13 江苏省建筑工程质量检测中心有限公司 用于钢结构桥梁健康监测的无损自动监测***及方法
GB201919133D0 (en) * 2019-12-20 2020-02-05 Ship And Ocean Ind R & D Center Structure monitoring system and method
CN112860499A (zh) * 2021-02-20 2021-05-28 中国联合网络通信集团有限公司 无源分布***监控方法、装置、设备、介质及程序产品
CN113945632A (zh) * 2021-09-08 2022-01-18 浙江省北大信息技术高等研究院 一种钢结构网架的健康监测装置和方法
CN216349199U (zh) * 2021-09-27 2022-04-19 山东阿恩曼智能科技有限公司 一种智能温度变送器和传感器信号测量装置
CN114727250A (zh) * 2022-03-15 2022-07-08 上海机电工程研究所 长续航导弹健康监测***及其组网、自检和供电方法

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101041318A (zh) * 2006-03-20 2007-09-26 宋海涛 一种无源内置式轮胎气压监测***
JP2008134182A (ja) * 2006-11-29 2008-06-12 Kyoto Institute Of Technology 構造物の損傷の診断システムおよび方法
CN102980553A (zh) * 2012-09-03 2013-03-20 江苏大学 一种圆拱型连栋温室骨架结构变形监测方法及装置
CN103210819A (zh) * 2013-04-27 2013-07-24 南京龙渊微电子科技有限公司 一种基于物联网的农业灌溉监控***
CN203261929U (zh) * 2013-04-27 2013-11-06 南京龙渊微电子科技有限公司 一种基于物联网的农业灌溉监控***
CN103745573A (zh) * 2014-01-09 2014-04-23 四川大学 山洪泥石流地质灾害监控预警装置及方法
CN105300449A (zh) * 2015-11-03 2016-02-03 杭州钛比科技有限公司 一种超低功耗无源结构健康监测***及方法
US20180136085A1 (en) * 2016-11-17 2018-05-17 Heuristic Actions, Inc. Devices, systems and methods, and sensor modules for use in monitoring the structural health of structures
CN107202662A (zh) * 2017-05-12 2017-09-26 太原理工大学 基于射频技术的无源无线实时皮带应力应变检测***
CN107543581A (zh) * 2017-08-09 2018-01-05 国网山东省电力公司经济技术研究院 多功能变电构架健康监测和损伤识别方法
CN108279294A (zh) * 2017-12-27 2018-07-13 江苏省建筑工程质量检测中心有限公司 用于钢结构桥梁健康监测的无损自动监测***及方法
CN108280294A (zh) * 2018-01-23 2018-07-13 中冶建筑研究总院有限公司 一种基于模态参数的索拱结构损伤组合识别方法
GB201919133D0 (en) * 2019-12-20 2020-02-05 Ship And Ocean Ind R & D Center Structure monitoring system and method
CN112860499A (zh) * 2021-02-20 2021-05-28 中国联合网络通信集团有限公司 无源分布***监控方法、装置、设备、介质及程序产品
CN113945632A (zh) * 2021-09-08 2022-01-18 浙江省北大信息技术高等研究院 一种钢结构网架的健康监测装置和方法
CN216349199U (zh) * 2021-09-27 2022-04-19 山东阿恩曼智能科技有限公司 一种智能温度变送器和传感器信号测量装置
CN114727250A (zh) * 2022-03-15 2022-07-08 上海机电工程研究所 长续航导弹健康监测***及其组网、自检和供电方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
何凯: "空间伸展结构变形与振动分布式光纤监测研", 仪器仪表学报, vol. 39, no. 2, pages 56 - 65 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116242426B (zh) 2023-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101408487B (zh) 基于无线传感器网络的桥梁结构安全状态应急监测及预警方法与***
EP1834315B1 (en) Wireless process field device diagnostics
CN101835178B (zh) 一种实现远程无线监测的方法及无线监测装置
CN108680244A (zh) 一种旋转机械振动无线监测装置及方法
US20080160937A1 (en) Wireless sensing systems and control methodologies
US20130275572A1 (en) Method for setting up temporary readiness of a field device to receive data and measuring system
US10692302B2 (en) Servicing schedule method based on prediction of degradation in electrified vehicles
JP6495509B2 (ja) 遠隔状態監視システム及び監視方法
CN116242426B (zh) 一种大跨度空间结构健康监管***及其方法
JPH0933298A (ja) 設備診断システム
CN112304661A (zh) 一种设备工作状态智能监测装置及监测方法
CN112050986A (zh) 一种索力监测装置、索力监测***及其监测方法
RU2450346C1 (ru) Система мониторинга потенциально опасных объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта
CN115497255B (zh) 一种地质灾害监测及预警***
US20240011519A1 (en) Method for Operating a Monitoring System
RU98290U1 (ru) Беспроводная система мониторинга состояния искусственного сооружения
Angrisani et al. An innovative embedded wireless sensor network system for the structural health monitoring of RC structures
CN114006471A (zh) 变电站直流***监测方法和***
JP4734226B2 (ja) 無線装置の電源制御装置、およびこれを利用した無線型コントローラ、無線型センサ、センサネットワークシステム、並びに無線端末の電源制御方法
CN109586753B (zh) 信息采集方法、传感器、信息采集***及相应的存储介质
JP2022077850A (ja) 情報処理装置、システム、生産設備、情報処理方法、物品の製造方法、制御プログラム、及び記録媒体
CN106052853A (zh) 一种无线测振***
CN112540561A (zh) 一种基于工业物联网的无线在线监测***及方法
CN102686369A (zh) 用于诊断具有活动件的装置的设施
JP2009169556A (ja) トレーシングシステム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant