一种分布式无线结构振动采集装置、系统及结构振动监测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种分布式无线结构振动采集装置、系统及结构振动监测方法。其中装置包括上壳体、下壳体、底座以及测振传感器；所述上壳体和下壳体扣合后形成中置容纳空间，所述中置容纳空间内设置有电路板、单片机模块以及WIFI模块；所述电路板上设置有信号线焊盘、电源线焊接盘以及LED灯焊盘；所述信号线焊盘上设置有若干个信号线焊点，任意所述信号线焊点均连接一路测振传感器。本发明专利技术采集单元体积小，易于部署。系统采用串联方式，将单元节点布置于待测位置附近，所以传感器布线可大幅减少，也大量节省了布线和更换采集单元电池的时间。系统还采用分布式组网，可进行大规模监测。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式无线结构振动采集装置、系统及结构振动监测方法
本专利技术涉及无线振动监测领域，具体而言，尤其涉及一种分布式无线结构振动采集装置、系统及结构振动监测方法。
技术介绍
结构振动监测是对飞机、列车、汽车和桥梁等工程和机械结构在工作状态振动下的短期或长期的状态监测，是获得被测对象的固有频率、阻尼、响应、模态等动态性能信息的重要方式，用于对结构进行故障诊断、环境控制、等级评定等。现有结构振动信号采集设备涉及到的技术有传感器技术、信号处理技术、无线通讯技术、计算机编程技术等。传统的模拟信号监测系统(以下简称模拟类系统)是由模拟信号转换成电信号进行采集监测，物联网类型结构振动监测系统(以下简称物联网类系统)多采用多无线节点，组网进行监测。但是以上两类振动监测系统和方案，存在许多弊端：1、物联网类的无线采集节点每个节点自带电池，当振动信号采集频率较高的时候，耗能较快。如轨道交通行业结构振动监测频率不低于400Hz。进行该类振动监测时，节点自带的电源很快就消耗光，监测时间过短，不能满足长期监测需要。如果物联网类节点大批量监测时，由于电池消耗快而频繁充电或更换电池，工作量巨大、耗时巨大。且由于耗能大，物联网类振动监测节点一般难以将高速率的采集数据无线发送，所以将采集的数据存储到监测节点的存储卡里，然后将数据拷贝出来进行分析。这种方式实时性差，当汇总大批量监测节点数据时，耗时巨大。2、模拟类系统的监测由采集仪器和传感器组成。当振动监测时，采用并行布线方式。当需要监测的点多时，这种方式布线耗时长，成本高，而且耗费被监测空间和线材。比如要监测动车组要整节车厢几十个甚至上百个振动节点时，并行布线工作难以展开。如果进行长期无电源的监测时，得对物联网内每个节点的电池进行跟踪管理，当监测节点数量大时，工作量较大。3、由于物联网类的无线振动监测每个监测节点都自带电池，所以体积较大，一些结构如轨道列车设备舱内空间狭小，无法进行部署。模拟类系统的体积更大，更难以部署。4、价格高昂，如果在在结构上大批量监测使用成本太高。且进行大批量、大面积采集时，组网过程复杂，难以进行大规模分布式采集，难以与现有的互联网以太网网络节点进行交换数据。
技术实现思路
根据上述提出的现有监测方案部署困难且组网复杂的技术问题，而提供一种分布式无线结构振动采集装置、系统及结构振动监测方法。本专利技术装置体积小，结构简单，适合部署到空间狭小位置。采用分布式布置方式，能够将传感器布置在各个需要测量的位置，形成传感器网络，从而实现大面积测量。本专利技术采用的技术手段如下：本专利技术实施例一方面提供了一种分布式无线结构振动采集装置，包括：上壳体、下壳体、底座以及测振传感器，其中下壳体与底座固定连接；所述上壳体和下壳体扣合后形成中置容纳空间，所述中置容纳空间内设置有电路板、单片机模块以及WIFI模块；所述电路板上设置有连接单片机模块采集端口与测振传感器的信号线焊盘、连接所述电路板与供电单元的电源线焊接盘以及连接电路板与LED工作指示灯的LED灯焊盘；所述信号线焊盘上设置有若干个信号线焊点，任意所述信号线焊点均连接一路测振传感器。进一步地，所述中置容纳空间内还设置有存储模块。进一步地，所述上壳体侧面设置有散热孔组。进一步地，所述测振传感器为MEMS加速度传感器或者MEMS位移传感器。进一步地，所述测振传感器设置于外壳内部。本专利技术实施例的另一方面还提供了一种串联无线结构振动监测系统，包括：电源单元、无线路由单元、数据处理单元以及采集单元，所述电源单元通过分线器给所述无线路由单元、数据处理单元以及采集单元供电；所述采集单元包括串联的若干如上述任意一项所述的振动采集装置。进一步地，还包括电量监控单元。本专利技术实施例的另一方面还提供了一种分布式的串联无线结构振动监测系统，其特征在于，包括：服务器单元以及能够在所述服务器单元控制下进行任意组网的子采集组，其中所述子采集组为权利要求7中所述的串联无线结构振动监测系统。本专利技术实施例的另一方面还提供了一种基于上述系统的分布式的串联无线结构振动监测方法，包括：S1、将子采集组分布式布置在待检测位置；S2、组建分布式WIFI路由器网络，启动并初始化各个功能单元；S3、为各子采集组内的各采集单元分配动态IP地址，并向所述数据处理单元的IP以TCP协议实时传送采集数据，同时，为提高数据冗余可靠性，将采集数据存储于采集单元SD卡中；S4、所述数据处理单元将TCP协议接收到的时域采集数据以文本或二进制形式实时存储到硬盘空间中，并对采集的数据进行处理从而获取特征值数据，一方面送至存储单元保存，一方面发送至服务器进行汇总分析；S5、如果有新的采集单元或新采集组接入子网，执行S1-S4，便可以使新的单元接入原子网，如果有节点断开连接,数据处理单元、服务器停止记录该节点。新单元入网和退网可在不中断原采集情况下进行。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术提供的无线结构振动采集装置体积小，结构简单，适合部署到空间狭小位置。且布置方式灵活，进行多点测量时，可将每个单元的四个传感器分布在各个需要测量的地方，形成传感器网络，实现大面积测量。单点重点测量时，可将各个单元的传感器汇聚到测量点，对测点各个方向和角度振动信号进行测量。另外，装置采用存储模块存储提供冗余备份。2、本专利技术提供的结构振动监测系统由于采用串联方式，将单元节点布置于待测位置附近，所以传感器布线可大幅减少，也大量节省了布线时间。当采用电池仓为系统供电时，电量不足时一次性更换系统电池即可，节省了更换每个采集单元电池的时间。3、本专利技术中系统各设备的采集数据可以通过WIFI模块实时传输给数据处理单元。且在服务器单元上直观地反应振动情况，方便操作人员了解结构的实时状态。4、本专利技术具备分布式特性，支持mesh组网或路由组网，采集单元原则上可以无限扩充。系统交互为以太网协议，所以和互联网端无缝衔接。基于上述理由本专利技术可在无线振动监测领域广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术无线结构振动采集装置结构示意图。图2为本专利技术无线结构振动采集装置结构爆炸图。图3为本专利技术串联无线结构振动监测系统结构示意图。图4为本专利技术串联无线结构振动监测系统中采集单元结构示意图。图5为本专利技术分布式的串联无线结构振动监测系统结构示意图。图6为本专利技术分布式的串联无线结构振动监测系统供电方案示意图。图中：1、采集单元；11、电路板；111、单片机；112、WIFI模块；113、SD卡模块；114、电源线焊盘；115、信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线结构振动采集装置，其特征在于，包括：上壳体、下壳体、底座以及测振传感器，其中下壳体与底座固定连接；/n所述上壳体和下壳体扣合后形成中置容纳空间，所述中置容纳空间内设置有电路板、单片机模块以及WIFI模块；/n所述电路板上设置有连接单片机模块采集端口与测振传感器的信号线焊盘、连接所述电路板与供电单元的电源线焊接盘以及连接电路板与LED工作指示灯的LED灯焊盘；/n所述信号线焊盘上设置有若干个信号线焊点，任意所述信号线焊点均连接一路测振传感器。/n

【技术特征摘要】
1.一种无线结构振动采集装置，其特征在于，包括：上壳体、下壳体、底座以及测振传感器，其中下壳体与底座固定连接；
所述上壳体和下壳体扣合后形成中置容纳空间，所述中置容纳空间内设置有电路板、单片机模块以及WIFI模块；
所述电路板上设置有连接单片机模块采集端口与测振传感器的信号线焊盘、连接所述电路板与供电单元的电源线焊接盘以及连接电路板与LED工作指示灯的LED灯焊盘；
所述信号线焊盘上设置有若干个信号线焊点，任意所述信号线焊点均连接一路测振传感器。


2.根据权利要求1所述的无线结构振动采集装置，其特征在于，所述中置容纳空间内还设置有存储模块。


3.根据权利要求1所述的无线结构振动采集装置，其特征在于，所述上壳体侧面设置有散热孔组。


4.根据权利要求1所述的无线结构振动采集装置，其特征在于，所述测振传感器为微机电系统加速度传感器或者微机电系统位移传感器。


5.根据权利要求1所述的无线结构振动采集装置，其特征在于，所述测振传感器设置于外壳内部。


6.一种串联无线结构振动监测系统，其特征在于，包括：电源单元、无线路由单元、数据处理单元以及采集单元，所述电源单元通过分线器给所述无线路由单元、数据处理单元以及采集单元供电；
所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周韶泽，程培羽，王悦东，陈秉智，张军，兆文忠，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21