基于太阳能供电和4g无线通信的桥梁结构安全监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于太阳能供电和4G无线通信的桥梁结构安全监测系统，包括：传感器、信号采集仪、4G通信模块、云端服务器和独立供电系统，4G通信模块和独立供电系统均安装在桥梁现场，前者通过网线与信号采集仪连接并将电信号上传至云端服务器，后者由太阳能板、太阳能控制器和蓄电池组成，太阳能控制器通过线缆与传感器、信号采集仪和4G通信模块连接。本发明的有益之处在于：(1)采用4G通信模块，大大降低了系统的建设成本且避免了数据丢失严重的问题；(2)采用云端服务器，避免了监控中心设置的地域限制；(3)利用太阳能独立供电系统供电，避免了系统对市电的依赖，大大扩展了其应用的地域范围，尤其适合野外环境下的桥梁监测。
【专利说明】
基于太阳能供电和4G无线通信的桥梁结构安全监测系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种桥梁结构安全监测系统，具体涉及一种基于太阳能供电和4G无线通信的桥梁结构安全监测系统。
【背景技术】
[0002]随着交通荷载的不断增大和时间的推移，桥梁在运营过程中，难免会产生老化、开裂等各种损伤，通过在桥梁上安装结构安全监测系统，可以实时感知桥梁的安全状态，并在结构发生损伤和异常时发出报警，确保桥梁的运营安全。
[0003]目前，桥梁结构安全监测的方法是在桥梁上的关键部位安装挠度、应变、振动等各类传感器，然后通过信号采集仪对传感器的数据进行采集，多个信号采集仪之间通过485总线或工业以太网的方式进行组网，最后将现场采集的数据通过光缆或通信运营商专网或GPRS传输至远程监控中心，在监控中心进行数据的存储、显示与分析，同时整个系统的供电由市电系统提供。
[0004]然而，很多桥梁都处于野外环境，所以现有的结构安全监测系统存在以下问题:
[0005]1、不具备给系统中传感器和采集设备供电的条件，接入市电电网的成本高；
[0006]2、桥梁现场距离监控中心通常非常遥远，采用光缆进行数据传输的方式，铺设光缆的代价巨大;也有采用通信运营商专网的方式接入，也需要进行线缆敷设施工，其成本依然较高，且协调难度大；
[0007]3、采用通信运营商专网的方式接入监控中心时，要求数据传输的终点即监控中心的位置是唯一且固定的，灵活性很低。
[0008]此外，由于桥梁实时监测产生的数据量较大，特别是视频数据和采样频率很高的振动数据，采用GPRS进行数据传输的方式，其带宽和传输速度不能够满足需求，数据丢失现象严重。
【发明内容】
[0009]为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于太阳能供电和4G无线通信的桥梁结构安全监测系统。
[0010]为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案:
[0011]—种基于太阳能供电和4G无线通信的桥梁结构安全监测系统，包括:传感器和信号采集仪，二者均安装在桥梁现场，其中，传感器安装在桥梁上关键控制截面，并通过信号线缆与信号采集仪连接，其特征在于，还包括:4G通信模块、云端服务器和独立供电系统，
[0012]前述4G通信模块安装在桥梁现场，通过网线与信号采集仪连接，并将信号采集仪采集到的电信号上传至云端服务器；
[0013]前述云端服务器设置在云端，其接收4G通信模块上传的数据，并对数据进行处理、存储、分析与预警，使用者通过访问云端服务器即可实现对桥梁结构安全的在线监测；
[0014]前述独立供电系统安装在桥梁现场，由太阳能板、太阳能控制器和蓄电池组成，太阳能板将太阳能转化成电流，转化后的电流经太阳能控制器存储在蓄电池中，太阳能控制器通过线缆与传感器、信号采集仪和4G通信模块连接，给三者提供电能。
[0015]前述的桥梁结构安全监测系统，其特征在于，前述传感器包括:挠度传感器、应变传感器和振动传感器。
[0016]前述的桥梁结构安全监测系统，其特征在于，前述4G通信模块内插有SIM卡，前述S頂卡具有4G通信功能。
[0017]本发明的有益之处在于:
[0018](I)用4G通信模块替代通信专网和光缆进行桥梁监测数据的传输，大大降低了桥梁结构安全监测系统的建设成本；用4G通信模块替代GPRS通信模块，避免了数据丢失严重的问题；
[0019](2)采用云端服务器，将监控中心设置在云端，避免了监控中心设置的地域限制；
[0020](3)利用太阳能独立供电系统为传感器、信号采集仪和4G通信模块供电，避免了桥梁结构安全监测系统对市电的依赖，大大扩展了其应用的地域范围，尤其适合野外环境下的桥梁的结构安全监测。
【附图说明】
[0021]图1是本发明的桥梁结构安全监测系统的组成原理图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0023]参照图1，本发明的桥梁结构安全监测系统包括:传感器、信号采集仪、4G通信模块、云端服务器和独立供电系统。
[0024]1、传感器
[0025]传感器用于将桥梁物理变化转换为电信号，其包括:挠度传感器、应变传感器和振动传感器。这些传感器均安装在桥梁现场，具体安装在桥梁上关键控制截面，并通过信号线缆与信号采集仪连接。
[0026]2、信号采集仪
[0027]信号采集仪安装在桥梁现场，通过信号线缆与传感器连接。
[0028]信号采集仪同时还具有网线接口，网线接口用于与4G通信模块连接。
[0029]3、4G通信模块
[0030]4G通信模块安装在桥梁现场，其通过网线与信号采集仪连接，并将信号采集仪采集到的电信号上传至云端服务器。
[0031]4G通信模块内插有S頂卡，该S頂卡具有4G通信功能。
[0032]在本发明中，我们用4G通信模块替代通信专网和光缆进行桥梁监测数据的传输，大大降低了桥梁结构安全监测系统的建设成本；用4G通信模块替代GPRS通信模块，避免了数据丢失严重的问题。
[0033]4、云端服务器
[0034]云端服务器设置在云端，其接收4G通信模块上传的数据，并对数据进行处理、存储、分析与预警，使用者通过访问云端服务器即可实现对桥梁结构安全的在线监测。
[0035]在本发明中，我们采用了云端服务器，将监控中心设置在云端，避免了监控中心设置的地域限制。
[0036]5、独立供电系统
[0037]独立供电系统安装在桥梁现场，由太阳能板、太阳能控制器和蓄电池组成，太阳能板将太阳能转化成电流，转化后的电流经太阳能控制器存储在蓄电池中。
[0038]太阳能控制器通过线缆与传感器、信号采集仪和4G通信模块连接，给三者提供电會K。
[0039]在本发明中，我们利用太阳能独立供电系统为传感器、信号采集仪和4G通信模块供电，避免了桥梁结构安全监测系统对市电的依赖，大大扩展了其应用的地域范围，尤其适合野外环境下的桥梁的结构安全监测。
[0040]本发明的桥梁结构安全监测系统，其安装和工作过程如下:
[0041]步骤1:在桥梁上关键控制截面安装挠度传感器、应变传感器、振动传感器等传感器；
[0042]步骤2:将各传感器通过信号线缆连接至信号采集仪；
[0043]步骤3:将信号采集仪与4G通信模块之间通过网线连接，并在4G通信模块中插入具有4G通信功能的S頂卡；
[0044]步骤4:在桥梁现场安装太阳能独立供电系统，具体的，将太阳能板与太阳能控制器连接，太阳能板转化后电流经太阳能控制器存储在蓄电池中，从太阳能控制器中引出线缆至各传感器、信号采集仪和4G通信模块，完成对传感器、信号采集仪、4G通信模块的供电；
[0045]步骤5:系统完成安装并供电后，安装在桥梁上的各类传感器将桥梁物理变化转换为电信号，信号采集仪对电信号进行采集并通过4G通信模块上传至云端服务器；
[0046]步骤6:云端服务器对数据进行处理、存储、分析与预警，使用者通过访问云端服务器即可实现对桥梁结构安全的在线监测。
[0047]需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种基于太阳能供电和4G无线通信的桥梁结构安全监测系统，包括:传感器和信号采集仪，二者均安装在桥梁现场，其中，传感器安装在桥梁上关键控制截面，并通过信号线缆与信号采集仪连接，其特征在于，还包括:4G通信模块、云端服务器和独立供电系统， 所述4G通信模块安装在桥梁现场，通过网线与信号采集仪连接，并将信号采集仪采集到的电信号上传至云端服务器； 所述云端服务器设置在云端，其接收4G通信模块上传的数据，并对数据进行处理、存储、分析与预警，使用者通过访问云端服务器即可实现对桥梁结构安全的在线监测； 所述独立供电系统安装在桥梁现场，由太阳能板、太阳能控制器和蓄电池组成，太阳能板将太阳能转化成电流，转化后的电流经太阳能控制器存储在蓄电池中，太阳能控制器通过线缆与传感器、信号采集仪和4G通信模块连接，给三者提供电能。2.根据权利要求1所述的桥梁结构安全监测系统，其特征在于，所述传感器包括:挠度传感器、应变传感器和振动传感器。3.根据权利要求1所述的桥梁结构安全监测系统，其特征在于，所述4G通信模块内插有S頂卡，所述S頂卡具有4G通信功能。
【文档编号】G01M99/00GK105910840SQ201610342049
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】梁柱, 徐甡, 张晓斌
【申请人】北京感知土木科技有限公司