專利名稱：一種太陽能供電的空間結(jié)構(gòu)建筑風(fēng)速風(fēng)壓無線檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于 大跨度空間結(jié)構(gòu)施工階段與使用階段的全天候風(fēng)速風(fēng)壓檢測的基于太陽能供電 的大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑風(fēng)速風(fēng)壓無線檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑普遍運(yùn)用在各地的大型公共場所及體育場館中，往往 是一個(gè)地區(qū)的地標(biāo)性建筑，通常為人員聚集、大型活動(dòng)的場所，故這一類建筑 的安全性能要求極高。大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑多為三維空間曲面，具有質(zhì)量輕、 柔度大、阻尼小、模態(tài)密集等特點(diǎn)，因而風(fēng)荷載往往成為控制屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的 主要荷載。因此，無論是在施工階段還是在運(yùn)行階段，能夠?qū)崟r(shí)掌握結(jié)構(gòu)周圍 的風(fēng)速和結(jié)構(gòu)表面的風(fēng)壓，并即時(shí)對結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行評估，對保障人民生命財(cái) 產(chǎn)安全有著重要的意義。
現(xiàn)有的風(fēng)速風(fēng)壓實(shí)測系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)主要情況如下
(1) 有線測量系統(tǒng)。傳統(tǒng)的有線風(fēng)速風(fēng)壓測試系統(tǒng)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，應(yīng) 用己經(jīng)開始普及。但是，復(fù)雜的線路布置使其缺陷非常明顯。鑒于大型空間結(jié) 構(gòu)建筑外形復(fù)雜，進(jìn)行風(fēng)速風(fēng)壓測試需要布置大量測點(diǎn)，而大量測點(diǎn)帶來的大 量長距離布線使得測試難度大大提高。由于大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑跨度大、分布 面廣，在安裝線路上所耗費(fèi)的時(shí)間和費(fèi)用相當(dāng)大，隨著測點(diǎn)的增加，其費(fèi)用及 人力成本更是成倍增長；且安裝復(fù)雜的線路在安全性方面不容易得到保障，斷
路短路等故障等都會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定。必須指出的是，在一些特殊環(huán)境下，在 結(jié)構(gòu)上布置線路甚至不可能實(shí)現(xiàn)。
(2) 無線測量系統(tǒng)?，F(xiàn)有的無線測量系統(tǒng)在技術(shù)與功能上還有很大的局限 性，尤其在風(fēng)速風(fēng)壓實(shí)測上未見使用。
(3) 太陽能供電模塊。目前，太陽能作為全球主要能源之一，在各行各業(yè) 中都被普遍采用，也有少量應(yīng)用于傳感技術(shù)領(lǐng)域。在土木建筑檢測行業(yè)中，尚 未有將太陽能供電模式引入無線檢測系統(tǒng)的報(bào)道。使用太陽能供電可以真正意
3義上實(shí)現(xiàn)完全零線路的無線檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)滿足自己供能的長期監(jiān)測要求。 (4)大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑風(fēng)速風(fēng)壓檢測系統(tǒng)。由于現(xiàn)場實(shí)測的困難性，目 前全世界范圍內(nèi)開展的風(fēng)速風(fēng)壓實(shí)測試驗(yàn)仍然較少，而測試的結(jié)構(gòu)對象一般均 為小型的低矮建筑或縮尺比例較大的結(jié)構(gòu)模型，在大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑上進(jìn)行 風(fēng)速風(fēng)壓實(shí)測的試驗(yàn)極為少見。而由于空間結(jié)構(gòu)為風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)，故迫切需要開 發(fā)一套適用于空間結(jié)構(gòu)建筑的風(fēng)速風(fēng)壓檢測系統(tǒng)。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于太陽能供電的 大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑風(fēng)速風(fēng)壓無線檢測系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的 一種太陽能供電的空間 結(jié)構(gòu)建筑風(fēng)速風(fēng)壓無線檢測系統(tǒng)，它主要由數(shù)據(jù)采集控制基站和若干個(gè)檢測單 元組成；其中，所述數(shù)據(jù)采集控制基站主要由無線網(wǎng)絡(luò)信號收發(fā)基站和計(jì)算機(jī) 工作站連接組成，控制整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及信號收發(fā)；檢測單元主要由風(fēng)速 風(fēng)壓傳感模塊、太陽能供電模塊、中央處理模塊和無線收發(fā)模塊組成；風(fēng)速風(fēng) 壓傳感模塊、中央處理模塊、無線收發(fā)模塊分別與太陽能供電模塊相連，風(fēng)速 風(fēng)壓傳感模塊和無線收發(fā)模塊均與中央處理模塊相連。
進(jìn)一步地，所述風(fēng)速風(fēng)壓傳感模塊主要由壓阻式壓力傳感器、電壓放大器、 濾波去噪器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器依次相連組成。所述太陽能供電模塊由太陽能電池板、 充電控制保護(hù)裝置、蓄電池、智能開關(guān)電路和穩(wěn)壓模塊依次相連組成。所述中 央處理模塊主要由存儲(chǔ)單元、中央處理芯片、數(shù)值分析模塊、異步時(shí)鐘和串口 總線組成，存儲(chǔ)單元、數(shù)值分析模塊、異步時(shí)鐘和串口總線分別與中央處理芯 片相連。
本實(shí)用新型的有益效果是
1、 利用太陽能供電模式與無線通訊協(xié)議，在功能上做到真正意義上的零線路
布置，長期全天候工作；
2、 可根據(jù)大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑響應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)各處關(guān)鍵點(diǎn)的風(fēng)速風(fēng)壓檢測；
3、 可根據(jù)空間結(jié)構(gòu)材質(zhì)特性，實(shí)現(xiàn)表面快速無損安裝與拆卸；
4、 根據(jù)空間結(jié)構(gòu)建筑跨度大、分布面廣的特性，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速風(fēng)壓傳感器檢測測 點(diǎn)的傳輸接力、靈活組網(wǎng)。

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是壓阻式壓力傳感器示意圖； 圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施方案示意圖
圖中，1、硅杯，2、膜片，3、擴(kuò)散電阻，4、內(nèi)部引線，5、引線端， 6、第一壓力接管，7、第二壓力接管。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型，本實(shí)用新型的目的和效果將變得更加 明顯。
如圖l、 3所示，本實(shí)用新型太陽能供電的空間結(jié)構(gòu)建筑風(fēng)速風(fēng)壓無線檢測 系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集控制基站和若干個(gè)檢測單元組成。數(shù)據(jù)采集控制基站由無 線網(wǎng)絡(luò)信號收發(fā)基站和計(jì)算機(jī)工作站連接組成，控制整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及信 號收發(fā)。檢測單元主要由風(fēng)速風(fēng)壓傳感模塊、太陽能供電模塊、中央處理模塊 和無線收發(fā)模塊組成，風(fēng)速風(fēng)壓傳感模塊、中央處理模塊、無線收發(fā)模塊分別 與太陽能供電模塊相連，風(fēng)速風(fēng)壓傳感模塊、無線收發(fā)模塊均與中央處理模塊 相連。其中，風(fēng)速風(fēng)壓傳感模塊具有風(fēng)速風(fēng)壓檢測功能，由中央處理及無線收 發(fā)模塊中央處理模塊控制，通過采用壓阻式壓力傳感器實(shí)現(xiàn)對風(fēng)速風(fēng)壓數(shù)據(jù)的 檢測，并將檢測到的模擬電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號輸出至中央 處理模塊，中央處理模塊控制無線收發(fā)模塊應(yīng)用zigbee通訊協(xié)議，將無線信號 調(diào)制解調(diào)，并采用靈活的組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)、檢測命令的無線通訊傳輸。 太陽能供電模塊通過太陽能板的光伏效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能的收集，利用特定電路實(shí)現(xiàn) 電量的存儲(chǔ)、智能開關(guān)與穩(wěn)壓輸出功能，從而保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的電能需求； 中央處理模塊采用Atmega芯片系列，對系統(tǒng)各個(gè)模塊進(jìn)行管理，并實(shí)現(xiàn)簡單的 數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、系統(tǒng)休眠等功能；將以上風(fēng)速風(fēng)壓傳感模塊、太陽能供電模 塊、中央處理模塊及無線收發(fā)模塊集成安裝于保護(hù)盒中，構(gòu)成檢測單元。保護(hù) 盒采用防水接頭與密封設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在晴雨天氣下的全天候工作，同時(shí)利用 空間結(jié)構(gòu)材質(zhì)多為鋼材的特征，設(shè)計(jì)磁鐵安裝底盤，實(shí)現(xiàn)傳感裝置的無損快速 拆卸。
如圖1所示，風(fēng)速風(fēng)壓傳感模塊主要由壓阻式壓力傳感器、電壓放大器、 濾波去噪器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器依次相連組成。太陽能供電模塊由太陽能電池板、充 電控制保護(hù)裝置、蓄電池、智能開關(guān)電路和穩(wěn)壓模塊依次相連組成。中央處理模塊主要由存儲(chǔ)單元、中央處理芯片、數(shù)值分析模塊、異步時(shí)鐘和串口總線組 成，存儲(chǔ)單元、數(shù)值分析模塊、異步時(shí)鐘和串口總線分別與中央處理芯片相連。 風(fēng)速風(fēng)壓傳感模塊中，壓阻式壓力傳感器與大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑測量對象 直接相連，以模擬電壓信號的方式獲得檢測信息，通過電壓放大器，實(shí)現(xiàn)信號 放大，再經(jīng)濾波去噪器進(jìn)行數(shù)值濾波與去噪，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電壓模擬信號轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號后，由串口總線傳輸給中央處理芯片，實(shí)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的采集工作;
數(shù)字信號通過串口總線， 一方面可發(fā)送給中央處理芯片與數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)行基 本的數(shù)據(jù)處理，另一方可由中央處理芯片控制無線收發(fā)模塊，將信號調(diào)制成無 線信號傳遞出去。
如圖2所示，壓阻式壓力傳感器主要由硅杯1、膜片2、 4個(gè)擴(kuò)散電阻3、 內(nèi)部引線4、引線端5、第一壓力接管6和第二壓力接管7組成。第一壓力接管 6接入需測量的氣流。當(dāng)?shù)诙毫庸?接入大氣時(shí)，壓阻式壓力傳感器提供的 是表壓；若第二壓力接管7密封，且腔內(nèi)抽成近似真空，則壓阻式壓力傳感器 提供的是絕壓。風(fēng)速可由風(fēng)速風(fēng)壓換算規(guī)律由風(fēng)壓換算而得。
太陽能供電模塊中，太陽能電池板將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，通過充電控制保護(hù) 裝置對蓄電池進(jìn)行充電，并可根據(jù)蓄電池的充電程度進(jìn)行判斷，以避免過充， 損傷電池；蓄電池經(jīng)由智能開關(guān)電路，穩(wěn)壓模塊進(jìn)行輸出，智能開關(guān)電路根據(jù) 蓄電池電量進(jìn)行智能判斷，實(shí)現(xiàn)低電壓切斷、高電壓輸出的功能，而穩(wěn)壓模塊 起到電壓穩(wěn)壓輸出的功能，對中央處理模塊、無線收發(fā)模塊、風(fēng)速風(fēng)壓傳感模 塊進(jìn)行供能。 ，
中央處理模塊中，中央處理芯片采用A加ega芯片系列，通過串口總線控制 無線收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)無線信號的收發(fā)與節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)，通過串口總線控制風(fēng)速風(fēng)壓傳 感模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，控制儲(chǔ)存單元進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，控制數(shù)值分析模塊可實(shí) 現(xiàn)簡單的數(shù)值分析與處理、通過異步時(shí)鐘可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的休眠，以降低功耗， 延長系統(tǒng)工作時(shí)間等等。
防水磁鐵包裝盒將太陽能供電模塊、中央處理模塊和風(fēng)速風(fēng)壓傳感收發(fā)模 塊封裝為一個(gè)基本檢測單元。盒子采用防水設(shè)計(jì)，外露防水接口，太陽能板與 天線置于盒子外側(cè)，盒子安裝底盤采用磁鐵設(shè)計(jì)，利用空間結(jié)構(gòu)材質(zhì)特性，實(shí) 現(xiàn)在空間結(jié)構(gòu)建筑檢測對象18上的快速無損安裝。
本實(shí)用新型作為一種全天候工作、零線路連接的大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑風(fēng)速 風(fēng)壓檢測系統(tǒng)，具有良好的工程應(yīng)用前景，安裝方便、工作時(shí)間長、空間結(jié)構(gòu) 建筑針對性強(qiáng)，其實(shí)施過程如圖3所示。
權(quán)利要求1、一種太陽能供電的空間結(jié)構(gòu)建筑風(fēng)速風(fēng)壓無線檢測系統(tǒng)，其特征在于，它主要由數(shù)據(jù)采集控制基站和若干個(gè)檢測單元組成；其中，所述數(shù)據(jù)采集控制基站主要由無線網(wǎng)絡(luò)信號收發(fā)基站和計(jì)算機(jī)工作站連接組成；檢測單元主要由風(fēng)速風(fēng)壓傳感模塊、太陽能供電模塊、中央處理模塊和無線收發(fā)模塊組成；風(fēng)速風(fēng)壓傳感模塊、中央處理模塊、無線收發(fā)模塊分別與太陽能供電模塊相連，風(fēng)速風(fēng)壓傳感模塊和無線收發(fā)模塊均與中央處理模塊相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽能供電的空間結(jié)構(gòu)建筑風(fēng)速風(fēng)壓無線檢測系統(tǒng)， 其特征在于，所述風(fēng)速風(fēng)壓傳感模塊主要由壓阻式壓力傳感器、電壓放大 器、濾波去噪器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器依次相連組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽能供電的空間結(jié)構(gòu)建筑風(fēng)速風(fēng)壓無線檢測系統(tǒng)， 其特征在于，所述太陽能供電模塊主要由太陽能電池板、充電控制保護(hù)裝 置、蓄電池、智能開關(guān)電路和穩(wěn)壓模塊依次相連組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽能供電的空間結(jié)構(gòu)建筑風(fēng)速風(fēng)壓無線檢測系統(tǒng)， 其特征在于，所述中央處理模塊主要由存儲(chǔ)單元、中央處理芯片、數(shù)值分 析模塊、異步時(shí)鐘和串口總線組成，其中，存儲(chǔ)單元、數(shù)值分析模塊、異 步時(shí)鐘和串口總線分別與中央處理芯片相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種太陽能供電的空間結(jié)構(gòu)建筑風(fēng)速風(fēng)壓無線檢測系統(tǒng)，它主要由數(shù)據(jù)采集控制基站和若干個(gè)檢測單元組成；其中，數(shù)據(jù)采集控制基站主要由無線網(wǎng)絡(luò)信號收發(fā)基站和計(jì)算機(jī)工作站連接組成，檢測單元主要由風(fēng)速風(fēng)壓傳感模塊、太陽能供電模塊、中央處理模塊和無線收發(fā)模塊組成；本實(shí)用新型利用太陽能供電模式與無線通訊協(xié)議，在功能上做到真正意義上的零線路布置，長期全天候工作；可根據(jù)大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑響應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)各處關(guān)鍵點(diǎn)的風(fēng)速風(fēng)壓檢測；可根據(jù)空間結(jié)構(gòu)材質(zhì)特性，實(shí)現(xiàn)表面快速無損安裝與拆卸；根據(jù)空間結(jié)構(gòu)建筑跨度大、分布面廣的特性，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速風(fēng)壓傳感器檢測測點(diǎn)的傳輸接力、靈活組網(wǎng)。
文檔編號G01L1/18GK201434738SQ20092011644
公開日2010年3月31日 申請日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者斌 孫, 沈雁彬, 羅堯治 申請人:浙江大學(xué)