[发明专利]一种基于Zigbee的微应变测量无人值守型工程监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种工程监测系统，尤其涉及一种基于Zigbee的微应变测量无人值守型工程监测系统。

背景技术

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，已经日益为大家所熟知，它最大的特点就是低功耗、可组网，特别是带有路由的可组网功能。Zigbee是一个由可多达65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee数传模块类似移动通信的一个节点，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的通信距离可以从标准的75米，扩展为几百米，或几公里；整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。例如，可以通过互联网或GPRS(通用分组无线服务)实现对Zigbee控制网络的远程监控。Zigbee与移动通信网有着本质的区别，Zigbee网络主要是为自动控制系统中实现数据的传输及交互，而移动通信网以实现语音、影像信息的交互为根本，且每个移动节点的建立成本极为昂贵(一般都在百万元人民币以上)，相比之下，建立一个Zigbee″节点″的费用往往不足1000元人民币。每个全功能Zigbee网络节点(FFD)不仅本身可以担负监控对象的职能，例如传感器实现无线连接完成数据采集和监控，还可以自动中转其他网络节点传送的数据；此外，每个Zigbee网络节点可在本身的信号覆盖范围内，和多个不承担网络信息中转任务的局部功能Zigbee节点(RFD)实现无线连接。每个Zigbee网络节点可支持31个传感器和受控设备，每个传感器和受控设备可以有8种不同的接口方式，包括数字量和模拟量的采集和传输。

事实上，现在的建筑领域，大多还在沿用数十年前的技术和方式获取各类必要的数据。通常，建筑工地环境恶劣，各类运载车辆、人员繁杂，为获取必要数据的测量装置经常遭到破坏，作为信息载体的传输电缆被损坏的现象几乎在每个工地现场都有发生；而且，测量数据大都依靠人工视力读数的方式来获取，所得数据的准确性严重依赖于测量人员的技术水平，一致性和重复性很差。因此，构建一个无人值守工程监测系统很有必要。

目前建筑领域中对应力、微位移测量的传统方式是通过采用一种称为钢弦式应力传感器来实现的。其原理是：在一根两端被绷紧的钢弦上施以激励电脉冲时，该钢弦产生激振；假定该钢弦被固定在某一刚体空腔内，当该刚体受到外力作用时将发生形变，刚体的形变将导致内置钢弦的二个固定端点间的距离发生微小变化，当钢弦受到电脉冲激励时，钢弦将发生激振，其振荡频率亦发生相应的变化，通过对比当今测定频率与前次测定频率，依据经验公式换算出应变值。从简述的原理中可以清晰看出钢弦式应力传感器具有以下不可弥补的缺陷：

1)由于钢弦的两端是紧绷的，始终受到张力作用，因此钢弦会发生自然形变，从而导致其输出固有频率的变化；

2)钢弦式应力计输出信号的一致性较差，其输出响应与钢弦的绷紧程度、钢弦材质的一致性有关，因此每个传感器需独立校正；

3)钢弦式传感器的输出信号具有明显的温度漂移特征；

4)钢弦式传感器通常需要外接一个具有一定功率能量的激励信号，因此无法以无线方式传递激励信号；

5)在桩基应变测量时，需将被测钢筋截断，钢弦式传感器被焊接在钢筋的二个断口间，因此在桩基载荷时，若钢弦式传感器的弹性模量与被测钢筋不一致，则测量值不具指导施工的意义；

6)测量值需经过经验参数进行二次换算，精度较差，不具有可比性和一致性。

从上述分析可知，在应力、微位移测量中使用钢弦式传感器不合适构建无人值守型监测网络，并且其测得值往往经不起推敲。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种基于Zigbee的微应变测量无人值守型工程监测系统，以LVDT(线性可变差动变压器)位移传感器、Zigbee现场无线局域网转接GPRS构成的监测系统来进行微应变测量，可实现现场-远端的无人值守监测以及现场监测数据的随机采样功能。

实现上述目的的技术方案是：

一种基于Zigbee的微应变测量无人值守型工程监测系统，包括与钢筋固定且埋设于混凝土中的一体化位移传感器，以及通过电缆与一体化位移传感器连接且设置于地面的RFD模块，以及与RFD模块无线连接的协调器，其中：

所述协调器包括显示屏和键盘，以及与显示屏和键盘分别连接的第一Zigbee芯片和GPRS模块；

所述RFD模块包括相互连接的第二Zigbee芯片和DC/DC变换器，所述第二Zigbee芯片与第一Zigbee芯片无线通信；