[实用新型]一种基于Zigbee无线通信的结构静力实验数据采集系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及结构静力实验数据采集技术领域，尤其是基于Zigbee无线通信的结构静力实验数据采集系统。

背景技术

结构静力实验是确定工程结构在静荷载作用下的强度、刚度或稳定性而进行的力学实验。除须对结构的承力零件作加载实验外，还要对结构作整体或局部的承力性能实验。实验对象可以是飞机、火箭、船舶实体结构或模型，也可以是大型装备机械结构，也可以是建筑结构如：钢结构、混凝土结构、砌体结构、木结构等，一般包括梁柱结构、屋架结构、薄壳和网架结构等的实体或模型。

结构静力实验的目的在于：①确定结构在一定静荷载作用下的应力分布和变形形态；②确定结构的刚度和稳定性；③确定结构的最大承载能力，即强度；④从承力的角度评价结构承受静荷载的合理性；⑤验证理论分析和计算方法的可靠性，或由实验提出新的理论和计算方法。

荷载加载通过加载器和分配梁进行多点加载，加载方式通常有电动马达式加载、液压千斤顶加载、机械螺旋式加载、重物加载等。实验室适合电动马达和液压千斤顶加载，可以手动控制也可以采用计算机进行自动控制。对于野外现场环境通常采用人工控制加载方式，如用液压千斤顶加载、重物加载等。

结构静力实验中测定有关的力学参量值主要有荷载、位移、应变等。通常测量系统由传感部分、放大部分和指示部分构成。测量荷载常用拉压力传感器；测量位移常用电阻式位移传感器、电感式位移传感器、电容式位移传感器；测量应变常用电阻应变传感器。

目前结构静力实验数据采集系统一般是由一台计算机完成，也就是集中式数据采集和控制系统。其中数据采集部分包括传感器、传感器信号变送柜、计算机采集卡及计算机等部分。通常一个实验布置应变传感器数量达几十个到几百个，位移传感器、荷载传感器也有十几个到几十个。应变传感器、位移传感器、荷载传感器接入到变送器柜变换成标准的电压信号，再接入到台式计算机内部安装数据采集卡。计算机将应变、位移、荷载信号转转成数字量，采集的数据以文件的形式保存下来，用于以后的分析和应用。这些数据也可以以静态曲线形式在屏幕上显示出来用于观测数据采集的结果。

现有集中式数据采集系统的主要缺点：

①价格高、体积重量大，尤其是变送器柜价格贵，体积和重量都比较大，不适合现场使用。

②在结构静力实验对象上放置的各种传感器一般情况多达几十个到几百个，布线和接线都需耗费很多人力物力。

③信号有线传输会带来共模和差模干扰，影响到信号的传输质量和信号的采集精度。

实用新型内容

基于结构静力实验具有测试对象数据采集点多且分散的特点，本实用新型的目的是提供一种基于Zigbee无线通信的结构静力实验数据采集系统，实现实验对象各测试点的应变、位移、荷载等参数的采集、传输、处理和存储。

本实用新型的技术方案是：一种基于Zigbee无线通信的结构静力实验数据采集系统，采集系统Zigbee无线网络采用星形结构，包括多台数据采集终端节点、一台协调器节点和一台计算机，所述数据采集终端节点与协调器节点通过无线连接，所述协调器节点通过USB与计算机连接，所述数据采集终端节点和协调器节点采用低功耗设计，所述数据采集终端节点由电池供电，所述协调器节点是由计算机通过USB接口提供的电源。

进一步的，所述数据采集终端节点包括应变采集节点、位移采集节点和荷载采集节点。

进一步的，所述应变采集节点应变检测采用电阻应变片传感器。

进一步的，所述位移采集节点位移检测采用的是电位器位移传感器，所述电位器位移传感器将位移的变化转换成电位器电阻的变化。

进一步的，所述荷载采集节点荷载检测采用压力传感器或拉力传感器，所述压力传感器或拉力传感器将荷载转变为电阻应变片电阻的变化。

进一步的，所述应变采集节点为4个通道，节点包括4组应变片电桥、4路应变变换电路、微处理器CC2530及辅助电路、数据存储电路、天线匹配电路、电源电路和外接电池，所述应变变换电路将电阻应变片电阻的变化变换成标准的电压信号，再由CC2530内部AD转换器变换成数字量并经过处理保存在数据存储电路，并通过无线传输到协调器节点。应变数据采集节点组成框图如图2所示。