無線靜態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)主要分為無線采集節(jié)點(diǎn)、無線接收網(wǎng)關(guān)、上位機(jī)采集軟件、應(yīng)變傳感元件四大組成部分，整套系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)設(shè)計，打破傳統(tǒng)集中式采集設(shè)備布線限制。
無線采集節(jié)點(diǎn)也就是現(xiàn)場應(yīng)變采集儀，直接布置在被測構(gòu)件測點(diǎn)周邊，應(yīng)變片粘貼在金屬、混凝土、復(fù)合材料被測表面，結(jié)構(gòu)發(fā)生微小形變時應(yīng)變片電阻同步變化，采集單元內(nèi)部高精度調(diào)理電路完成信號放大、噪聲濾波、24位模數(shù)轉(zhuǎn)換工作，并且自動完成溫度補(bǔ)償修正，將模擬形變信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字應(yīng)變數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理完畢后，設(shè)備通過內(nèi)置ZigBee無線模塊，以自組網(wǎng)的形式將測點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送至無線接收網(wǎng)關(guān)；網(wǎng)關(guān)通過USB接口連接電腦終端，實(shí)現(xiàn)全部測點(diǎn)數(shù)據(jù)匯總上傳。系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)具備自組織、自恢復(fù)能力，部分節(jié)點(diǎn)信號短暫丟失后網(wǎng)絡(luò)可自動重連恢復(fù)通信，保障長期監(jiān)測的數(shù)據(jù)連續(xù)性。視距條件下單跳無線傳輸距離可達(dá)500米，借助節(jié)點(diǎn)路由中繼功能，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)覆蓋距離最遠(yuǎn)可以延伸數(shù)十公里，適配測點(diǎn)大范圍分散的橋梁、邊坡、大型廠區(qū)監(jiān)測場景。
整套系統(tǒng)既支持在線實(shí)時無線采集，同時每一臺采集儀自帶大容量本地存儲芯片，開啟離線存儲模式之后，就算無線信號中斷，測點(diǎn)數(shù)據(jù)依舊保存在儀器本地存儲器，通信恢復(fù)之后自動補(bǔ)傳歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，避免因臨時信號干擾造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)丟失，重新上電之后設(shè)備可以自動接續(xù)上一次的監(jiān)測任務(wù)，無需人工重新配置參數(shù)，十分適合野外無人值守長期監(jiān)測工況。
核心硬件技術(shù)優(yōu)勢
硬件性能是靜態(tài)應(yīng)變測試結(jié)果精準(zhǔn)度的基礎(chǔ)保障，該系統(tǒng)在電路設(shè)計層面針對傳統(tǒng)靜態(tài)應(yīng)變儀熱電勢漂移的行業(yè)難題做出針對性優(yōu)化。設(shè)備使用電子開關(guān)切換測點(diǎn)采集通道，從硬件層面消除開關(guān)切換過程當(dāng)中產(chǎn)生的接觸電勢、熱電勢漂移問題，設(shè)備長時間連續(xù)運(yùn)行基線漂移量極低，保證多天不間斷監(jiān)測過程當(dāng)中應(yīng)變數(shù)值穩(wěn)定可靠，不會出現(xiàn)無來由的數(shù)據(jù)偏移，這也是該設(shè)備區(qū)別于很多同類國產(chǎn)無線應(yīng)變產(chǎn)品的核心亮點(diǎn)之一。
橋路適配能力十分全面，每一個測點(diǎn)通道都支持獨(dú)立配置，可自由切換全橋、半橋、四分之一橋工作模式；1/4橋模式支持120Ω應(yīng)變片無補(bǔ)償測量、公共溫度補(bǔ)償、三線制導(dǎo)線補(bǔ)償，系統(tǒng)可以自動測量并修正1/4橋測試當(dāng)中長導(dǎo)線帶來的電阻誤差。儀器自帶多路補(bǔ)償片接入端子，操作人員可在軟件內(nèi)靈活為不同測點(diǎn)指派對應(yīng)的溫度補(bǔ)償通道，當(dāng)被測結(jié)構(gòu)存在大范圍不均勻溫度場時，多點(diǎn)獨(dú)立溫度補(bǔ)償能夠大幅降低環(huán)境溫度變化給應(yīng)變測試帶來的測量誤差。除電阻應(yīng)變片之外，采集通道還兼容熱電偶電壓信號、三線制電阻傳感器、4?20mA工業(yè)變送器信號輸入，一臺設(shè)備就可以同步采集應(yīng)變、溫度、壓力等多種物理量，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)同步監(jiān)測，降低項(xiàng)目采購成本。
通道擴(kuò)展靈活度高，單臺HY?Y60機(jī)型自帶60個采集測點(diǎn)，多臺無線采集節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)之后系統(tǒng)最大測點(diǎn)規(guī)?？梢詳U(kuò)展至6000通道，無論是十幾個測點(diǎn)的小型構(gòu)件靜力試驗(yàn)，還是上千測點(diǎn)的大型橋梁全橋應(yīng)力監(jiān)測，都能夠靈活適配，通道擴(kuò)容時只需要新增無線采集節(jié)點(diǎn)加入無線網(wǎng)絡(luò)，不需要重新鋪設(shè)長距離信號線纜，后期測點(diǎn)增刪調(diào)整十分便捷。
供電方案多元化，充分考慮戶外施工現(xiàn)場供電條件復(fù)雜的現(xiàn)狀。采集節(jié)點(diǎn)供電方式包含內(nèi)置鋰電池供電、USB供電、外接寬壓直流電源、太陽能光伏板供電、總線供電等多種模式，內(nèi)置電池配備智能充電管理模塊，軟件端可實(shí)時查看電池剩余電量，野外無市電接入?yún)^(qū)域依靠太陽能搭配蓄電池，便可實(shí)現(xiàn)數(shù)月甚至更長周期無人值守監(jiān)測。硬件采用低功耗電路設(shè)計，無風(fēng)扇散熱結(jié)構(gòu)，設(shè)備運(yùn)行故障率低，長期運(yùn)行穩(wěn)定性強(qiáng)，適合長期值守監(jiān)測項(xiàng)目。同時系統(tǒng)附帶準(zhǔn)動態(tài)采集檔位，在靜態(tài)監(jiān)測基礎(chǔ)之上，可捕捉低速變化的應(yīng)變信號，在部分工況下能夠替代動應(yīng)變設(shè)備完成橋梁脈動、緩慢荷載變化觀測任務(wù)，拓展了設(shè)備使用范圍。
配套軟件功能介紹
環(huán)測自主開發(fā)的應(yīng)變采集分析軟件，作為整套無線測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理終端，功能覆蓋項(xiàng)目工程管理、測點(diǎn)參數(shù)配置、實(shí)時無線數(shù)據(jù)接收、應(yīng)變?應(yīng)力換算、曲線可視化、超限報警、歷史數(shù)據(jù)查詢導(dǎo)出、試驗(yàn)報告生成等全流程工作。操作人員可以在軟件界面當(dāng)中完成所有測點(diǎn)橋路參數(shù)、應(yīng)變片靈敏系數(shù)、補(bǔ)償通道、采樣頻率、存儲間隔的參數(shù)設(shè)置，參數(shù)配置完成之后一鍵啟動無線采集。軟件實(shí)時展示全部測點(diǎn)應(yīng)變數(shù)值，同步繪制應(yīng)變?時間變化曲線，測點(diǎn)應(yīng)變數(shù)值超過預(yù)設(shè)閾值后系統(tǒng)彈出報警提示，方便工作人員第一時間發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)異常應(yīng)力變化。采集得到的數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出Excel、TXT通用格式文件，方便導(dǎo)入Origin、Matlab等第三方科研軟件開展深度力學(xué)數(shù)據(jù)分析，軟件支持多項(xiàng)目文件保存，不同試驗(yàn)項(xiàng)目參數(shù)互不干擾，便于后期試驗(yàn)數(shù)據(jù)追溯對比。
主要應(yīng)用場景
無線靜態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)應(yīng)用場景覆蓋科研教學(xué)、工程檢測、工業(yè)制造、基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維多個領(lǐng)域。在高校與科研院所，設(shè)備可用于材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)靜力加載試驗(yàn)、構(gòu)件殘余應(yīng)力測試，無線部署方式可以減少實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中雜亂線纜，提升試驗(yàn)操作安全性；在交通基建檢測行業(yè)，廣泛用于公路橋梁荷載試驗(yàn)、橋梁成橋檢測、鋼結(jié)構(gòu)橋梁長期健康監(jiān)測，免去橋下高空長距離布線作業(yè)，大幅降低現(xiàn)場檢測施工難度與高空作業(yè)安全風(fēng)險；在工程機(jī)械與重型裝備制造領(lǐng)域，用于起重機(jī)、壓力容器、大型車架等金屬構(gòu)件強(qiáng)度加載測試，測點(diǎn)布置在旋轉(zhuǎn)、移動部件時，無線方案解決有線線纜纏繞拉扯難題；在建筑與巖土工程方向，用于高層建筑、基坑支護(hù)、邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力長期無線監(jiān)測；同時也適配航空航天、軍工裝備靜力試驗(yàn)等對測試穩(wěn)定性要求嚴(yán)苛的高精度測試項(xiàng)目。
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