一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统及监测方法

1.本发明属于桥梁应力与应变监测技术领域，具体涉及一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统及监测方法。


背景技术：

2.桥梁承台大体积混凝土使用时胶凝材料在水化反应过程中释放出大量的热量，这些热量积聚在混凝土内部不易散发。当混凝土的内部与表面温差过大会产生温度应力和温度变形，温度应力与温差成正比，温差越大，温度应力也越大。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时将产生温度裂缝。这就是大体积桥梁容易产生裂缝的主要原因，裂缝对桥梁会有较大的危害。
3.在户外的桥梁监测过程中，不仅要实现桥梁的监测任务，更为重要的是如何将采集到的信息传输出去。当前采集桥梁承台的主要方法是利用振弦式传感器进行人工数据采集，通常采用智能读数仪cs-dsy709直接读出应变计物理量，同时读数仪根据测量时间把应变计的编号、温度、应变值保存到读数仪里。但这种方法有很多局限性的问题，如：采集仪集成度较低；采集过程容易受外界因素干扰；数据传输过程中，数据的传递受地理位置、自然环境和通信方法的影响的问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的问题是提供桥梁应力与应变实时准确监测，提出一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统及监测方法。
5.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
6.一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统，包括应力应变传感器、模拟电子开关、激振单元、采集单元、信号处理单元、stm32微控制器、串口模块、无线模块、电源模块、上位机；
7.所述应力应变传感器连接模拟电子开关，所述模拟电子开关分别连接激振单元、采集单元、stm32微控制器，所述采集单元连接信号处理单元，所述激振单元、信号处理单元分别连接stm32微控制器，所述stm32微控制器分别连接串口模块、电源模块，所述串口模块连接无线模块，所述无线模块连接上位机；
8.所述应力应变传感器用于测量桥梁大体积承台内部的应变量，并可同步测量埋设点的温度；
9.所述模拟电子开关用于实现桥梁大体积承台应力与应变监测系统不同传感器的通断；
10.所述激振单元用于实现应力应变传感器的扫频工作；
11.所述采集单元用于采集应力应变传感器检测的数据；
12.所述信号处理单元用于对采集单元采集的信号进行放大、整形，滤波。
13.进一步的，所述应力应变传感器的个数为16个，所述应力应变传感器为振弦应变
计传感器。
14.进一步的，所述模拟电子开关为8路5v继电器板，每路继电器板的第一路-第四路连接一个应力应变传感器，第五路-第八路连接一个应力应变传感器，所述模拟电子开关的型号为joc-3ff-s-z。
15.进一步的，所述stm32微控制器为stm32f103开发板，所述stm32微控制器按照rs485通信协议向串口模块发送数据帧，串口模块通过ttl电平转换后，再将信号发送至无线模块，所述无线模块将数字信号转化成无线信号发送至上位机。
16.进一步的，所述串口模块的型号为as30-ttl-1w，功率为1w，lora扩频调制且可多对一组网，使用433mhz频段，空中速度定义为0.3k，自定义通道指定数据的传输方向，实现stm32微控制器和上位机的双向通信。
17.进一步的，所述电源模块采用5v大容量锂电池正负极与risym充电放电保护一体板正负极连接，risym充电放电保护一体板usb输出端为stm32f103单片机供电，micro usb端用于给锂电池充电。
18.一种桥梁大体积承台应力与应变监测方法，依托于所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统实现，包括如下步骤：
19.s1、规划桥梁大体积承台的四分之一面积位置，均匀设置16路应力应变传感器的分布位点进行应力应变测点布置；
20.s2、stm32微控制器通过激振单元启动应力应变传感器，应力应变传感器的钢弦起振引起膜片振动，然后采集单元开始工作，对应力应变传感器振动数据进行离散采样，得到应力应变传感器采样数据；
21.s3、将步骤s2得到的应力应变传感器采样数据传输至信号处理单元进行滤波整形，将信号处理单元处理后的数据送至stm32微控制器进行频率计算，得到桥梁大体积承台应变值；
22.s4、将步骤s3得到的桥梁大体积承台应变值通过串口模块无线传输至上位机并显示，不同应力应变传感器的开关电路信息的转换和控制通过模拟电子开关来实现；
23.s5、每隔一定时间上位机对stm32微控制器发送一次指令，stm32微控制器再次进行数据采集，每采集一次数据，模拟电子开关完成一个周期的跳变，实现桥梁大体积承台应力与应变的实时监测。
24.进一步的，步骤s2的具体实现方法包括如下步骤：
25.s2.1、stm32微控制器通过激振单元启动应力应变传感器，应力应变传感器的钢弦起振引起膜片振动，当膜片受到一定压力时，钢弦的拉力就会随着膜片的变化而发生变化，进而改变钢弦的本振频率；
26.s2.2、设置应力应变传感器的模型为：
[0027][0028]
其中，a2等于钢弦的振荡周期除以钢弦密度ρ，t为时间，x为弦在横向振动的平衡位置，u为弦在横向振动偏离平衡位置的位移；
[0029]ux＝t
＝0
[0030]
[0031]
其中，是钢弦的初始位移；
[0032][0033]
其中，ψ(x)是钢弦的初始速度；
[0034]
s2.3、使用分离变量法计算驻波un(x,t)的解，计算公式为：
[0035][0036]
其中，an为第一常定系数，bn为第二常定系数，l为钢弦的长度；
[0037]
s2.4、设置驻波的频率的计算公式为：
[0038][0039]
当所有驻波中波长最长的对应的n＝1，所以f＝a/2l，将以上结果代入s2.3中的计算公式，得到驻波的频率：
[0040][0041]
进一步的，步骤s3的具体实现方法包括如下步骤：
[0042]
s3.1、对采集到的应力应变传感器采样数据进行线性无失真放大，放大方法采用集成运算放大器构成的同相比例放大电路进行，根据集成运算放大器的虚断特点，得到以下计算公式：
[0043][0044][0045]
其中，u
p
为同相输入端电位，ui为输入电压，un为反相输入端电位，u0为输出电压，r1为输入电阻，r2为平衡电阻，r3为补偿电阻，rf为反馈电阻；
[0046]
由虚断的特点可知，un＝u
p
进而推出：
[0047][0048]
得到输出电压为：
[0049][0050]
s3.2、经过集成运算放大器的信号送至滞回电压比较器，对信号进行整形，其反向输入端电位的公式为：
[0051]
un＝ui[0052]
同向输入电位的公式为：
[0053]
[0054]
其中，uz为双向稳压二极管dz两段电压。
[0055]
进一步的，步骤s4将步骤s3得到的桥梁大体积承台应变值通过串口模块以波特率9600bit/s，全双工通信、8位字长、％.1f即输出小数点后保留1位的浮点数方式无线传输至上位机并显示；步骤s5每隔60s上位机对stm32微控制器发送一次指令。
[0056]
本发明的有益效果：
[0057]
本发明所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统，使用了arm处理器stm32，在外部配备相应的扩展激振电路，数据处理器，信号处理电路，再与lora无线传输技术相结合，从而实现振弦式传感器信号采集与传送系统。采用一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统的准确度和安全性符合现场使用的规定，此系统可以实现桥梁实时监测，有效地掌握桥梁健康状况，避免事故的发生。
附图说明
[0058]
图1为本发明所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统的结构示意图；
[0059]
图2为本发明所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统的stm32供电电路图；
[0060]
图3为本发明所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统的激振单元的电路图；
[0061]
图4为本发明所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统的信号处理单元的信号处理图电路图；
[0062]
图5为本发明所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统的模拟电子开关和应力应变传感器的连接关系图；
[0063]
图6为本发明所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统的振弦应变计传感器的简易模型示意图；
[0064]
图7为本发明所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统的振弦应变计传感器的信号示意图；
[0065]
图8为本发明所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统的垂直方向压力应变测试应变随压力变化曲线图；
[0066]
图9为本发明所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测方法的流程图；
[0067]
图10为本发明所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统的界面照片。
具体实施方式
[0068]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的具体实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的具体实施方式。通常在此处附图中描述和展示的本发明具体实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，本发明还可以具有其他实施方式。
[0069]
因此，以下对在附图中提供的本发明的具体实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定具体实施方式。基于本发明的具体实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他具体实施方
式，都属于本发明保护的范围。
[0070]
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下具体实施方式，并配合附图1-附图10详细说明如下：
[0071]
具体实施方式一：
[0072]
一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统，包括应力应变传感器1、模拟电子开关2、激振单元3、采集单元4、信号处理单元5、stm32微控制器6、串口模块7、无线模块8、电源模块9、上位机10；
[0073]
所述应力应变传感器1连接模拟电子开关2，所述模拟电子开关2分别连接激振单元3、采集单元4、stm32微控制器6，所述采集单元4连接信号处理单元5，所述激振单元3、信号处理单元5分别连接stm32微控制器6，所述stm32微控制器6分别连接串口模块7、电源模块9，所述串口模块7连接无线模块8，所述无线模块8连接上位机10；
[0074]
所述应力应变传感器1用于测量桥梁大体积承台内部的应变量，并可同步测量埋设点的温度；
[0075]
所述模拟电子开关2用于实现桥梁大体积承台应力与应变监测系统不同传感器的通断；
[0076]
所述激振单元3用于实现应力应变传感器1的扫频工作；
[0077]
所述采集单元4用于采集应力应变传感器1检测的数据；
[0078]
所述信号处理单元5用于对采集单元4采集的信号进行放大、整形，滤波。
[0079]
进一步的，所述应力应变传感器1的个数为16个，所述应力应变传感器1为振弦应变计传感器。
[0080]
振弦式应力应变传感器：振弦式传感器(vibrating wire transducer)是以金属钢弦作为媒介，金属钢弦是一种敏感元件，能将采集到的信号以驻波形式展现，进而构成谐振式传感器。通过压力机测试传感器垂直方向压力应变随压力变化曲线图，可以看出传感器应变值与压力呈线性关系，如图8所示。
[0081]
14v工作电压振弦信号数据处理器：由于振弦式传感器所采用的是钢弦式结构，所得信号十分微弱，需要对所得信号进行线性无失真放大，且要对所得数据进行相应的处理。模块使能后会进入工作状态，对到来的信号进行一个整形，筛选等处理，将所得到的信号数据进行转换计算，得到相应的应变值和偏移值，实现物理量的转换，将测得的信号频率转换为更加直接的应变值，最后将校准好的数据传输出去。
[0082]
进一步的，所述模拟电子开关2为8路5v继电器板，每路继电器板的第一路-第四路连接一个应力应变传感器1，第五路-第八路连接一个应力应变传感器1，所述模拟电子开关2的型号为joc-3ff-s-z。
[0083]
本系统需要8路5v继电器板，每路继电器板的no1～no4，连接一个应力应变传感器，no5～no8连接一个应力应变传感器；每路继电器板com1～com4连接数据处理器，com5～com8连接数据处理器，如图10所示为数据处理器引脚与继电器引脚相连接的示意图，继电器板另一侧in1～in8连接单片机传输数据的gpio口。最后将8路继电器的dc+并联接到单片机5v供电引脚，将8路继电器的dc-并联接到单片机gnd引脚。
[0084]
进一步的，所述stm32微控制器6为stm32f103开发板，所述stm32微控制器6按照rs485通信协议向串口模块7发送数据帧，串口模块7通过ttl电平转换后，再将信号发送至
无线模块8，所述无线模块8将数字信号转化成无线信号发送至上位机10。
[0085]
stm32f103开发板：使用5v直流供电；使用串口连接lora无线传输模块；使用rs485a与rs485b两接口用于与振弦信号数据处理器通信；使用64路io口控制继电器，协调控制外设的运行。
[0086]
进一步的，所述串口模块7的型号为as30-ttl-1w，功率为1w，lora扩频调制且可多对一组网，使用433mhz频段，空中速度定义为0.3k，自定义通道指定数据的传输方向，实现stm32微控制器6和上位机的双向通信。
[0087]
无线模块在接收到的无线信号后，将接收到的无线模拟信号放大并且转化成数字信号，并且进行ttl数字逻辑转换，转换为串口电平信号，串口信号又被送入stm32微控制器对接收到的信号进行读取、判断、处理，最后输出显示或者是完成指令。然而发送无线信号的过程却恰恰相反，首先stm32微控制器按照通信协议往串口发送数据帧，串口通过ttl电平转换后，再将信号发送至无线模块中，最终无线模块将数字信号转化成无线信号发送至终端设备。
[0088]
进一步的，所述电源模块9采用5v大容量锂电池正负极与risym充电放电保护一体板正负极连接，risym充电放电保护一体板usb输出端为stm32f103单片机供电，micro usb端用于给锂电池充电。
[0089]
具体实施方式二：
[0090]
一种桥梁大体积承台应力与应变监测方法，依托于具体实施方式一所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统实现，包括如下步骤：
[0091]
s1、规划桥梁大体积承台的四分之一面积位置，均匀设置16路应力应变传感器的分布位点进行应力应变测点布置；
[0092]
s2、stm32微控制器通过激振单元启动应力应变传感器，应力应变传感器的钢弦起振引起膜片振动，然后采集单元开始工作，对应力应变传感器振动数据进行离散采样，得到应力应变传感器采样数据；
[0093]
进一步的，步骤s2的具体实现方法包括如下步骤：
[0094]
s2.1、stm32微控制器通过激振单元启动应力应变传感器，应力应变传感器的钢弦起振引起膜片振动，当膜片受到一定压力时，钢弦的拉力就会随着膜片的变化而发生变化，进而改变钢弦的本振频率；
[0095]
s2.2、设置应力应变传感器的模型为：
[0096][0097]
其中，a2等于钢弦的振荡周期除以钢弦密度ρ、t为时间、x为弦在横向振动的平衡位置，u为弦在横向振动偏离平衡位置的位移；
[0098]ux＝t
＝0
[0099][0100]
其中，是钢弦的初始位移；
[0101]
[0102]
其中，ψ(x)是钢弦的初始速度；
[0103]
s2.3、使用分离变量法计算驻波un(x,t)的解，计算公式为：
[0104][0105]
其中，an为第一常定系数，bn为第二常定系数，l为钢弦的长度；
[0106]
s2.4、设置驻波的频率的计算公式为：
[0107][0108]
当所有驻波中波长最长的对应的n＝1，所以f＝a/2l，将以上结果代入s2.3中的计算公式，得到驻波的频率：
[0109][0110]
s3、将步骤s2得到的应力应变传感器采样数据传输至信号处理单元进行滤波整形，将信号处理单元处理后的数据送至stm32微控制器进行频率计算，得到桥梁大体积承台应变值；
[0111]
进一步的，步骤s3的具体实现方法包括如下步骤：
[0112]
s3.1、对采集到的应力应变传感器采样数据进行线性无失真放大，放大方法采用集成运算放大器构成的同相比例放大电路进行，根据集成运算放大器的虚断特点，得到以下计算公式：
[0113][0114][0115]
其中，u
p
为同相输入端电位，ui为输入电压，un为反相输入端电位，u0为输出电压，r1为输入电阻，r2为平衡电阻，r3为补偿电阻，rf为反馈电阻；
[0116]
由虚断的特点可知，un＝u
p
进而推出：
[0117][0118]
得到输出电压为：
[0119][0120]
s3.2、经过集成运算放大器的信号送至滞回电压比较器，对信号进行整形，其反向输入端电位的公式为：
[0121]
un＝ui[0122]
同向输入电位的公式为：
[0123][0124]
其中，uz为双向稳压二极管dz两端电压；
[0125]
s4、将步骤s3得到的桥梁大体积承台应变值通过串口模块无线传输至上位机并显示，不同应力应变传感器的开关电路信息的转换和控制通过模拟电子开关来实现；
[0126]
进一步的，步骤s4将步骤s3得到的桥梁大体积承台应变值通过串口模块以波特率9600bit/s，全双工通信、8位字长、％.1f即输出小数点后保留1位的浮点数方式无线传输至上位机并显示；步骤s5每隔60s上位机对stm32微控制器发送一次指令；
[0127]
s5、每隔一定时间上位机对stm32微控制器发送一次指令，stm32微控制器再次进行数据采集，每采集一次数据，模拟电子开关完成一个周期的跳变，实现桥梁大体积承台应力与应变的实时监测。
[0128]
本实施方式的工作过程进行以下描述：以arm处理器stm32为系统核心，并结合对应的激振电路，采样电路，信号处理电路以及通信模块等构成系统。利用stm32内部a/d转换功能实现从模拟量到数字量的转换，同时利用stm32内置的计数器，定时器和输入捕获功实现对频率信号的等精度测量，通过内部定时器输出扫频脉冲信号。激振电路使用cmosfet场效应管进行对arm处理器输出信号的放大驱动。开关电路信息的转换和控制通过模拟开关芯片即8个8路5v继电器来实现。首先经过传感器的输入输出信息通过采样电路后转换成离散信号，然后通过信号处理电路。最终再通过设置的高压二极管峰值检波电路，输出信号为振荡电压信号的包络信号幅值，然后输入a/d转换器，从而实现包络电压监测。上位机通过读取lora串口的数据，进行数据处理，每隔60秒对下位机发送一次指令，下位机再次数据采集，每采集一次数据，继电器则随之将有4个红色指示灯闪烁，16个传感器将跳变16次。最后一路继电器四位红色指示灯熄灭后，表明一个测量周期的完成，稍有延迟后，在上位机上就会出现相应的应变测量值。
[0129]
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0130]
虽然在上文中已经参考具体实施方式对本技术进行了描述，然而在不脱离本技术的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本技术所披露的具体实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本技术并不局限于文中公开的特定具体实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

技术特征：
1.一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统，其特征在于，包括应力应变传感器(1)、模拟电子开关(2)、激振单元(3)、采集单元(4)、信号处理单元(5)、stm32微控制器(6)、串口模块(7)、无线模块(8)、电源模块(9)、上位机(10)；所述应力应变传感器(1)连接模拟电子开关(2)，所述模拟电子开关(2)分别连接激振单元(3)、采集单元(4)、stm32微控制器(6)，所述采集单元(4)连接信号处理单元(5)，所述激振单元(3)、信号处理单元(5)分别连接stm32微控制器(6)，所述stm32微控制器(6)分别连接串口模块(7)、电源模块(9)，所述串口模块(7)连接无线模块(8)，所述无线模块(8)连接上位机(10)；所述应力应变传感器(1)用于测量桥梁大体积承台内部的应变量，并可同步测量埋设点的温度；所述模拟电子开关(2)用于实现桥梁大体积承台应力与应变监测系统不同传感器的通断；所述激振单元(3)用于实现应力应变传感器(1)的扫频工作；所述采集单元(4)用于采集应力应变传感器(1)检测的数据；所述信号处理单元(5)用于对采集单元(4)采集的信号进行放大、整形，滤波。2.根据权利要求1所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统，其特征在于，所述应力应变传感器(1)的个数为16个，所述应力应变传感器(1)为振弦应变计传感器。3.根据权利要求2所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统，其特征在于，所述模拟电子开关(2)为8路5v继电器板，每路继电器板的第一路-第四路连接一个应力应变传感器(1)，第五路-第八路连接一个应力应变传感器(1)，所述模拟电子开关(2)的型号为joc-3ff-s-z。4.根据权利要求3所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统，其特征在于，所述stm32微控制器(6)为stm32f103开发板，所述stm32微控制器(6)按照rs485通信协议向串口模块(7)发送数据帧，串口模块(7)通过ttl电平转换后，再将信号发送至无线模块(8)，所述无线模块(8)将数字信号转化成无线信号发送至上位机(10)。5.根据权利要求4所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统，其特征在于，所述串口模块(7)的型号为as30-ttl-1w，功率为1w，lora扩频调制且可多对一组网，使用433mhz频段，空中速度定义为0.3k，自定义通道指定数据的传输方向，实现stm32微控制器(6)和上位机的双向通信。6.根据权利要求5所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统，其特征在于，所述电源模块(9)采用5v大容量锂电池正负极与risym充电放电保护一体板正负极连接，risym充电放电保护一体板usb输出端为stm32f103单片机供电，microusb端用于给锂电池充电。7.一种桥梁大体积承台应力与应变监测方法，依托于权利要求1-6之一所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统实现，其特征在于，包括如下步骤：s1、规划桥梁大体积承台的四分之一面积位置，均匀设置16路应力应变传感器的分布位点进行应力应变测点布置；s2、stm32微控制器通过激振单元启动应力应变传感器，应力应变传感器的钢弦起振引起膜片振动，然后采集单元开始工作，对应力应变传感器振动数据进行离散采样，得到应力应变传感器采样数据；
s3、将步骤s2得到的应力应变传感器采样数据传输至信号处理单元进行滤波整形，将信号处理单元处理后的数据送至stm32微控制器进行频率计算，得到桥梁大体积承台应变值；s4、将步骤s3得到的桥梁大体积承台应变值通过串口模块无线传输至上位机并显示，不同应力应变传感器的开关电路信息的转换和控制通过模拟电子开关来实现；s5、每隔一定时间上位机对stm32微控制器发送一次指令，stm32微控制器再次进行数据采集，每采集一次数据，模拟电子开关完成一个周期的跳变，实现桥梁大体积承台应力与应变的实时监测。8.根据权利要求7所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测方法，其特征在于，步骤s2的具体实现方法包括如下步骤：s2.1、stm32微控制器通过激振单元启动应力应变传感器，应力应变传感器的钢弦起振引起膜片振动，当膜片受到一定压力时，钢弦的拉力就会随着膜片的变化而发生变化，进而改变钢弦的本振频率；s2.2、设置应力应变传感器的模型为：其中，a2等于钢弦的振荡周期除以钢弦密度ρ，t为时间，x为弦在横向振动的平衡位置，u为弦在横向振动偏离平衡位置的位移；u
x＝t
＝0其中，是钢弦的初始位移；其中，ψ(x)是钢弦的初始速度；s2.3、使用分离变量法计算驻波u
n
(x,t)的解，计算公式为：其中，a
n
为第一常定系数，b
n
为第二常定系数，l为钢弦的长度；s2.4、设置驻波的频率的计算公式为：当所有驻波中波长最长的对应的n＝1，所以f＝a/2l，将以上结果代入s2.3中的计算公式，得到驻波的频率：9.根据权利要求8所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测方法，其特征在于，步骤s3的具体实现方法包括如下步骤：s3.1、对采集到的应力应变传感器采样数据进行线性无失真放大，放大方法采用集成
运算放大器构成的同相比例放大电路进行，根据集成运算放大器的虚断特点，得到以下计算公式：算公式：其中，u
p
为同相输入端电位，u
i
为输入电压，u
n
为反相输入端电位，u0为输出电压，r1为输入电阻，r2为平衡电阻，r3为补偿电阻，r
f
为反馈电阻；由虚断的特点可知，u
n
＝u
p
进而推出：得到输出电压为：s3.2、经过集成运算放大器的信号送至滞回电压比较器，对信号进行整形，其反向输入端电位的公式为：u
n
＝u
i
同向输入电位的公式为：其中，u
z
为双向稳压二极管d
z
两端电压。10.根据权利要求9所述的一种桥梁大体积承台应力与应变监测方法，其特征在于，步骤s4将步骤s3得到的桥梁大体积承台应变值通过串口模块以波特率9600bit/s，全双工通信、8位字长、％.1f即输出小数点后保留1位的浮点数方式无线传输至上位机并显示；步骤s5每隔60s上位机对stm32微控制器发送一次指令。

技术总结
一种桥梁大体积承台应力与应变监测系统及监测方法，属于桥梁应力与应变监测技术领域。为解决桥梁应力与应变实时准确监测的问题。本发明应力应变传感器连接模拟电子开关，模拟电子开关分别连接激振单元、采集单元、STM32微控制器，采集单元连接信号处理单元，激振单元、信号处理单元分别连接STM32微控制器，STM32微控制器分别连接串口模块、电源模块，串口模块连接无线模块，无线模块连接上位机；应力应变传感器用于测量桥梁大体积承台内部的应变量，并可同步测量埋设点的温度；激振单元用于实现应力应变传感器的扫频工作；信号处理单元用于对采集单元采集的信号进行放大、整形，滤波。本发明实现桥梁实时监测，避免事故的发生。发生。发生。


技术研发人员：侯涛 王东亮 李小波 霍大铙 弋牧江 刘宇鹏 吴勇 贾亚飞 郝向炜 邢键 崔双龙 杨建喜 崔书炜
受保护的技术使用者：东北林业大学
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/2