一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构的制作方法

1.本实用新型涉及桥梁监测技术领域，尤其涉及一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构。


背景技术：

2.桥梁需要监测包含环境温度、动荷载、空气湿度、桥面变形、桥面开裂等监测目标，需要设置多个监测点，各监测点一般相距较远且常出现施工过程中临时增加监测点的情况。
3.现有监测结构的数据采集装置与监测设备的连接不便于拓展，在出现新的监测需求时，需拆除既有监测设备与数据采集装置的连接线、重新建立采集体系，这种方式重复性劳动较多，效率低。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构，以克服现有监测结构在出现新的监测需求时，需拆除既有监测设备与数据采集装置的连接线，重新建立采集体系的问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
6.一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构，包括：数据采集箱、光纤绕线盘和至少一个传感器拓展装置；
7.所述数据采集箱包括数据采集箱外壳以及依次串联的数据采集器、数据处理器、gprs设备和信号发射天线，所述数据采集器、数据处理器和gprs设备安装在数据采集箱外壳内部，所述信号发射天线安装在数据采集箱外壳顶部；
8.所述光纤绕线盘与数据采集箱外壳转动连接，所述光纤绕线盘上的光纤数据线一端连接数据采集器，所述光纤绕线盘上的光纤数据线另一端连接传感器拓展装置；
9.所述传感器拓展装置连接传感器，且所述传感器拓展装置为多个时，各所述传感器拓展装置间相互串联。
10.进一步的，所述数据采集箱还包括gprs信号线，所述gprs设备和信号发射天线通过gprs信号线连接；
11.所述信号发射天线包括磁力底座、信号输出端子和数据天线，所述数据天线贯穿磁力底座，所述数据天线一端连接信号输出端子，所述数据天线另一端连接gprs信号线，所述数据天线外部设有绝缘保护层。
12.进一步的，所述数据天线和gprs信号线的长度留有余量，所述余量能够使磁力底座移动到数据采集箱外壳顶部任意位置。
13.进一步的，所述光纤绕线盘包括滚珠轴承、转轴和用于缠绕光纤数据线的光纤线盘；
14.所述滚珠轴承的外圈与数据采集箱外壳固定连接，所述滚珠轴承的内圈与转轴过
盈配合，所述转轴和光纤线盘内壁过盈配合。
15.进一步的，还包括转轴锁定装置，所述转轴锁定装置包括锁定孔、联动锁定杆和定位卡扣；所述转轴周向设有一圈锁定孔；
16.所述数据采集箱外壳包括通过合页连接的箱门和箱体，所述定位卡扣固定在箱体上，所述联动锁定杆一端固定在合页上随合页运动，所述联动锁定杆另一端能够贯穿定位卡扣后插入锁定孔中。
17.进一步的，所述数据采集箱外壳还包括安装在箱门上的执手锁。
18.进一步的，所述传感器拓展装置包括用于连接传感器的传感器接入卡槽和拓展导线；
19.所述传感器接入卡槽与拓展导线交叉设置，所述传感器接入卡槽能够通过光纤数据线连通拓展导线；
20.所述拓展导线的两端分别设有连接公头和相匹配的连接母头。
21.进一步的，所述传感器接入卡槽包括输入端接触式传感芯片、输入端凹槽、软胶倒齿和保护层；
22.所述输入端接触式传感芯片固定在输入端凹槽内壁底端，所述输入端接触式传感芯片连通光纤数据线；所述输入端凹槽内部能够容纳传感器的插头；所述软胶倒齿固定在输入端凹槽内壁上；
23.所述保护层套设在输入端凹槽外部，所述保护层自内而外包括屏蔽金属网、防水薄膜和热缩膜。
24.进一步的，所述连接公头为圆柱形接头。
25.进一步的，所述数据采集箱还包括充电电源，所述充电电源用于为数据采集器、数据处理器和gprs设备供电。
26.本实用新型的有益效果：
27.传感器拓展装置用于连接传感器，多个传感器拓展装置能够串联，使得本实用新型便于传感器的安装和临时变更，光纤绕线盘能满足不同距离的传感器的连接需求，两者配合使用能有效应对监测计划的临时变更，在不设置冗余的传感器接口的前提下，确保足够数量的传感器接口来满足传感器连接需求，在不浪费的基础上达到最优监测效果。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本实用新型公开的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构的数据采集箱的结构示意图；
30.图2为本实用新型公开的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构的信号发射天线的结构示意图；
31.图3为本实用新型公开的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构的光纤绕线盘的结构示意图；
32.图4为本实用新型公开的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构的数据采集箱的后视图；
33.图4a为图4的d向视图；
34.图5a为本实用新型公开的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构的传感器拓展装置的结构示意图；
35.图5b为本实用新型公开的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构的传感器接入卡槽的结构示意图；
36.图6为本实用新型公开的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构的传感器拓展装置拓展时的安装示意图；
37.图7为本实用新型公开的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构的传感器的结构示意图；
38.图8为本实用新型公开的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构的传感器安装的示意图；
39.图中：1-1、数据采集箱外壳，1-1-1、箱门，1-1-2、箱体，1-1-3、合页，1-1-4、执手锁，1-2、数据采集器，1-3、数据处理器，1-4、gprs设备，1-5、信号发射天线，1-5-1、磁力底座，1-5-2、信号输出端子，1-5-3、数据天线，1-5-4、树脂绝缘保护层，1-6、gprs信号线，1-7、充电电源，2、光纤绕线盘，2-1、滚珠轴承，2-2、转轴，2-3、光纤线盘，3、传感器拓展装置，3-1、传感器接入卡槽，3-1-1、输入端接触式传感芯片，3-1-2、输入端凹槽，3-1-3、软胶倒齿，3-1-4、屏蔽金属网，3-1-5、防水薄膜，3-1-6、热缩膜，3-2、拓展导线，3-2-1、连接公头，3-2-2、连接母头，4-1、锁定孔，4-2、联动锁定杆，4-3、定位卡扣，5、传感器插头，5-1、输出端接触式传感芯片，6、传感器光纤，a、光栅压力传感器，b、光栅风力传感器，c、光栅温度传感器。
具体实施方式
40.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
41.本实施例提供了一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构，其特征在于，包括：数据采集箱、光纤绕线盘2和至少一个传感器拓展装置3；
42.如图1所示，所述数据采集箱包括数据采集箱外壳1-1以及依次串联的数据采集器1-2、数据处理器1-3、gprs设备1-4和信号发射天线1-5，所述数据采集器1-2、数据处理器1-3和gprs设备1-4安装在数据采集箱外壳1-1内部，所述信号发射天线1-5安装在数据采集箱外壳1-1顶部；
43.如图4所示，所述光纤绕线盘2与数据采集箱外壳1-1转动连接，所述光纤绕线盘2上的光纤数据线一端连接数据采集器1-2，所述光纤绕线盘2上的光纤数据线另一端连接传感器拓展装置3；
44.所述传感器拓展装置3连接传感器，如图6所示，所述传感器拓展装置为多个时，各所述传感器拓展装置3间相互串联。
45.监测到的数据通过光纤数据线传输，光纤数据线的数据传输速度快且稳定，监测数据自传感器经传感器拓展装置3至数据采集箱的数据采集器1-2，数据采集器1-2将采集的数据传输至数据处理器1-3进行滤波去噪处理，处理后的数据通过gprs设备1-4和信号发射天线1-5传输给远程监控终端，工作人员通过远程监控终端实时了解桥梁的健康情况，所述远程监控终端为接入网络的计算机；
46.传感器拓展装置3用于连接传感器，多个传感器拓展装置3能够串联，使得本实用新型便于传感器的安装和临时变更，光纤绕线盘2能满足不同距离的传感器的连接需求，两者配合使用能有效应对监测计划的临时变更，在不设置冗余的传感器接口的前提下，确保足够数量的传感器接口来满足传感器连接需求，在不浪费的基础上达到最优监测效果。
47.在具体实施例中，所述数据采集箱还包括gprs信号线1-6，所述gprs设备1-4和信号发射天线1-5通过gprs信号线1-6连接；
48.如图2所示，所述信号发射天线1-5包括磁力底座1-5-1、信号输出端子1-5-2和数据天线1-5-3，所述数据天线1-5-3贯穿磁力底座1-5-1，所述数据天线1-5-3一端连接信号输出端子1-5-2，所述数据天线1-5-3另一端连接gprs信号线1-6，所述数据天线1-5-3外部设有树脂绝缘保护层1-5-4。
49.在具体实施例中，所述数据天线1-5-3和gprs信号线1-6的长度留有余量，所述余量能够使磁力底座1-5-1移动到数据采集箱外壳1-1顶部任意位置，周围环境的信号强度可能不同，数据天线1-5-3和gprs信号线1-6的长度留有余量方便磁力底座1-5-1移动，确保搜寻到良好的通讯信号。
50.在具体实施例中，如图3所示，所述光纤绕线盘2包括滚珠轴承2-1、转轴2-2和用于缠绕光纤数据线的光纤线盘2-3；
51.所述滚珠轴承2-1的外圈与数据采集箱外壳1-1固定连接，所述滚珠轴承2-1的内圈与转轴2-2过盈配合，所述转轴2-2和光纤线盘2-3内壁过盈配合。
52.在具体实施例中，还包括转轴锁定装置，如图3所示，所述转轴锁定装置包括锁定孔4-1、联动锁定杆4-2和定位卡扣4-3；
53.所述转轴2-2周向设有一圈锁定孔4-1；
54.如图1所示，所述数据采集箱外壳1-1包括通过合页1-1-3连接的箱门1-1-1和箱体1-1-2，如图4和图4a所示，所述定位卡扣4-3固定在数据采集箱外壳1-1的箱体1-1-2上，所述联动锁定杆4-2一端固定在合页1-1-3上随合页1-1-3运动，所述联动锁定杆4-2另一端能够贯穿定位卡扣4-3后插入锁定孔4-1中；
55.当工作人员进行数据采集器1-2、数据处理器1-3、gprs设备1-4等设备维修时，箱门1-1-1打开，合页1-1-3带动联动锁定杆4-2插入锁定孔4-1中，转轴2-2被锁定，避免光纤绕线盘2上的光纤数据线被误放；
56.当工作人员需要移动数据采集箱时，箱门1-1-1关闭，合页1-1-3带动联动锁定杆4-2离开锁定孔4-1，转轴2-2不再被锁定，光纤绕线盘2上的光纤数据线能够被放出，方便数据采集箱移动位置。
57.在具体实施例中，如图1所示，所述数据采集箱外壳1-1还包括安装在箱门1-1-1上的执手锁1-1-4，方便箱门1-1-1的开闭和锁紧。
58.在具体实施例中，如图5a所示，所述传感器拓展装置3包括用于连接传感器的传感
器接入卡槽3-1和拓展导线3-2；
59.所述传感器接入卡槽3-1与拓展导线3-2交叉设置，所述传感器接入卡槽3-1能够通过光纤数据线连通拓展导线3-2；
60.所述拓展导线3-2的两端分别设有连接公头3-2-1和相匹配的连接母头3-2-2，多个传感器拓展装置3可以通过连接公头3-2-1和连接母头3-2-2插接进行串联以实现传感器接口的快速拓展。
61.在具体实施例中，如图5b所示，所述传感器接入卡槽3-1包括输入端接触式传感芯片3-1-1、输入端凹槽3-1-2、软胶倒齿3-1-3和保护层；
62.所述输入端接触式传感芯片3-1-1固定在输入端凹槽3-1-2内壁底端，所述输入端接触式传感芯片3-1-1连通光纤数据线；
63.所述输入端凹槽3-1-2内部能够容纳传感器的插头；
64.所述软胶倒齿3-1-3固定在输入端凹槽3-1-2内壁上；
65.所述保护层套设在输入端凹槽3-1-2外部，所述保护层自内而外包括屏蔽金属网3-1-4、防水薄膜3-1-5和热缩膜3-1-6，屏蔽金属网3-1-4用于防止外界电磁干扰，防水薄膜3-1-5用于避免雨水侵入，热缩膜3-1-6柔韧性好，起到保护内部屏蔽金属网3-1-4和防水薄膜3-1-5的作用；
66.在具体实施例中，所述连接公头3-2-1为圆柱形接头，圆柱形构造具有天然的稳固性，比其它形状具有更高的强度。
67.在具体实施例中，如图1所示，所述数据采集箱还包括充电电源1-7，所述充电电源1-7用于为数据采集器1-2、数据处理器1-3和gprs设备1-4供电，使得本实用新型不需要外接电源即可正常工作。
68.本实用新型外接的传感器优选光栅传感器，光栅传感器具有抗干扰、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点，在进行多目标同步、远距离监测时，能确保监测结果的精确。
69.图7为本实施例与输入端凹槽3-1-2适配的光栅压力传感器a、光栅风力传感器b和光栅温度传感器c的示意图，在实际使用时，根据监测需求选择对应的传感器类型，如图8所示，传感器的传感器插头5插入输入端凹槽3-1-2内，传感器插头5的输出端接触式传感芯片5-1与输入端凹槽3-1-2上的输入端接触式传感芯片3-1-1相接进行数据传递，软胶倒齿3-1-3在传感器插头5插入输入端凹槽3-1-2后起到防松固定的作用。
70.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构，其特征在于，包括：数据采集箱、光纤绕线盘(2)和至少一个传感器拓展装置(3)；所述数据采集箱包括数据采集箱外壳(1-1)以及依次串联的数据采集器(1-2)、数据处理器(1-3)、gprs设备(1-4)和信号发射天线(1-5)，所述数据采集器(1-2)、数据处理器(1-3)和gprs设备(1-4)安装在数据采集箱外壳(1-1)内部，所述信号发射天线(1-5)安装在数据采集箱外壳(1-1)顶部；所述光纤绕线盘(2)与数据采集箱外壳(1-1)转动连接，所述光纤绕线盘(2)上的光纤数据线一端连接数据采集器(1-2)，所述光纤绕线盘(2)上的光纤数据线另一端连接传感器拓展装置(3)；所述传感器拓展装置(3)连接传感器，且所述传感器拓展装置(3)为多个时，各所述传感器拓展装置(3)间相互串联。2.根据权利要求1所述的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构，其特征在于，所述数据采集箱还包括gprs信号线(1-6)，所述gprs设备(1-4)和信号发射天线(1-5)通过gprs信号线(1-6)连接；所述信号发射天线(1-5)包括磁力底座(1-5-1)、信号输出端子(1-5-2)和数据天线(1-5-3)，所述数据天线(1-5-3)贯穿磁力底座(1-5-1)，所述数据天线(1-5-3)一端连接信号输出端子(1-5-2)，所述数据天线(1-5-3)另一端连接gprs信号线(1-6)，所述数据天线(1-5-3)外部设有绝缘保护层。3.根据权利要求2所述的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构，其特征在于，所述数据天线(1-5-3)和gprs信号线(1-6)的长度留有余量，所述余量能够使磁力底座(1-5-1)移动到数据采集箱外壳(1-1)顶部任意位置。4.根据权利要求1所述的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构，其特征在于，所述光纤绕线盘(2)包括滚珠轴承(2-1)、转轴(2-2)和用于缠绕光纤数据线的光纤线盘(2-3)；所述滚珠轴承(2-1)的外圈与数据采集箱外壳(1-1)固定连接，所述滚珠轴承(2-1)的内圈与转轴(2-2)过盈配合，所述转轴(2-2)和光纤线盘(2-3)内壁过盈配合。5.根据权利要求4所述的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构，其特征在于，还包括转轴锁定装置，所述转轴锁定装置包括锁定孔(4-1)、联动锁定杆(4-2)和定位卡扣(4-3)；所述转轴(2-2)周向设有一圈锁定孔(4-1)；所述数据采集箱外壳(1-1)包括通过合页(1-1-3)连接的箱门(1-1-1)和箱体(1-1-2)，所述定位卡扣(4-3)固定在箱体(1-1-2)上，所述联动锁定杆(4-2)一端固定在合页(1-1-3)上随合页(1-1-3)运动，所述联动锁定杆(4-2)另一端能够贯穿定位卡扣(4-3)后插入锁定孔(4-1)中。6.根据权利要求5所述的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构，其特征在于，所述数据采集箱外壳(1-1)还包括安装在箱门(1-1-1)上的执手锁(1-1-4)。7.根据权利要求1所述的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构，其特征在于，所述传感器拓展装置(3)包括用于连接传感器的传感器接入卡槽(3-1)和拓展导线(3-2)；
所述传感器接入卡槽(3-1)与拓展导线(3-2)交叉设置，所述传感器接入卡槽(3-1)能够通过光纤数据线连通拓展导线(3-2)；所述拓展导线(3-2)的两端分别设有连接公头(3-2-1)和相匹配的连接母头(3-2-2)。8.根据权利要求7所述的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构，其特征在于，所述传感器接入卡槽(3-1)包括输入端接触式传感芯片(3-1-1)、输入端凹槽(3-1-2)、软胶倒齿(3-1-3)和保护层；所述输入端接触式传感芯片(3-1-1)固定在输入端凹槽(3-1-2)内壁底端，所述输入端接触式传感芯片(3-1-1)连通光纤数据线；所述输入端凹槽(3-1-2)内部能够容纳传感器的插头；所述软胶倒齿(3-1-3)固定在输入端凹槽(3-1-2)内壁上；所述保护层套设在输入端凹槽(3-1-2)外部，所述保护层自内而外包括屏蔽金属网(3-1-4)、防水薄膜(3-1-5)和热缩膜(3-1-6)。9.根据权利要求7所述的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构，其特征在于，所述连接公头(3-2-1)为圆柱形接头。10.根据权利要求1所述的一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构，其特征在于，所述数据采集箱还包括充电电源(1-7)，所述充电电源(1-7)用于为数据采集器(1-2)、数据处理器(1-3)和gprs设备(1-4)供电。

技术总结
本实用新型公开了一种市政桥梁全生命周期的分布式健康监测结构，包括：数据采集箱、光纤绕线盘和至少一个传感器拓展装置；数据采集箱包括数据采集箱外壳以及依次串联的数据采集器、数据处理器、GPRS设备和信号发射天线，数据采集器、数据处理器和GPRS设备安装在数据采集箱外壳内部，信号发射天线安装在数据采集箱外壳顶部；光纤绕线盘与数据采集箱外壳转动连接，光纤绕线盘上的光纤数据线一端连接数据采集器，光纤绕线盘上的光纤数据线另一端连接传感器拓展装置；传感器拓展装置连接传感器，多个传感器拓展装置能够串联。克服了现有监测结构在出现新的监测需求时，需拆除既有监测设备与数据采集装置的连接线，重新建立采集体系的问题。问题。问题。


技术研发人员：董洋 靳樊刚 丛芝峰 于露 毕建成 岳建忠 宋耀 杨栋彦 王忠昶 郑帅
受保护的技术使用者：中铁一局集团第二工程有限公司
技术研发日：2023.02.17
技术公布日：2023/8/8