[发明专利]一种地铁盾构隧道管片结构应力可视化预警装置及其工作方法

权利要求书

1.一种地铁盾构隧道管片结构应力可视化预警装置，其特征在于：包括结构应力传感器、微型数据采集装置、可视化显示终端、多通道数据传输设备、安全预警装置；

所述结构应力传感器，包括布设在待测管片中的振弦式钢筋应力计和混凝土应变计，用于对管片内部钢筋应力和混凝土应变进行监测；该传感器由振弦和电路部分组成，以电信号与应力间的函数关系为基础，通过振弦的振动产生不同频率的感应电势来反映结构应力；所述结构应力传感器与微型数据采集装置间实现有线通讯；

所述微型数据采集装置，用于实时采集结构应力传感器的频率、温度数据；该装置由接入口、信号采集模块，包括频率和温度信号的采集、数据存储模块、数据传输模块依次连接组成，以低压扫频激振方式实现对传感器频率数据的采集，通过热电偶温度模块实现温度数据的采集；所述微型数据采集装置与可视化显示终端实现无线通讯，与结构应力传感器实现有线通讯；

所述可视化显示终端，由数据处理模块、存储模块、液晶显示屏和数据传输模块组成；用于实时读取多个微型数据采集装置发送的频率、温度数据，并将数据进行二次处理得到钢筋应力或混凝土应变两个物理量，对处理后的物理量进行现场实时显示；所述可视化显示终端与微型数据采集装置、多通道数据传输设备、安全预警装置实现无线通讯；

所述多通道数据传输设备，用于实时接收可视化显示终端传送的应力、应变物理量数据，并将基于Zigbee无线网络通信协议的信号通过光纤线路最终汇总到地面指挥中心；该装置由无线数据接收模块、数据转换模块和光纤数据传输模块三部分依次连接组成；所述多通道数据传输设备与可视化显示终端实现无线通讯；

所述安全预警装置，用于实时读取可视化显示终端发送的物理量数据信息，根据嵌入的预警规则进行实时分析判断，并根据分析结果发出不同颜色的亮光实现不同级别的预警；该安全预警装置由依次连接的信号接收模块、信号处理模块和亮光预警模块组成；所述安全预警装置与可视化显示终端实现无线通讯；

所述结构应力传感器的输出端与微型数据采集装置相连，微型数据采集装置与可视化显示终端相连，可视化显示终端的输出端与多通道数据传输设备、安全预警装置相连。

2.一种如权利要求1所述的地铁盾构隧道管片结构应力可视化预警装置的工作方法，其特征在于该方法包括以下步骤： 

（1）在隧道内合适位置选取待测管片，并确定管片内部的监测位置，在管片预制过程中完成结构应力传感器的布设；

（2）待测管片在隧道内拼装完成后，于待测管片内环面上安置微型数据采集装置和安全预警装置，于管片内环面易观察处安装固定可视化显示终端，并在管片内环面易固定处安置多通道数据传输设备；

（3）结构应力传感器通过振弦振动产生不同频率的感应电势来反映结构应力；

（4）结构应力传感器外接线接入微型数据采集装置内，数据采集装置以低压扫频激振方式实现对传感器频率数据的采集，通过热电偶温度模块实现温度数据的采集；

（5）可视化显示终端通过无线通讯方式读取数据采集装置上传的数据，通过内嵌的数据处理模块实现频率温度数据到更为直观的应力或应变数据的转换，并将数据处理结果实时显示在显示终端外部的液晶显示屏上；

（6）安全预警装置嵌入了事先制定的预警规则，以无线方式接收经可视化显示终端处理后的应力或应变数据，并通过发出不同的亮光实现不同级别的安全预报警；

（7）多通道数据传输装置实时接收可视化显示终端传送的应力、应变物理量数据，并将基于Zigbee无线网络通信协议的信号通过光纤线路最终汇总到地面指挥中心；

上述微型数据采集装置的采集频率、可视化显示终端接收数据和屏幕刷新频率、安全预警装置读取可视化显示终端上传数据的频率、多通道数据传输设备接收转换发送数据的频率，都是一致的，实现了数据在各设备间的第一时间的通讯，保证了实时可视化和预警。