[发明专利]一种现场可视化的应变传感器

说明书

技术领域

本发明属于土木工程监测设备领域，更具体地，涉及一种现场可视化的应变传感器，其能够及时地发现险情、实现现场和远程的同步预警，且能够对险情进行分级警示。

背景技术

在高楼、桥梁、隧道等大型建筑工程结构中，随着时间的推移，外部环境侵蚀、载荷作用和自身的材料老化等原因，会造成建筑工程结构的本体产生形变和裂缝。对这些形变和裂缝的进行监测和预警，尽早采取应对措施，能够避免人员和财产的损失。现有的传感器设备中，存在着以下缺陷：(1)现有的应变监测，过程十分复杂，需要先贴应变片，再连接专业的应变仪得到相关结果，而应变片无法重复使用，而且在施工环境下不方便粘贴，专业的应变仪则因为体积重量较大，不方便搬运至现场，而且现场的工人大多不会使用仪器，不能辨别测得的应变值是否属于危险等级；(2)应变传感器的应变片感知的信号较弱，在后期的处理过程中容易丢失，造成预警不到位；(3)现有的应变传感器一般只在现场实现警报，而有很多的工程项目在比较偏远的地区，现场不一定有工作人员，因此，即使有预警也不一定能及时发现；(4)现有的应变传感器的警报系统只能对险情进行警报，但是不能分级警报，导致工作人员不能及时安排合适的应对措施。此外，现有的传感器还具有处理系统复杂且造价高昂等缺点。

由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，设计一种应变传感器，使其能够及时地发现险情、实现现场和远程的同步预警，且能够对险情进行分级警示。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种现场可视化的应变传感器，包括弹性元件、应变片、电路板和现场预警装置，电路板上的电路对信号进行处理，所述现场预警装置包括警示灯、蜂鸣报警器和疏散指示。该传感器无须人为干预，自身集成传感、分析、比较、信息发布、预警等多种功能。该传感器引入弹性元件，是为了是应变片能重复使用，并省去施工中粘贴应变片的复杂过程，使用更加方便，通过自身集成的警示灯(不同颜色对应不同程度的结构变形)实时显示工程安全状态，提供了一种能够实时、原位、易理解的工程监测及预警方式，具有较好的预警效果。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种现场可视化的应变传感器，其特征在于，其包括弹性元件、应变片、电路板和现场预警装置，

其中，所述弹性元件固定在被测结构中，所述应变片与所述弹性元件的表面形状相同，且粘贴在弹性元件的中部，该应变片与电路板相连接，将应变片的形变转化为电信号传输到电路板中，所述电路板还与现场预警装置连接，

所述电路板中包括平衡电桥、精密放大电路、信号处理模块、STM32单片机和数传模块。

通过平衡电桥、精密放大电路等处理后的信号，能够成倍放大以便于后续精确处理，而信号处理模块、STM32单片机和数传模块能够将放大后的信号转化为数字信号，便于后续的传输和控制，提高警报的准确性。

进一步优选地，所述弹性元件为哑铃型，所述现场预警装置包括警示灯、蜂鸣报警器和疏散指示。

优选地，所述警示灯为LED灯且具有多种颜色，分别对应不同级别的警报。

按照本较多的比较试验表明，哑铃型的弹性元件在安装时易于固定，而通过采用不同颜色的警示灯结合蜂鸣警报器和疏散指示，来预警不同级别的危险级别，给予工作人员充足的时间对应不同级别的险情，能够将损失降到最低。

按照本发明的另一方面，提供了一种基于应变传感器的现场可视化的安全预警方法，其特征在于，其采用如上所述的应变传感器，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1.将应变传感器中的应变片粘贴在弹性元件上，再将弹性元件固定于被测结构中，弹性元件随被测结构的变形而变形，从而得到被测结构的初始应变信号；

S2.将步骤S1中采集到的初始应变信号通过电路板上的平衡电桥与精密放大电路处理，得到放大后的应变信号；

S3.将步骤S2中得到的放大后的应变信号传入电路板上的数据处理模块，数据处理模块中的STM32单片机将放大后的应变信号转化为数字信号；

S4.将步骤S3中经过STM32单片机处理后的数字信号分别传输至现场预警系统和云平台预警系统，从而实现现场预警和远程控制。

进一步优选地，在步骤S4中，现场预警是依据预先划分的若干个危险等级，将步骤S3中经过STM32单片机处理后的数字信号划入相应的危险等级，并控制对应的现场预警装置进行预警显示。

优选地，在步骤S4中，所述现场预警装包括警示灯、蜂鸣报警器和疏散指示。