[发明专利]智能螺栓及应用该螺栓监测工程结构倾斜状态的系统

说明书

本发明涉及智能螺栓及应用该螺栓监测工程结构倾斜状态的系统，该智能螺栓包括标准螺栓本体和传感器节点模块；传感器节点模块通过嵌套的方式固定在螺栓的顶部；在传感器节点模块内部封装一块IC电路，该IC电路上集成有微机电双轴倾角传感器、无线局域网通信模块、无线充电接收模块和微控制单元模块；微机电双轴倾角传感器、无线局域网通信模块、无线充电接收模块均与微控制单元模块连接，无线充电接收模块与外部电力设备连接，无线局域网通信模块与外部局域信号采集基站连接。该智能螺栓引入微机电倾角传感器技术和基于物联网技术的局域自组网络通信方式，能够在保证螺栓满足规范要求的前提下，通过无线传输提高其在实际工程中的易用性。

技术领域

本发明属于工程安全监测技术领域，具体涉及一种智能螺栓及应用该螺栓监测工程结构倾斜状态的系统。

背景技术

随着我国现代化建设以及国际合作的进一步深入，大量的基础设施工程亟需投入建设，例如水利水电设施、房屋、桥梁等。在这些工程结构的施工过程以及运营阶段，为了确保工程对象的安全性，保障人员的生命财产和周围环境，需要对其进行必要的稳定性健康监测。倾斜状态就是其中重要的监测要素之一。

目前，工程中所使用的倾斜监测手段主要为安装的盒式倾斜仪，其监测原理为伺服倾角传感器。盒式倾斜仪由于具有一定的体积，且通过太阳能板提供电能，因此在安装过程中需要占据一定的空间，另外该测斜仪通过电缆进行数据传输，不利于在复杂工程环境中布设。

对于大型的工程结构，为了保证监测的覆盖范围，需要布设大量的传感器节点，进一步给监测频率和数据传输提出了更高的挑战，可以采用智能螺栓作为节点进行监测，但现有的智能螺栓大多都是在螺栓内部嵌入光纤传感器或光传感器，这种在内部嵌入传感器的方式会破坏螺栓本身的强度，实际使用中螺栓的规格和强度是有明确的规范要求的，既要在螺栓的腔体内部植入部件，又要满足相关规范要求，难度非常大；此外，现有的智能螺栓多是通过引出线缆来传输数据，忽略了在实际工程中的易用性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种智能螺栓及应用该螺栓监测工程结构倾斜状态的系统。该智能螺栓通过引入微机电(MEMS)倾角传感器技术和基于物联网技术的局域自组网络通信方式，能够在保证螺栓满足规范要求的前提下，能更加方便制作，通过无线传输提高其在实际工程中的易用性。该方法实现了工程结构的健康自诊断，监测系统布设更加简便；结合物联网无线通信方式，实现了多节点高频率大容量的数据同步采集和实时远程传输，从而更加有助于工程人员对工程结构稳定性和安全性的全生命周期的把控，及时对工程施工过程进行有效的指导和调整，具有重要的理论意义和重大的应用价值。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种智能螺栓，其特征在于该智能螺栓包括标准螺栓本体和传感器节点模块；传感器节点模块通过嵌套的方式固定在螺栓的顶部；在传感器节点模块内部封装一块IC电路，该IC电路上集成有微机电双轴倾角传感器、无线局域网通信模块、无线充电接收模块和微控制单元模块；微机电双轴倾角传感器、无线局域网通信模块、无线充电接收模块均与微控制单元模块连接，无线充电接收模块与外部电力设备连接，无线局域网通信模块与外部局域信号采集基站连接；

所述微控制单元模块具有管理整个IC电路的电量、接受处理远程控制指令、激活和休眠模块、管理监测数据的功能。

一种应用上述的螺栓监测工程结构倾斜状态的系统，其特征在于，该系统包括：多个智能螺栓、局域信号采集基站、远程服务器和终端设备；每个智能螺栓作为一个监测节点，智能螺栓通过无线局域网通信模块连接局域信号采集基站，局域信号采集基站通过移动通信网络与远程服务器连接，终端设备与远程服务器连接；

远程服务器用于与现场的局域信号采集基站进行数据的传输、存储上传的监测数据、并对监测数据进行处理分析；

终端设备用于显示远程服务器处理分析后的监测结果，同时能发送控制指令，并管理系统；