[发明专利]基于物联网的结构形变检测方法

摘要

本发明公开了一种基于物联网的结构形变检测方法。包括检测结点、主控结点和数据服务中心。主控结点与检测结点采用无线方式通信，并可以通过无线或有线通信方式连接到数据服务中心，从数据服务中心下载、更新本地数据库；并向数据服务中心上传数据。在一套运动机械设备上，安装一个主控结点和不只一个检测结点,利用检测结点上的传感器模块采集该检测点的线加速度、角速度、地磁等数据，并与参考结点比较，来判断运动机械设备的部件是否正常，是否发生形变、松动或者脱落。并由数据服务中心的专家系统建立的运动机械设备3维动态运动模型，还原运动机械设备运动轨迹和形变、故障情况，从而发现运动机械设备上的其他潜在的问题。

主权项

一种基于物联网的结构形变检测方法，其特征在于具体步骤为：（1）建立一个基于物联网的结构形变检测装置，装置包括检测结点、主控结点和数据服务中心；检测结点：包括控制模块、通信模块、存储模块和传感器模块；通信模块包括短距无线通信子模块和有线通信子模块；传感器模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴地磁传感器；主控结点：包括控制模块、通信模块、存储模块和本地数据库；通信模块包括短距无线通信子模块、远距无线通信子模块和有线通信子模块；本地数据库存储包括所安装的运动机械设备各部件的检测结点在正常工作、形变或故障的数据；数据服务中心：支持以太网、移动无线网络和有线通信接口，包括专家系统和专家数据库，专家数据库存储有不同类型、不同型号的运动机械设备的各部件检测结点正常工作、形变或故障的详细数据；支持各运动机械设备的主控结点上传、下载数据；通过专家系统建立的运动模型，进行形变或故障数据分析；在一套运动机械设备上，安装一个主控结点和不只一个检测结点；检测结点与主控结点之间采用短距无线方式通信；主控结点通过短距无线通信子模块构建的无线局域网与检测结点通信，并通过远距无线通信子模块或者有线通信子模块连接到数据服务中心；主控结点通过通信模块从数据服务中心下载基础数据和更新数据；并向数据服务中心上传数据；主控结点和各检测结点的数据保存在本地数据库和检测结点中，本地数据库存储有该运动机械设备各部件在正常工作、形变或故障的数据；在该套运动机械设备上，有至少一个检测结点作为初级基准检测结点，该初级基准检测结点安装位置选在运动机械设备上结构稳定，且运动方向、速度与运动机械设备本身的运动形式保持一致的地方，用于其他检测结点的初始定位标准，其他检测结点安装在对运动机械设备的结构形变感应较敏感的位置或者运动机械设备上的两个连接件相互连接固定的位置；在运动机械设备上安装的检测结点，利用传感器模块采集该检测点的线加速度、角速度和地磁数据，经过检测结点的控制模块预处理后，由通信模块将数据发送给主控结点，主控结点负责处理检测结点数据；主控结点建立有本地数据库，主控结点将收集到的各检测结点数据处理后，与本地数据库的数据进行对比，如出现形变、故障数据，就发出警报，并将检测数据通过通信模块上传给数据服务中心；为了数据服务中心的统一管理和数据的分析，同类型、同型号的运动机械设备所安装的检测结点数量和位置一致；数据服务中心的专家数据库，由两部分数据来源：1、在运动机械设备出厂前的生产、设计、测试阶段，给运动机械设备安装检测结点，并对运动机械设备进行较为全面的调试，获取在正常运转工作时，行驶、颠簸、负重、碰撞等容易产生结构扭曲、形变、松脱等情况下的传感器数据；2、运动机械设备在出厂后的工作工程中，由运动机械设备上的检测结点采集，通过主控结点上传的传感器数据；数据服务中心的专家系统给不同类型、不同型号的运动机械设备建立了3维动态运动模型，3维动态运动模型可以导入各主控结点上传的数据，并通过数据分析，还原运动机械设备运动轨迹和形变、故障情况，从而发现运动机械设备上的其他潜在的问题；在一套运动机械设备上，根据彼此的连接关系将部件进行分类分级处理，分为：初级连接部件，一级连接部件，M级连接部件；M为大于或等于2的自然数；初级连接部件：安装在运动机械设备上结构稳定，且运动方向、速度等与运动机械设备本身的运动形式保持一致的部件；初级基准检测结点安装在这一级连接部件上；一级连接部件：通过初级连接部件，连接安装在运动物体上，在运动机械设备工作运转时，有相对初级连接部件的相对运动发生或者形变发生的连接部件；一级基准检测结点和用于检测一级连接部件形变的其他检测结点，安装在这一级连接部件上；M级连接部件：通过M‑1级连接部件，连接安装在运动机械设备上，在运动机械设备工作运转时，有相对M‑1级连接部件的相对运动发生或者形变发生的连接部件； M级基准检测结点和用于检测M级连接部件形变的其他检测结点，安装在这一级连接部件上；M为大于或等于2的自然数；如果有不只一个同一级的连接部件，且彼此间独立，无直接的连接关系时，每一个连接部件应选择各自独立的基准检测结点；各基准检测结点，同时用做本级各检测结点的数据和该连接部件连接的下一级连接部件的基准检测结点向上一级结点传输数据的路由结点；（2）利用以上的结构形变检测装置进行物联网的结构形变检测：结构形变检测主要通过分析传感器数据；数据分析有两个阶段：第一阶段在主控结点和检测结点完成，第二阶段在数据服务中心完成；在数据服务中心，收集汇总各运动机械设备上传的传感器数据，用单个运动机械设备上各检测结点的传感器数据，生成一个运动轨迹跟踪和结构形变的动态模型，并对模型进行分析；通过模型分析数据，判断运动机械设备的形变情况；第一阶段在主控结点和检测结点的检测步骤如下：初级基准检测结点的自校准；以初级基准检测结点为参考结点，比较初级基准检测结点线加速度和一级基准检测结点的线加速度，比较初级基准检测结点角速度和一级基准检测结点的角速度，比较初级基准检测结点地磁数据和一级基准检测结点的地磁数据；以一级基准检测结点为参考结点，比较一级基准检测结点线加速度和其他在一级连接部件上的N‑1个一级检测结点的线加速度，比较一级基准检测结点角速度和其他在一级连接部件上的N‑1个一级检测结点的角速度，比较一级基准检测结点的地磁数据和其他在一级连接部件上的N‑1个一级检测结点的地磁数据；N为大于或等于2的自然数；以一级基准检测结点为参考结点，比较一级基准检测结点线加速度和二级基准检测结点的线加速度，比较一级基准检测结点角速度和二级基准检测结点的角速度，比较一级基准检测结点地磁数据和二级基准检测结点的地磁数据；以二级基准检测结点为参考结点，比较二级基准检测结点线加速度和其他在二级连接部件上的N‑1个二级检测结点的线加速度，比较二级基准检测结点角速度和其他在二级连接部件上的N‑1个二级检测结点的角速度，比较二级基准检测结点的地磁数据和其他在二级连接部件上的N‑1个二级检测结点的地磁数据；N为大于或等于2的自然数；以M级基准检测结点为参考结点，比较M级基准检测结点线加速度和M + 1级基准检测结点的线加速度，比较M级基准检测结点角速度和M+1级基准检测结点的角速度，比较M级基准检测结点的地磁数据和M+1级基准检测结点的地磁数据；M为大于或等于2 的自然数；以M+1级基准检测结点为参考结点，比较M + 1级基准检测结点线加速度和其他的N‑1个M+1级检测结点的线加速度，比较M+1级基准检测结点角速度和其他的N‑1个M+1级检测结点的角速度，比较M+1级基准检测结点的地磁数据和其他的N‑1个M+1级检测结点的地磁数据；步骤2、3、4、5、6、7的比较方法为：将检测结点的线加速度、角速度、地磁的数据，用平行四边形定则、三角形定则等方法进行矢量分解，将检测结点的线加速度分解成两个分量的组合：1、参考结点运动方向上的线加速度分量；     2、在某一个方向线加速度分量；将检测结点的角速度分解成两个分量的组合：1、参考结点运动方向上的角速度分量；2、在某一个方向线角速度分量；将检测结点的地磁数据分解成两个分量的组合：1、参考结点运动方向上的地磁数据分量；2、在某一个方向线地磁数据分量；检测结点的线加速度、角速度、地磁的数据与参考结点比较，如果方向、大小都一样，表示检测结点与参考结点相对静止；否则，对照数据库，根据数据库的值来判断安装该检测结点的部件的运动是否正常，是否发生形变、松动或者脱落。