埋入式穿透混凝土无线应力应变监测及报警系统的制作方法

1.本发明属于应力检测技术领域，尤其涉及埋入式穿透混凝土无线应力应变监测及报警系统。


背景技术：

2.混凝土应力应变分析无论是理论上还是实践上都是较复杂的问题，原因如下：
3.第一，混凝土材料本身的复杂性，混凝土是存在微裂缝及孔隙的多相材料，不是理想的线弹性材料，弹性模量等力学参数随时间而变化，存在徐变、松弛、热胀冷缩、湿胀干缩等现象，骨料分离可能导致的不均匀性等；
4.第二，具体安装铺设混凝土建筑结构的基础结构的复杂性，整个建筑结构内部存在各种纵横结构缝、施工缝、键槽、孑l口、闸门等局部构造，基础一般均存在结构面等地质缺陷及不均匀性，裂缝的出现导致整体性的丧失等；
5.第三，结构荷载在空间及时间分布上的复杂性，水与混凝土及基础的相互作用形成复杂的非均匀、非恒定的渗流场，接缝及固结灌浆会引起不可恢复的施工应力，内外约束及基础约束等产生的温度荷载空间及时间分布复杂；
6.第四，目前缺乏能直接检测混凝土应力的有效而实用的仪器，现在仍然主要利用应变计观测混凝土的应变，然后利用混凝土徐变及弹模等试验资料，通过计算间接得到混凝土的应力。
7.综上，现有的应力应变监测十分麻烦，且结果不准确。因此，现在急需一种能够精准监测应力应变情况，且能够及时进行报警的系统。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于，提供一种埋入式穿透混凝土无线应力应变监测及报警系统，能够精准监测应力应变情况，且能够及时进行报警。
9.为了解决上述技术问题，本技术提供如下技术方案：
10.埋入式穿透混凝土无线应力应变监测及报警系统，包括无线连接的监测装置和控制箱；
11.监测装置包括监测部，监测部包括钢筋应变计、第一土压力计、第一混凝土应变计、表面应变计、第二土压力计和第二混凝土应变计；钢筋应变计用于监测锚杆应变，第一土压力计用于监测初期支护与围岩之间的接触压力，第一混凝土应变计用于监测喷射混凝土环向应变，表面应变计用于监测型钢轴向应变，第二土压力计用于监测二次衬砌与初期支护之间的接触压力，第二混凝土应变计用于监测二次衬砌混凝土环向应变；
12.监测装置用于将监测数据发送给控制箱；控制箱用于根据接收到的监测数据进行应力分析，还用于在分析结果为存在异常时发出警报。
13.基础方案原理及有益效果如下：
14.使用本系统，监测装置和控制箱无线连接，可以减少布线操作，也可以避免由于连
接线路损坏而带来的检修更换工作。
15.监测部的钢筋应变计、第一土压力计、第一混凝土应变计、表面应变计、第二土压力计和第二混凝土应变计，会分别监测锚杆应变力、初期支护与围岩之间的接触压力、喷射混凝土环向应变力、型钢轴向应变力、二次衬砌与初期支护之间的接触压力、以及二次衬砌混凝土环向应变。通过这些位置的数据采集，能够保证用于分析的数据的充足性和全面性。同时，监测装置会将监测数据发送给控制箱，控制箱接收到监控数据后，可以进行全面的监测分析，并在分析结果为存在异常时发出警报。
16.本技术中，监测装置中监测部的各监测器位置设置合理，控制箱在进行综合分析时可以保证用于分析的数据的完整性，并且，利用各监测器的数据进行综合分析时，可以通过相互验证、相互修正的方式，保证分析的全面性和准确性，进而有效的提高混泥土应力检测的准确性和可靠性。分析结果为存在异常时发出警报，则可以让工作人员及时了解情况，进行针对性处理。
17.综上，本技术能够精准监测应力应变情况，且能够及时进行报警。
18.进一步，控制箱还包括能源部，用于为控制箱进行能量供应；能源部包括电池及能量转换机构，能量转换机构用于将其他能量转化成电能，还用于对电池充电。
19.有益效果：通过能量转换机构，能够在安装混凝土的实际地理环境中，利用该地理环境中的地理优势环境，将其他能量通过能量转换机构转化成电池的电能，进而为控制箱持续供电，不用专门安排人去频繁的更换电源，可以避免出现控制箱因为电能不足导致分析中断，不能持续进行应变监测的情况。
20.进一步，能量转换机构包括温差发电机构和太阳能转换机构；温差发电机构的两种热电转换材料中的其中一种埋在混泥土中，另一种暴露在空气中；控制箱还包括供电控制部，供电控制部用于根据温差发电机构及太阳能转换机构的工作状态，进行供电方式调整；当温差发电机构及太阳能转换机构均正常工作时，供电控制部控制太阳能转换机构进行充电并使用温差发电机构进行供电，其余时刻，供电控制部控制电池供电。
21.有益效果：在光照充足的白天，太阳的光照会使太阳能转换机构正常工作，并通过热辐射的方式使空气及混泥土升温，由于混泥土的比热容远大于空气，在混泥土升温到和空气一样的温度的过程中，温差发电机构会产生电能。换个说法，在太阳照射的某个时段内，温差发电机构及太阳能转换机构会同时正常工作，此时，供电控制部控制太阳能转换机构进行充电，并使用温差发电机构进行供电。由于不能多种充电源同时对电池进行充电，这样的供电方式，可以保证快速为电池进行充电的同时，保持供电的稳定。同理，当太阳落下没有光照时，空气及混泥土会降温，在混泥土温度降低和温度一致的过程中，温差发电机构同样会产生电能，可以对电池进行充电，从而进一步增强电池的续航能力。
22.使用本系统，只有在没有太阳光照射并且温度发电机构不工作时，才会让电池单向供电，可以极大的增加电池的续航能力。对于常年日照充足的地区而言，更是可以极大的减少人工干预电量供应的时间成本和人力成本。
23.进一步，控制箱还用于提取能源部中温差发电机构的工作状态，并在温差发电机构正常工作时，基于当前时间及预设的算法，对接收到的监测数据进行温度补偿处理后，再进行应力分析。
24.有益效果：当温差发电机构正常工作时，说明混泥土内外各处的温度差异较大，而
监测部各监测装置的安装位置较为分散，因此，需要根据当前时间及预存的算法对接收到的监测数据进行温度补偿，以使整体的监测数据更为符合真实的情况后，再进行应力分析。这样能够保障应力分析的准确性，使系统的可靠性更好。
25.这样的设置，可以充分的利用温差发电机构，一个机构实现多种效果。
26.进一步，还包括管理端，管理端与控制箱通信；控制箱还用于根据能源部的工作状态以及当前时刻，分析电池续航时间，并在分析结果为电池续航不足时，给管理端发送续航异常信号。
27.有益效果：便于管理员及时了解情况，尽快进行处理。
28.进一步，控制箱还用于当应力分析的分析结果为存在异常时，给管理端发送应力异常信号。
29.进一步，电池有多组，能量转换机构对电池进行充电时，按照电池的剩余电量从低到高依次进行充电。
附图说明
30.图1为本发明实施例一的逻辑框图。
具体实施方式
31.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
32.实施例一
33.如图1所示，埋入式穿透混凝土无线应力应变监测及报警系统，包括无线连接的监测装置和控制箱。
34.监测装置包括监测部。监测部包括钢筋应变计、第一土压力计、第一混凝土应变计、表面应变计、第二土压力计和第二混凝土应变计；钢筋应变计用于监测锚杆应变，第一土压力计用于监测初期支护与围岩之间的接触压力，第一混凝土应变计用于监测喷射混凝土环向应变，表面应变计用于监测型钢轴向应变，第二土压力计用于监测二次衬砌与初期支护之间的接触压力，第二混凝土应变计用于监测二次衬砌混凝土环向应变。
35.监测装置用于将监测数据发送给控制箱；控制箱用于根据接收到的监测数据进行应力分析，还用于在分析结果为存在异常时发出警报。
36.其中，控制箱包括能源部，用于为控制箱进行能量供应；能源部包括电池及能量转换机构，能量转换机构用于将其他能量转化成电能，还用于对电池充电。具体的，能量转换机构包括温差发电机构和太阳能转换机构；温差发电机构的两种热电转换材料中的其中一种埋在混泥土中，另一种暴露在空气中。
37.控制箱还包括供电控制部，供电控制部用于根据温差发电机构及太阳能转换机构的工作状态，进行供电方式调整；当温差发电机构及太阳能转换机构均正常工作时，供电控制部控制太阳能转换机构进行充电并使用温差发电机构进行供电，其余时刻，供电控制部控制电池供电。
38.控制箱还用于提取能源部中温差发电机构的工作状态，并在温差发电机构正常工作时，基于当前时间及预设的算法，对接收到的监测数据进行温度补偿处理后，再进行应力分析。
39.具体实施过程如下：
40.使用本系统，监测部的钢筋应变计、第一土压力计、第一混凝土应变计、表面应变计、第二土压力计和第二混凝土应变计，会分别监测锚杆应变力、初期支护与围岩之间的接触压力、喷射混凝土环向应变力、型钢轴向应变力、二次衬砌与初期支护之间的接触压力、以及二次衬砌混凝土环向应变。同时，监测装置会将监测数据发送给控制箱，控制箱接收到监控数据后，可以进行全面的监测分析，并在分析结果为存在异常时发出警报。
41.本技术中，监测装置中监测部的各监测器位置合理设置，这样，控制箱在进行综合分析时，可利用各监测器的数据，通过相互验证、相互修正的方式，保证分析的全面性和准确性，进而可以有效的提高混泥土应力检测的准确性和可靠性。而分析结果为存在异常时发出警报，则可以让工作人员及时了解情况，进行针对性处理。
42.综上，本技术能够精准监测应力应变情况，且能够及时进行报警。
43.实施例二
44.与实施例一的区别在于，本实施例中还包括管理端，管理端为装载对应app的智能手机，管理端与控制箱通信。控制箱还用于根据能源部的工作状态以及当前时刻，分析电池续航时间，并在分析结果为电池续航不足时，给管理端发送续航异常信号。控制箱还用于当应力分析的分析结果为存在异常时，给管理端发送应力异常信号。
45.以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。