一种新型裂缝位移传感器的制作方法

1.本发明涉及裂缝位移检测设备技术领域，特别是一种新型裂缝位移传感器。


背景技术：

2.当今世界存在很多灾害，比如说会产生地裂、山体崩塌、房屋倒塌等风险，特别是发生地震时，区域内的建筑普遍遭受严重破坏，随时可能发生建筑物破裂或破裂扩大，进而墙体坍塌，并且道路可能会产生大量裂缝，对搜救队员的安全存在极大威胁，为了保障搜救队员的安全，废墟搜救前需要对建筑物的裂缝进行检测，一旦出现裂缝扩大，存在倒塌的危险及时发出报警，从而保障搜救队员的安全。
3.目前主要测缝方式主要有塞尺目测、图像显示人工判读和电子显微镜测量等，以上方式检测精度都无法保证，存在人工测量误差，而且不能长时间对裂缝进行监测，因此对于救援人员来说无法实时掌握裂缝的尺寸变化情况，存在一定的安全风险，因此需要研发一种新型裂缝位移传感器，实时监测裂缝的变化情况。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种新型裂缝位移传感器。
5.实现上述目的本发明的技术方案为，一种新型裂缝位移传感器，包括气弹簧，所述气弹簧包括杠套、以及安装在杠套上并与杠套伸缩滑动连接的光杆，所述杠套靠近光杆的一端设置有安装基座，所述安装基座上设置有安装片，所述安装片上设置有用于检测位移距离的电容栅传感器，所述安装基座的底部设置有电路板，所述电路板与所述电容栅传感器电性连接，所述电路板上集成有通信单元、以及温度和湿度检测模块；
6.所述光杆远离杠套的一端设置有活动基座，所述活动基座上设置有压块和电容尺，所述电容尺的一端通过压块固定在所述活动基座上，另一端穿过电容栅传感器，并与电容栅传感器滑动连接，所述电容尺上标注有精度达到0.01毫米的刻度，所述电容尺相对于电容栅传感器滑动时，通过所述电容栅传感器读取电容尺上的刻度，从而检测得裂缝位移传感器的位移距离。
7.作为本发明的进一步说明，所述杠套端部的内侧设置有杠头塞，所述杠套的内部设置有活塞，所述光杆的一端穿过杠头塞并伸入杠套内部，与活塞固定连接。
8.作为本发明的进一步说明，所述活动基座的两侧均设置有轴承，所述光杆的一端依次穿过两个轴承，并与两个轴承活动连接，所述光杆上位于两个轴承的外侧均设置有用于固定轴承的挡圈。
9.作为本发明的进一步说明，所述光杆的远离杠套的一端、以及所述杠套远离光杆的一端均设置有转换端子，通过两个转换端子将裂缝位移传感器的两端固定在待检测裂缝内两侧内壁上。
10.作为本发明的进一步说明，所述安装基座内设置有备用电源，所述备用电源分别与所述电容栅传感器和电路板电性连接，当裂缝位移传感器的外部电源断电时，通过备用
电源给电容栅传感器和电路板供电。
11.作为本发明的进一步说明，所述裂缝位移传感器在使用时，包括以下系统模块：485总线链路、电源、主控制器、网关上传模块和云端服务器，其中若干所述裂缝位移传感器串联连接后通过485总线链路与所述主控制器连接，所述主控制器分别与电源和所述网关上传模块连接，所述网关上传模块与所述云端服务器通信连接。
12.作为本发明的进一步说明，安装在所述光杆上转换端子上设置有活动桶，安装在所述杠套上的转换端子上设置有固定桶，且所述活动桶在光杆的带动下，可相对于固定桶滑动。
13.作为本发明的进一步说明，所述裂缝位移传感器在安装使用时包括以下方法步骤：
14.s1、将若干裂缝位移传感器的两端依次分别固定在待检测裂缝内侧的两侧，裂缝位移传感器会自动检测裂缝的尺寸变化，并将位移尺寸转化为电信号，并通过所述485总线链路将检测数据打包上传给所述主控制器；
15.s2、所述主控制器对每个裂缝位移传感器设定不同的id及地址，并对裂缝位移传感器的位置值进行归零，同时将每个裂缝位移传感器上传的数据进行整理、校验，组装成数据包发送给所述网关上传模块，并且所述主控制器还为每个裂缝位移传感器提供所需供电电压；
16.s3、所述网关上传模块接收来自主控制器的数据包，通过4g或5g通讯模块发送给云端服务器上的服务软件进行数据保存至数据库；
17.s4、所述云端服务器将得到的监控数据在系统内与预先设定的上下限值进行比较，进而判断裂缝位移传感器所监控环境是否处于安全状态，如果超差，系统会发出警报。
18.作为本发明的进一步说明，所述裂缝位移传感器在数据传输的过程中采用modbus协议，modbus协议的报文在传输过程中携带crc检验数据。
19.其有益效果在于：
20.1、本发明中当光杆沿着杠套滑动时，会带动电容尺沿着电容栅传感器滑动，电容栅传感器会读取电容尺上的刻度变化，从而可以测得裂缝的尺寸变化，并将位移数据转化为电信号，上传到控制终端，并且在传感器的内部还设置有内置电源，可以保证传感器的电源稳定，因此可以做到对裂缝的实时监测；
21.2、本发明中可以将多个裂缝位移传感器串联到主控制器，与物联网相连，裂缝位移传感器可以将数据通过485通讯链路传送到主控制器，主控制器会对每个传感器设定不同的设备id和地址，并将所采集到的数据进行整理、校验，组装呈数据包发送给网关上传模块，由网关上传模块通过4g或5g通讯模块将数据发送给云端服务器，云端服务器会对数据进行处理，当出现异常时系统会自动发出警报，提醒工作人员裂缝出现异常变化，从而排除裂缝尺寸变化带来的安全隐患。
附图说明
22.图1是本发明的内部结构示意图；
23.图2是本发明的整体结构示意图；
24.图3是本发明的剖视结构示意图；
25.图4是本发明中裂缝位移传感器安装时的系统框图。
26.图中，1、活动桶；2、固定桶；3、转换端子；4、杠套；5、光杆；6、安装基座；7、电路板；8、安装片；9、电容栅传感器；10、电容尺；11、杠头塞；12、活动基座；13、压块；14、挡圈；15、轴承；16、活塞。
具体实施方式
27.首先说明一下本发明的研发初衷，由于目前裂缝的监测通常都是采用塞尺目测、图像显示人工判读和电子显微镜测量等方法进行检测，上述这三种方式都无法做到对裂缝进行实时监测，一旦裂缝存在扩大的风险，就有可能导致灾难性后果，因此为了解决上述问题，本发明提出了一种新型裂缝位移传感器，可以应用于地下管廊、楼梯建筑物、桥梁、山体、铁塔等领域，并可以和物联网相连，对裂缝的尺寸变化进行实时监控。
28.下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1和图3所示，该裂缝位移传感器主要包括气弹簧、电容尺10、电容栅传感器9、电路板7等几大模块，其中气弹簧包括杠套4、以及安装在杠套4上并与杠套4伸缩滑动连接的光杆5两部分，而在杠套4端部的内侧设置有杠头塞11，在杠套4的内部还设置有活塞16，光杆5的一端穿过杠头塞11并伸入杠套4内部，与活塞16固定连接，当光杆5运动时，可以带动活塞16运动；在杠套4靠近光杆5的一端设置有安装基座6，并且在安装基座6上还设置有安装片8，而在安装片8上设置有用于检测位移距离的电容栅传感器9，在光杆5远离杠套4的一端设置有活动基座12，而在活动基座12上设置有压块13和电容尺10，其中电容尺10的一端通过压块13固定在活动基座12上，另一端穿过电容栅传感器9，并与电容栅传感器9滑动连接，在电容尺10上标注有精度达到0.01毫米的刻度，当光杆5相对于杠套4滑动时，会带动电容尺10相对于电容栅传感器9滑动，这时通过电容栅传感器9即可读取电容尺10上的刻度，从而检测得裂缝位移传感器的位移距离，比起传统的位移传感器，检测精度更高，可以达到0.01毫米的精度。
29.在安装基座6的底部设置有电路板7，其中电路板7与电容栅传感器9电性连接，电容栅传感器9会将位移信号转化为电信号，然后将电信号发送给电路板7，而在电路板7上集成有通信单元、以及温度和湿度检测模块，电信号会由电路板7上的通信单元发送给相关的处理终端，温度和湿度检测单元会随时检测裂缝位移传感器所在环境的温度和湿度信息。
30.在安装基座6内设置有备用电源，备用电源分别与电容栅传感器9和电路板7电性连接，正常情况下，备用电源是不工作的，这时由外部电源给裂缝位移传感器供电，当外部电源断电时，备用电源气动，给电容栅传感器9和电路板7供电，保证其能正常工作，正常情况下备用电源也能保证裂缝位移传感器工作两个月以上。
31.其中在上述的活动基座12的两侧还均设置有轴承15，光杆5的一端依次穿过两个轴承15，并与两个轴承15活动连接，在光杆5上位于两个轴承15的外侧均设置有用于固定轴承15的挡圈14，设置两个轴承15的目的是为了防止光杆5沿着活动基座12前后移动，保证光杆5移动的稳定性；在光杆5的远离杠套4的一端、以及杠套4远离光杆5的一端均设置有转换端子3，裂缝位移传感器在安装时，通过将两个转换端子3的两端安装固定在待检测裂缝内两侧内壁上，在实际使用时，因为扭力的作用，光杆5会沿着杠套4转动，因此这时安装在活动基座12上的轴承15就可以保证光杆5相对于活动基座12自由转动，而不会影响电容尺10相对于电容栅传感器9前后移动，也能保证电容尺10移动的精度，如图2所示，在上述安装在
光杆5上转换端子3上设置有活动桶1，安装在杠套4上的转换端子3上设置有固定桶2，且活动桶1在光杆5的带动下，可相对于固定桶2滑动，而电容栅传感器9、电路板7等结构均位于活动桶1和固定桶2的内部，保护内部电子器件不会因外部环境损坏。
32.如图4所示，裂缝位移传感器在使用时，还需要配合以下系统模块一起使用从而实现对裂缝的实时监测，包括485总线链路、电源、主控制器、网关上传模块、云端服务器等模块，其中若干裂缝位移传感器串联连接后通过485总线链路与主控制器连接，主控制器分别与电源和网关上传模块连接，网关上传模块与云端服务器通信连接，裂缝位移传感器在实际应用中，为了能够达到降低成本和方便安装与维护的目的，传感器采用了rs485通讯接口作为物理传输层，使用4芯双绞屏蔽线结合快速航空接头，抗电磁干扰，理论最远通讯传输距离可达1km，实际距离根据使用环境，可达200米；主控制器作为主机，所有裂缝位移传感器作为从机，通过rs485接口相连，每一路rs485总线可以接入最多60个设备，如果一台主控制器有4个rs485接口，那么在此监测网中最多就可接240台监测传感器，最终形成一个范围内的检测网络，数据在传输的过程中采用的指令是较为精简的modbus协议，modbus协议的报文在传输过程中携带了crc校验数据，最大程度的保证了数据的准确性和安全性。rs485总线采用半双工一问一答的主从模式，波特率为9600～115200可调节(设定)，在保证数据采集速度的同时，也保证了设备之间的临界抗干扰性。
33.在安装使用时首先将若干裂缝位移传感器的两端依次分别固定在待检测裂缝内侧的两侧，裂缝位移传感器会自动检测裂缝的尺寸变化，并将位移尺寸转化为电信号，并通过485总线链路将检测数据打包上传给主控制器，主控制器会对每个裂缝位移传感器设定不同的id及地址(通过主机可修改地址，设备id号不可修改)，在传输数据时，每组数据都携带有自身的地址信息，表明数据来自不同的裂缝位移传感器；其中每台位移传感器，定义了位移数据寄存器(浮点格式，可区分正负值)，温度数据寄存器(浮点格式，可区分正负值)，湿度数据寄存器(整数格式)，通过modbus的“03”指令来读取这些参数；也可通过“06”指令对归零数据寄存器进行赋“1”值，来完成裂缝位移传感器的位置值归零操作，接着主控制器会将每个裂缝位移传感器上传的数据进行整理、校验，组装成数据包(物联网格式)发送给网关上传模块，并且主控制器还为每个裂缝位移传感器提供所需供电电压，当网关上传模块接收到来自主控制器的数据包，会通过4g或5g通讯模块发送给(指定ip地址，mqtt物联网协议)云端服务器上的服务软件进行数据保存至数据库，然后再进行进一步的数据应用。
34.当云端服务器收到网关上传模块发来的数据包后，会将得到的监控数据在系统内与预先设定的上下限值进行比较，进而判断裂缝位移传感器所监控环境是否处于安全状态，一旦超差，系统便会发出警报(服务软件的功能：通过电话、短信、微信推送、控制台报警)，结合调度员呼叫现场的区域负责人，作进一步判断和紧急处理。
35.其中rs485总线使用2芯双绞线 2芯电源线组成，485通讯线有a与b来区分，数据线外围有屏蔽层，起到抗干扰的目的，接口使用防水的航空插头，方便安装与维护，通讯线的尾端安装有120欧姆的负载终端，防止数据传输过程中的信号反射。
36.上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。