+7 (8412) 999-189
8 800 200 1605
(звонок по России бесплатный)

1. Назначение предлагаемой системы

Наименование наблюдаемых конструкций Контролируемые параметры Измерения
Объем Периодичность
Фундаменты 1.Осадка фундаментов
2.Контактное давление по подошве фундаментов на боковой поверхности и острие свай и т.п.
3. Крен
В нескольких точках по периметру фундамента Постоянно или с заданным интервалом времени
Основания зданий и сооружений Трехмерная деформация массива грунта в основании По требованиям конкретного проекта Постоянно или с заданным интервалом времени
Несущие и ограждающие стены 1. Возникновение трещин
2. Величина раскрытия трещин
В местах, где возникновение трещин может привести к разрушению конструкции С заданным интервалом, после ее образования постоянно
Колонны, башни, дымовые трубы и иные высотные сооружения 1. Отклонение от вертикали
2. Крен
По требованиям конкретного проекта Постоянно или с заданным интервалом времени
Несущие конструк- ции покрытия и пе- рекрытия (ригели, балки, фермы, арки и т.д.) 1. Прогиб
2. Возникновение трещин
3. Величина раскрытия трещин
В местах, где возникновение трещин может привести к разрушению конструкции Постоянно или с заданным интервалом времени
Конструкции с динамическими нагрузками Собственная частота колебания элементов конструкций В местах концентра- ции напряжений Постоянно или с заданным интервалом времени

 

2. Состав разрабатываемых средств

Базовая станция, включающая:

  • Интерфейс с PC. Аппаратный - RS-232. Программный – специализированный;

  • Радиомодем. Технология – Bluetooth. Набор команд - AT. Режим - мастер;

  • Электропитание – шина USB;

  • Программное обеспечение – специализированное WCommScan 1.3.

Узлы (nodes)сбора данных измерений, поступающих с датчиков, включающие:

  • Микропроцессор. Система команд ATMELL. Режим программирования – SPI. Интерфейс с радиомодемом – UART. Интерфейс с АЦП - SPI;

  • Радиомодем. Технология – Bluetooth. Интерфейс с микропроцессором – UART. Набор команд - AT. Режим – подчиненный;

  • Аналого-цифровой преобразователь. Разрядность -12. Число каналов – 8. Интерфейс с микропроцессором – SPI;

  • Программируемые усилители для датчиков Холла, мостов тензорезисторов, мостовых измерителей давления и др. – 6 ед;

  • Процессор датчика LVDT;

  • Преобразователь напряжения 5В -> ±12В для питания процессора LVDT;

  • Датчик температуры.

Программное обеспечение WCommScan v.1.3

Датчики:

  • Деформации на основе элементов Холла;

  • Перемещения на основе элементов Холла;

  • Мосты тензорезисторов;

  • Давления жидкости или воздуха;

  • Давления грунта или снега (льда);

  • Трансформаторные датчики перемещения (LVDT)

  • Температуры;

  • Влажности

 

3.Устройство и работа составных частей

3.1 Базовая станция

3.1.1 Радиомодем.

В базовой станции (рис.1,2) использован модем фирмы MultiTech Systems, США, модели MTS2BTSMI, технологии Bluetooth. В качестве базовых характеристик следует назвать следующие:

  • Частота 2402-2480 МГц;

  • Мощность передатчика соответствует 1кл (20 dBm);

  • Дальность приема, свыше 100 м;

  • В составе профилей Bluetooth имеется SPP, который обеспечивает классическую процедуру общения с модемом через COM порт. Режим RS-232: 8-N-1;

  • Состав команд AT – специфичный, диалект MultiTech;

  • Модем базовой станции работает в режиме ведущего (мастер).

3.1.2 Для согласования уровней UART модема и RS-232 применена схема ISL3232.

3.1.3 Питание базовой станции осуществляется от порта USB. Напряжение +5В преобразуется в напряжение +3,3 В с помощью микросхемы 78М33С.



Рис. 1 .Базовая станция. Общий вид


Рис. 2.Базовая станция. Блок схема

 

3.2 Узел сбора данных измерений, поступающих с датчиков

3.2.1 Радиомодем.

В узле сбора данных (рис.4) использован модем фирмы MultiTech Systems, США, модели MTS2BTSMI технологии Bluetooth. Основныехарактеристики следующие:

  • Частота 2402-2480 МГц;

  • Мощность передатчика соответствует 1кл (20 dBm);

  • Чувствительность приема – 80 dBm;

  • Дальность приема при наличии конструкций, до 100 м;

  • В режиме ожидания модем потребляет 3-5 мВт;

  • В составе профилей Bluetooth имеется SPP, который обеспечивает классическую процедуру общения с микропроцессором через UART. Режим UART: 8-N-1;

  • Состав команд AT – специфичный, диалект MultiTech;

  • Модем узла работает в режиме подчиненного (slave).

3.2.2 Микропроцессор.

В данной версии узла использован микропроцессор AT90S4433 фирмы Atmell, США. Применены типовые интерфейсы связи:

  • Связь с радиомодемом через UART (8-N-1);

  • Связь с АЦП через SPI;

  • Программирование микропроцессора осуществляется внутрисхемным программатором собственной разработки. Используется интерфейс SPI.

3.2.3 Аналого-цифровой преобразователь АЦП.

Применен АЦП модели MCP3208-8 фирмы Microchip, США:

  • ·Разрядность 12;

  • ·Число каналов 8;

  • ·Интерфейс с микропроцессором – SPI.

3.2.4 Программируемый дифференциальный усилитель модели AD8556 фирмы Analog Devices, США, характеризуется следующим:

  • Коэффициент усиления 70-1280;

  • Питание усилителя однополярное 2,7-5,5 В;

  • Выходные сигналы отвечают классу «rail-to-rai»l;

  • Входные цепи имеют защиту от высокочастотных сигналов;

  • Программируемое смещение лежит в диапазоне выходных сигналов;

  • Программирование осуществляется по однопроводному интерфейсу сприменением программатора и программы собственной разработки. В дальнейшем будет использован режим дистанционного программирования усилителя по радиоканалу.

3.2.5 Процессор LVDT марки AD8556 фирмы Analog Devices, США характеризуется следующим:

  • Частота возбуждения 20 – 20000 Гц;

  • Применение декодирующей схемы типа «ratiometric», которая обеспечивает высокую устойчивость к сдвигам фаз между первичной и вторичной обмотками и устраняет влияние нулевого напряжения;

  • Питание схемы осуществляется от источников ±12В, что потребовало применения преобразователя напряжения 5В ->±12В

3.2.6 Питание узла осуществляется от однополярного источника 5,5-6 В или от батарей.



Рис. 3. Узел сбора данных. Общий вид


Рис. 4. Принципиальная схема узла сбора данных измерений

 

3.3Программное обеспечение

3.3.1 Программа опроса узлов WCommScan версии 1.3 (рис.5) обеспечивает:

  • Выбор COM порта для работы с базовой станцией;

  • Выбор режима работы COM порта;

  • Обновление списка сетевых адресов (рис.6);

  • Задание сетевого адреса опрашиваемого узла;

  • Задание системного адреса опрашиваемого узла;

  • Вывод комментариев к процессу соединения (рис.7);

  • Прием данных измерений и отображение их в окнах, соответствующих опрашиваемым каналам узла (рис.7).


Рис. 5. WCommScan v.3.1



Рис. 6. Обновление списка адресов узлов



Рис. 7. WcommScan_принимает данные


3.4 Датчики

3.4.1 Датчики растяжения/сжатия на основе мостовых схем с тензорезисторами

Датчики на основе тензорезисторов характеризуются передаточным коэффициентом GF (рис.8). В наших экспериментах (рис9) использовались тензосопротивления R = 400 Ом, GF = 2,5, включенные по полумостовой схеме. В качестве клея использовался циокрин. Для компенсации температурных разбросов использовался второй, пассивный полумост, ориентированный на испытуемом образце в направлении, ортогональном к направлению деформации. Однако, в ходе эксперимента была выявлена значительная величина недокомпенсированного температурного дрейфа в ходе саморазогрева резисторов (ток возбуждения - 4 мА на резистор).


Рис. 8. Характеристики тензорезисторов