Датчик мониторинга трещин строительных конструкций

Полезная модель относится к средствам измерения, предназначена для осуществления сбора и передачи информации о ширине раскрытия трещин (стыков) строительных конструкций, может быть использована при обследовании зданий и сооружений, в составе автоматизированных систем мониторинга технического состояния зданий и сооружений и систем телеметрии.
Известно изобретение «Система мониторинга состояния трещин и стыков зданий и сооружений» [Патент RU №2448225 опубликован 20.04.2012, МПК E04G 23/00], в состав которого входит устройство регистрации, принимающий радиомодуль и датчик, состоящий из индикатора часового типа, реохорда, токосъемника реохорда, аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллера, передающего радиомодуля, химического источника питающего напряжения и модуля «часы-будильник». При этом токосъемник реохорда механически связан с подвижным штоком индикатора часового типа, за счет чего при раскрытии трещины вырабатывается аналоговый сигнал, пропорциональный перемещению выдвижного штока. Далее входной аналоговый сигнал преобразуется в цифровой сигнал, который затем поступает на передающий радиомодуль, отвечающий за беспроводную передачу информации на устройство регистрации.
Недостатком данного изобретения является использование реохорда или переменного резистора, чья стабильность работы напрямую зависит от температуры окружающей среды, а резистивный элемент имеет температурный коэффициент сопротивления, поправку на который необходимо учитывать при использовании. При приближении температуры воздуха к границам рабочего диапазона реохорда, высока вероятность нестабильной работы системы мониторинга и большой погрешности измерений, что существенно снижает ее эффективность при работе в сложных климатических условиях. Более того принцип работы датчика, входящего в систему, крайне требователен к конструкции реохорда и токосъемника - контакт, двигающийся по резистивному элементу (токосъемник) должен иметь плавный ход и откликаться на малое усилие, передаваемое от штока индикатора, чтобы обеспечить необходимую точность измерений. В связи с этим, система мониторинга не обладает высокой надежностью.
Известна полезная модель, взятая за прототип «Устройство измерения и передачи информации состояния трещин и стыков зданий и сооружений» [Патент ПМ RU №138008, опубликован 27.02.2014, МПК G01M 7/00].
Устройство содержит объединенные конструктивно в единый модуль, последовательно соединенные: тензометрический датчик (у нас датчик линейного перемещения); устройство сбора и обработки информации в виде микроконтроллера; устройство передачи информации через сеть Интернет по радиоканалу GSM, а также автономный источник питания и две ключевые схемы. При этом тензометрический датчик включает кремальеру, механически связанную с датчиком угла поворота в виде оптического энкодера. Перед началом работы устройство крепится к стене здания или сооружения с одной стороны трещины (или стыка), а выступающая наружу из корпуса рейка кремальеры за свободный конец крепится к стене с противоположной стороны трещины (или стыка). При изменении размера трещины рейка кремальеры будет двигаться относительно основания тензометрического датчика, и заставлять вращаться шестеренку кремальеры, которая, в свою очередь, будет вращать вал оптического энкодера, который преобразовывает это вращение в цифровой код, поступающий через интерфейс (UART) на микроконтроллер устройства сбора и обработки информации. Выход микроконтроллера соединен последовательным интерфейсом (UART) с GSM-модемом, который осуществляет передачу информации.
Недостаток полезной модели заключается в меньшем числе параметров, регистрируемых в процессе мониторинга. Также данная полезная модель не предполагает возможность хранения в себе данных, получаемых с тензометрического датчика, что снижает надежность снятия показаний и может иметь принципиальное значение при возможных сбоях в работе GSM-модема, слабом сигнале сотовой связи или его отсутствии.
Задачей заявляемой полезной модели является эффективность и надежность работы датчика при проведении мониторинга трещин (стыков).
Техническим результатом полезной модели является увеличение числа регистрируемых параметров трещин (стыков), получаемых в процессе мониторинга, и возможность их хранения.
Технический результат достигается, за счет того, что датчик мониторинга трещин строительных конструкций, состоит из объединенных конструктивно внутри герметичного корпуса: микроконтроллера, к которому подключены датчик линейного перемещения, устройство передачи информации через сеть Интернет по радиоканалу GSM в виде GSM-модема с выведенной за герметичный корпус антенной, а также автономного источника питания в виде аккумуляторных батарей, соединенного с микроконтроллером, устройством передачи информации через сеть Интернет по радиоканалу GSM в виде GSM-модема и датчиком линейного перемещения; причем датчик дополнительно содержит: устройство учета хронометрических данных в виде часов реального времени, накопительный модуль в виде карты памяти и датчик температуры и влажности, соединенные с микроконтроллером и источником питания в виде аккумуляторных батарей, а также разъем подключения к ПК, расположенный в стенке герметичного корпуса, а датчик линейного перемещения выполнен в виде цифрового индикатора с возможностью вывода данных по интерфейсу RS-232 и содержит подвижный шток, выведенный за герметичный корпус с возможностью крепления его свободного конца с помощью монтажного приспособления.
Заявляемая полезная модель содержит объединенные конструктивно внутри герметичного корпуса 1: датчик линейного перемещения в виде цифрового индикатора 2 с подвижным штоком 3, выведенным за герметичный корпус 1 и выполненным с возможностью крепления его свободного конца к строительной конструкции с помощью монтажного приспособления 10; микроконтроллер 4, соединенный с датчиком линейного перемещения по интерфейсу RS-232; устройство передачи информации через сеть Интернет по радиоканалу GSM в виде GSM-модема 5, с выведенной за герметичный корпус антенной 6; устройство учета хронометрических данных в виде часов реального времени 7; накопительный модуль в виде карты памяти 8, отвечающий за архивацию и хранение данных; датчик температуры и влажности 9; разъем подключения к ПК 11; источник питания в виде аккумуляторных батарей 12, имеющих широкий диапазон рабочих температур и необходимую емкость для обеспечения автономной работы в течение длительного времени.
На фиг. 1 приведена функциональная схема полезной модели.
Перед началом работы датчик крепится к строительной конструкции здания или сооружения с одной стороны трещины (стыка), а выступающий наружу из герметичного корпуса 1 свободный конец подвижного штока 3 крепится к строительной конструкции с противоположной стороны трещины с помощью монтажного приспособления 10. При изменении ширины раскрытия трещины (стыка), подвижный шток 3 датчика линейных перемещений в виде цифрового индикатора 2 сдвигается, генерируя выходной сигнал о ширине раскрытия трещины (стыка), поступающий на микроконтроллер 4. Одновременно с сигналом, содержащим сведения о ширине раскрытия трещины (стыка), на микроконтроллер 4 поступает информация с датчика температуры и влажности 9 и с устройства учета хронометрических данных в виде часов реального времени 7. Затем все данные поступают на устройство передачи информации через сеть Интернет по радиоканалу GSM в виде GSM-модема 5. При снятии показаний информация также записывается на накопительный модуль в виде карты памяти 8, который необходим для извлечения показаний в случае сбоя в работе датчика, аварийной ситуации, слабом сигнале сотовой связи или его отсутствии. При этом снятие показаний возможно осуществлять в заранее заданном режиме - например, раз в неделю или в случае изменения ширины раскрытия трещины (стыка) на величину больше заданной. Через разъем подключения к ПК 11 поступает сигнал, настраивающий режим работы и частоту снятия показаний. Увеличение числа регистрируемых параметров трещин (стыков), получаемых в процессе мониторинга, и возможность их хранения, позволяет решить поставленную задачу, заключающуюся в эффективности и надежности работы датчика.
Датчик линейного перемещения может представлять собой цифровой индикатор с необходимым диапазоном измерений (например, ИЧЦ-10). В качестве микроконтроллера может быть использован 8-разрядный ATmega8-16AU или с большей разрядностью (например, STM32). В качестве датчика температуры и влажности может выступать датчик DHT22. Устройство передачи информации через сеть Интернет по радиоканалу GSM в виде GSM-модема может представлять собой, например, модуль SIM900 или SIM800L. В качестве источника питания предполагается использовать элементы с широким диапазоном рабочих температур, например, литий-тионилхлоридные аккумуляторные батареи в необходимом количестве. Разъем подключения к ПК может быть выполнен в виде разъема типа D-SUB.