Устройство мониторинга, хранения и передачи информации состояния трещины в конструкции зданий и искусственных сооружений

Полезная модель относится к приборам измерения, предназначена для сбора и передачи информации о ширине раскрытия трещин в строительных конструкциях, может быть использована при обследовании и мониторинге технического состояния зданий и искусственных сооружений.
Известно устройство измерения и передачи информации состояния трещин и стыков зданий и сооружений (RU №138008 G01M 7/00, 27.02.2014), содержащее объединенные конструктивно в единый модуль, последовательно соединенные тензометрический датчик, устройство сбора и обработки информации и 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; устройство сбора и обработки информации выполнено в виде микроконтроллера; устройство передачи информации через сеть Интернет выполнено в виде GSM-модема. Питание от автономного источника питания подводится к микроконтроллеру и в нужные моменты времени подводится при помощи двух ключевых схем к GSM-модему и оптическому энкодеру. Причем все узлы и блоки заявляемого устройства расположены в общем корпусе, из которого выступает наружу только свободный конец рейки кремальеры. В частных случаях выполнения устройства датчик угла поворота выполнен в виде абсолютного оптического энкодера, а автономный источник питания содержит или аккумуляторную батарею, или аккумуляторную батарею и подзаряжающий ее солнечный модуль с усилителем мощности.
Недостаток данного устройства заключается в низкой точности измерений, получаемых в процессе мониторинга или обследования технического состояния зданий и искусственных сооружений. Также данная полезная модель не содержит возможность хранения данных, полученных с датчика, что ведет к увеличению вероятности потери полученных данных из-за сбоя работы GSM-модема, слабом сигнале сотовой сети или его отсутствии.
Известен датчик мониторинга трещин строительных конструкций, взятый за прототип (RU №198040, G01B 5/30, 16.06.2020), содержащий объединенные конструктивно внутри герметичного корпуса элементы, микроконтроллер, 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 автономный источник питания в виде аккумуляторных батарей, соединенный 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 персональному компьютеру (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. Перед началом работы устройство крепится к строительной конструкции здания или сооружения с одной стороны трещины (стыка), а выступающий наружу из герметичного корпуса свободный конец подвижного штока крепится к строительной конструкции с противоположной стороны трещины с помощью монтажного приспособления. При изменении ширины раскрытия трещины (стыка), подвижный шток датчика линейных перемещений в виде цифрового индикатора сдвигается, генерируя выходной сигнал о ширине раскрытия трещины (стыка), поступающий на микроконтроллер. Одновременно с сигналом, содержащим сведения о ширине раскрытия трещины (стыка), на микроконтроллер поступает информация с датчика температуры и влажности и с устройства учета хронометрических данных в виде часов реального времени. Затем все данные поступают на устройство передачи информации через сеть Интернет по радиоканалу GSM в виде GSM-модема. При снятии показаний информация также записывается на накопительный модуль в виде карты памяти, который необходим для извлечения показаний в случае сбоя в работе датчика, аварийной ситуации, слабом сигнале сотовой связи или его отсутствии.
Недостатком устройства является низкая точность измерений, получаемых в процессе мониторинга или обследования технического состояния зданий и искусственных сооружений. Также данный датчик имеет низкую надежность в случаях, когда при раскрытии трещины возможна деформация подвижного штока, что в итоге приведет к искажению искомых данных измерений.
Задачей заявляемой полезной модели является создание устройства мониторинга, хранения и передачи информации состояния трещины в конструкции зданий и искусственных сооружений, обладающего высокой точностью измерения и надежностью.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности измерений, получаемых в процессе мониторинга или обследования конструкций зданий и искусственных сооружений, и надежности работы устройства.
Технический результат достигается тем, что устройство мониторинга, хранения и передачи информации состояния трещины в конструкции зданий и искусственных сооружений, содержащее герметичный корпус с конструктивно объединенным внутри герметичного корпуса микроконтроллер, 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, накопительный модуль в виде карты памяти и разъем подключения к ПК, расположенный в стенке герметичного корпуса, а также автономный источник питания в виде аккумуляторных батарей, соединенный с микроконтроллером, датчиком линейного перемещения, GSM-модемом и накопительным модулем, содержит два пузырьковых уровня, один из которых установлен в герметичном корпусе горизонтально, а другой - вертикально, блок управления с LCD-дисплеем, соединенный с микроконтроллером, автономным источником питания и датчиком линейного перемещения, а датчик линейного перемещения выполнен в виде лазерного дальномера и отражателя, который является защитной крышкой для датчика линейного перемещения, и прикреплен к герметичному корпусу высокопрочным тросом через сворачиваемый механизм.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
Устройство мониторинга, хранения и передачи информации состояния трещины в конструкции зданий и искусственных сооружений содержит конструктивно объединенные внутри герметичного корпуса 1: датчик линейного перемещения 2 в виде лазерного дальномера и отражателя 3, который является защитной крышкой для датчика линейного перемещения 2, и крепится к герметичному корпусу 1 высокопрочным тросом через сворачиваемый механизм 4; микроконтроллер 5, к которому подключены датчик линейного перемещения 2, блок управления с LCD-дисплеем 6, соединенный с датчиком линейного перемещения 2, GSM-модем 7 с выведенной за герметичный корпус 1 антенной 8, накопительный модуль 9 в виде карты памяти для хранения полученных данных и разъем 10 для подключения к внешнему носителю или ПК; два пузырьковых уровня 11, один из которых установлен в герметичном корпусе 1 горизонтально, а другой - вертикально; автономный источник питания 12 в виде гальванических элементов, имеющий необходимую емкость для обеспечения автономной работы в течение длительного времени, соединен с микроконтроллером 5, датчиком линейного перемещения 2, GSM-модемом 7, накопительным модулем 9 и блоком управления с LCD-дисплеем 6.
Датчик линейного перемещения 2 может представлять собой лазерный дальномер (например, дальномер на базе Leica). В качестве микроконтроллера 5 может быть использован STM32. В качестве блока управления с LCD-дисплеем 6 может выступать LCD модуль keypad (LCD 1602, 2x16, 5V). Устройство передачи информации через сеть Интернет по радиоканалу GSM в виде GSM-модема 7 может представлять собой, например, модуль SIM900 или SIM800L. В качестве автономного источника питания 12 предполагается использовать литий-ионные аккумуляторы или литий-полимерные аккумуляторы. Данные виды гальванических элементов возможно использовать в широком диапазоне рабочих температур, а также, данные аккумуляторы меньше подвержены обратимой потере емкости. Разъем 10 для подключения к ПК может быть выполнен в виде разъема типа Туре-А или Туре-С. Сворачиваемый механизм 4 можно использовать как в строительной рулетке, а высокопрочный трос может быть представлен в виде кевларового троса диаметром 2-3 мм.
Устройство работает следующим образом. Перед началом работы устройство крепится к строительной конструкции здания или искусственного сооружения при помощи анкеров через монтажные «уши», устроенные на герметичном корпусе 1, с одной стороны трещины, а отражатель 3, который является защитной крышкой для датчика линейного перемещения 2, прикрепленного внутри герметичного корпуса 1 высокопрочным тросом через сворачиваемый механизм 4, с другой стороны. С помощью пузырьковых уровней 11 регулируются положения осей устройства для точного измерения ширины раскрытия трещины. После установки устройства необходимо произвести пробный замер расстояния от устройства до отражателя 3. Затем, при помощи блока управления с LCD-дисплеем 6 необходимо произвести «обнуление» расстояния, чтобы расстояние от устройства до отражателя 3 показывало «0». При измерении ширины раскрытия трещины датчик линейного перемещения 2 в виде лазерного дальномера измеряет расстояние от устройства до отражателя 3 и передает данные в микроконтроллер 5. Одновременно с данными, содержащими сведения о ширине раскрытия трещины, на микроконтроллер 5 с датчика линейного перемещения 2 поступает точное время измерения. Затем все данные поступают на GSM-модем 7 для отправки данных на сервер. При фиксировании показаний данные о ширине раскрытия трещины также записываются на накопительный модуль 9 в виде карты памяти для хранения полученных данных при плохом сигнале сотовой сети или ее отсутствии. Настройка устройства производится через разъем 10, который используется для подключения к внешнему носителю или ПК, благодаря которому можно настроить интервал измерений и количество замеров за один подход для уменьшения вероятности ошибки путем статистического подхода к измерениям. Также через разъем 10 для подключения к внешнему носителю или ПК возможно скопировать с накопительного модуля 9 данные измерений.
Замена механического устройства измерения расстояний на лазерный дальномер и наличие пузырьковых уровней позволяет решить поставленную задачу, заключающуюся в повышении точности и надежности работы устройства при обследовании и мониторинге технического состояния зданий и искусственных сооружений в составе автоматизированных систем мониторинга технического состояния зданий и искусственных сооружений.