專利名稱：表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)的制作方法
表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)關(guān)聯(lián)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2010年4月22日提交的題為“表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)(SurfaceMountedMonitoring System) ”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/327，013的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)通過援引包含于此。2004年12月21日頒證的題為“負(fù)載元件(Load Cell) ”的美國(guó)專利6，832，528也援引包含于此。
背景技術(shù)：
本說明書涉及結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，更具體地涉及表面安裝的負(fù)載監(jiān)視系統(tǒng)。諸如屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)性構(gòu)件可能經(jīng)受由于作用在外表面上的外力(例如降雪或降雨)引起的負(fù)載。負(fù)載積累可能預(yù)示著其他問題，例如冰壩形成或其他積累。充分的負(fù)載積累可能使結(jié)構(gòu)災(zāi)難性地?fù)p壞，由此危及居住者。附圖簡(jiǎn)述

圖1是表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的方框圖。圖2是經(jīng)歷負(fù)載狀態(tài)的結(jié)構(gòu)的視圖。圖3A-3D是可能受到過度負(fù)載的屋頂類型的圖。圖4示出力換能器的示例性布置。圖5示出傳感器陣列中的多個(gè)力換能器的示例性布置。

發(fā)明內(nèi)容
披露了一種表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，該表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)有益于檢測(cè)表面上普通負(fù)載和過度負(fù)載兩者的存在，并提供實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)趨勢(shì)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)包括設(shè)置在諸如屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)性構(gòu)件的外表面上的力換能器陣列。在示例性實(shí)施例中，可將換能器設(shè)置在內(nèi)表面上，例如嵌入到隔熱結(jié)構(gòu)中。力換能器檢測(cè)作用在表面上的負(fù)載力的大小。數(shù)據(jù)分析模塊(DAM)可將力讀數(shù)記錄在循環(huán)存儲(chǔ)緩沖器中，以使在災(zāi)難性崩塌的情況下恢復(fù)最近的數(shù)據(jù)。DAM也可與監(jiān)視設(shè)備通信，該監(jiān)視設(shè)備可向用戶顯示實(shí)時(shí)負(fù)載數(shù)據(jù)并執(zhí)行其他分析。
具體實(shí)施例方式說明書涉及表面安裝的質(zhì)量測(cè)量系統(tǒng)。本公開的表面安裝的質(zhì)量測(cè)量系統(tǒng)例如可包括用于測(cè)量結(jié)構(gòu)性屋頂負(fù)載的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)。當(dāng)受到由于任何原因(包括風(fēng)、雨、雪及其他)的屋頂負(fù)載變化時(shí)，力換能器產(chǎn)生信號(hào)，該信號(hào)以無線方式或經(jīng)由線路傳輸至用于分析和計(jì)算屋頂上的負(fù)載并計(jì)算當(dāng)前負(fù)載與可接受的設(shè)計(jì)負(fù)載的比例的設(shè)備。計(jì)算設(shè)備可包括用于設(shè)置可接受的負(fù)載水平的圖形用戶界面。計(jì)算設(shè)備可在本地將結(jié)果顯示在監(jiān)視器上，存儲(chǔ)結(jié)果電子文件，或使用任何形式的電子數(shù)據(jù)通信(包括電話線、電纜、互聯(lián)網(wǎng)或無線)傳輸遠(yuǎn)程監(jiān)視位置的結(jié)果。如果計(jì)算出高于可接受值的負(fù)載，則經(jīng)計(jì)算的信號(hào)可觸發(fā)報(bào)警和警告系統(tǒng)。當(dāng)設(shè)置在排水口上或附近時(shí)，也可使用負(fù)載指示器來辨認(rèn)和警示屋頂或結(jié)構(gòu)上的排水口堵塞。
現(xiàn)在將更具體地參照附圖對(duì)表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行描述。在整個(gè)說明書中，肯定因此附圖可用連字符形式表示。在使用連字符的情形下，非連字符形式將整體上表示對(duì)象的一個(gè)類，而連字符形式將表示對(duì)象的各個(gè)種屬或范例。例如，小配件整體上被表示為“小配件110”，而單個(gè)小配件被稱為“小配件110-1”。本公開內(nèi)容討論按照示例性實(shí)施例的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其中該監(jiān)視系統(tǒng)是屋頂監(jiān)視系統(tǒng)。但本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員均將理解本公開的系統(tǒng)可適用于多種其他目的。圖1是表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的方框圖。例如屋頂或其他類似結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性構(gòu)件102包括外表面112。大小可變的外力104作用在外表面112上，這可能造成結(jié)構(gòu)性構(gòu)件102上的應(yīng)力。大小可變的外力104可以是環(huán)境因素的結(jié)果。例如，風(fēng)以及雪、水或碎屑的積聚可導(dǎo)致屋頂上的負(fù)載。該負(fù)載可表現(xiàn)為垂直作用于結(jié)構(gòu)性構(gòu)件102的多個(gè)輸入力。如果外力104的大小變得太大，則屋頂102可能喪失整體性并崩塌。傳感器陣列110—其可包括排列成柵格的多個(gè)力換能器一被安裝在外表面112上。傳感器陣列110可由業(yè)內(nèi)已知的多個(gè)傳感器構(gòu)造成。例如，可使用壓電器件、應(yīng)變儀、壓阻器件、壓力開關(guān)或自重置傳感器。在另一示例性實(shí)施例中，可使用美國(guó)專利6，832，528中描述的負(fù)載元件。當(dāng)大小可變的外力104作用在表面112上時(shí)，通過傳感器陣列110對(duì)力進(jìn)行檢測(cè)和換能。信號(hào)載體114可通信地將傳感器陣列110耦合至數(shù)據(jù)分析模塊(DAM) 120。信號(hào)載體114可以是物理導(dǎo)體，或者在一些實(shí)施例中，傳感器陣列110可能包括無線傳感器或射頻發(fā)射機(jī)，在這種情形下信號(hào)載體114可以是無線傳輸介質(zhì)。數(shù)據(jù)分析模塊120也可通信地耦合至傳輸系統(tǒng)130,該傳輸系統(tǒng)130可以是任何合適的有線或無線傳輸設(shè)備。DAM 120從傳感器陣列110接收多個(gè)力大小信號(hào)。在一些實(shí)施例中，傳感器陣列110的每個(gè)換能器提供一單獨(dú)的力大小信號(hào)。DAM 120可設(shè)置在擬監(jiān)視的結(jié)構(gòu)處或其附近。在一些實(shí)施例中，DAM120可以近實(shí)時(shí)方式輪詢傳感器陣列110，每個(gè)單獨(dú)的力信號(hào)是以毫秒量級(jí)的間隔接收的。DAM 120可配有存儲(chǔ)器，并可連續(xù)地存儲(chǔ)從傳感器陣列110接收的信號(hào)。在一些情形下，DAM120的存儲(chǔ)能僅適應(yīng)相對(duì)小的存儲(chǔ)介質(zhì)，例如如果DAM 120被配置成小的和/或便攜的或如果存儲(chǔ)是專門的或加強(qiáng)的存儲(chǔ)介質(zhì)。如果DAM 120的存儲(chǔ)沒有大到能無限地存儲(chǔ)連續(xù)的力大小信號(hào)，則存儲(chǔ)可配置成循環(huán)存儲(chǔ)緩沖器。循環(huán)存儲(chǔ)緩沖器以先入先出方案配置，因此最近的數(shù)據(jù)一直是可得的。將DAM 120配備循環(huán)存儲(chǔ)緩沖器可使DAM120執(zhí)行與飛機(jī)上所謂“黑匣子”相似的功能，即在災(zāi)難情況下永遠(yuǎn)保持最近的數(shù)據(jù)。為了進(jìn)一步提高DAM 120在災(zāi)難情況下提供有用信息的能力，DAM120的存儲(chǔ)也可被加強(qiáng)以對(duì)抗洪水、碰撞和火災(zāi)事件。存儲(chǔ)可類似于飛機(jī)黑匣子的空難生還存儲(chǔ)器單元，例如美國(guó)專利4，644，494中披露的那樣，該文獻(xiàn)通過援引包含于此。在一些實(shí)施例中，DAM 120也可配置成分析力大小輸入并提供不同的狀態(tài)，例如報(bào)警狀態(tài)和警示狀態(tài)。例如，DAM 120可在其存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)對(duì)于傳感器陣列110中的每個(gè)換能器的第一力輸入閾值和第二力輸入閾值。這些閾值可由勝任的工程師或建筑師針對(duì)特定結(jié)構(gòu)選擇。工程師或建筑師也可選擇或指導(dǎo)力換能器的布置以確保結(jié)構(gòu)上重要的點(diǎn)被監(jiān)視。第一閾值可對(duì)應(yīng)于普通的負(fù)載情況，這種情況下負(fù)載高于沒有任何積聚時(shí)的負(fù)載，但仍落在安全工作范圍內(nèi)。例如，在正常至半厚降雪的情況下，結(jié)構(gòu)性構(gòu)件102可能經(jīng)歷比平均負(fù)載更高的負(fù)載，但這不表示馬上就有災(zāi)難性損壞。在比平均負(fù)載更高的情況下，出于提供趨勢(shì)數(shù)據(jù)目的而開始永久地記錄循環(huán)存儲(chǔ)緩存器之外的負(fù)載數(shù)據(jù)是有利的。例如，可將從傳感器陣列110接收的力大小發(fā)送至獨(dú)立的監(jiān)視設(shè)備160。監(jiān)視設(shè)備160可以是臺(tái)式計(jì)算機(jī)、工作站或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)。在一些實(shí)施例中，監(jiān)視設(shè)備160也可以是具有合適軟件的便攜式設(shè)備或智能電話。監(jiān)視設(shè)備160可保持普通負(fù)載事件的永久記錄。因此，如果屋頂在低于預(yù)期負(fù)載情況下?lián)p壞，則可回顧歷史數(shù)據(jù)以確定對(duì)普通、非災(zāi)難性負(fù)載的大范圍暴露是否是損壞發(fā)生的原因。這種趨勢(shì)數(shù)據(jù)也可用來更好地對(duì)較陳舊結(jié)構(gòu)作出結(jié)束使用壽命的決策。在示例性實(shí)施例中，當(dāng)DAM 120檢測(cè)到傳感器陣列110的力換能器已經(jīng)受超出其第一閾值的輸入力時(shí)，DAM 120進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)。在該報(bào)警狀態(tài)下，DAM 120可將報(bào)警信號(hào)送至監(jiān)視設(shè)備160。一旦接收到報(bào)警信號(hào)，監(jiān)視設(shè)備160可向人機(jī)界面170提供可視的報(bào)警狀態(tài)的非緊急通知。監(jiān)視設(shè)備160也可以規(guī)則的間隔輪詢DAM 120以接收力大小的更新。監(jiān)視設(shè)備160然后可將接收的大小存儲(chǔ)在永久性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)150中。用戶也可經(jīng)由人機(jī)界面170與監(jiān)視設(shè)備160交互以查看或分析歷史數(shù)據(jù)。在該示例性實(shí)施例中，DAM 210也可在其中存儲(chǔ)對(duì)傳感器陣列110的每個(gè)力換能器的第二閾值。選擇第二閾值以使其與過度負(fù)載對(duì)應(yīng)，由此結(jié)構(gòu)性構(gòu)件102可能處于即將到來的災(zāi)難性損壞的危險(xiǎn)中。在前面段落中披露的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)可以是模塊化設(shè)計(jì)的，并可包括傳感器、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)、分析器、監(jiān)視器和完全可擴(kuò)展的報(bào)警設(shè)備的完全集成系統(tǒng)或分布式網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)也可與便攜式電子設(shè)備一起使用以監(jiān)視和報(bào)警，包括與互聯(lián)網(wǎng)的連接性以實(shí)現(xiàn)任何傳輸功能。監(jiān)視設(shè)備160可具體化到軟件即服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或PDA型設(shè)備中。該系統(tǒng)可從任何源直接供電，包括電插座、硬接線電源、太陽能、電池電源或無線電源。如本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所知，如前面披露的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)可用于多種應(yīng)用。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)可被安裝在受負(fù)載(例如降雪或降雨)作用的屋頂上。在示例性情形下，厚的降雪在屋頂112上施加輸入力104，在屋頂112的表面上已安裝一傳感器陣列110。隨著降雪積聚,輸入力104的大小增加，并且DAM 120將輸入力104的大小與已根據(jù)正常負(fù)載情況和過度負(fù)載情況編程的閾值進(jìn)行比較。選擇每個(gè)換能器的第二閾值以表征一力大小，該力大小表示可能的崩塌或其他破壞的危險(xiǎn)。如果DAM 120檢測(cè)到任何換能器上超出第二閾值的負(fù)載，則DAM 120進(jìn)入警示狀態(tài)。在警示狀態(tài)下，DAM 120將警示信號(hào)送至實(shí)時(shí)警告系統(tǒng)140。實(shí)時(shí)警告系統(tǒng)可提供額外的分析，例如基于當(dāng)前負(fù)載狀況精煉計(jì)算出的損壞概率。例如，實(shí)時(shí)警告系統(tǒng)140可確定該結(jié)構(gòu)并沒有即將到來的由于瞬時(shí)負(fù)載的崩塌的危險(xiǎn)，但過度負(fù)載足以可能損害結(jié)構(gòu)的整體性。這意味著該大樓需要至少被臨時(shí)疏散，直到屋頂被充分地評(píng)估以確保住戶安全為止。實(shí)時(shí)警告系統(tǒng)140也可基于過度負(fù)載確定崩塌即將到來或可能到來。實(shí)時(shí)警告系統(tǒng)140然后運(yùn)行疏散報(bào)警系統(tǒng)180。疏散報(bào)警系統(tǒng)180可提供可視和/或可聽的疏散警告，并也可提供其他有用的功能，例如為大樓住戶顯示優(yōu)選的疏散路線或提供諸如優(yōu)選集合地點(diǎn)的信肩、O監(jiān)視設(shè)備160也可接收警示信號(hào)，并也可采取額外的行動(dòng)。例如，不是以規(guī)則間隔輪詢DAM 120以獲得更新的傳感器讀數(shù)，而是開始接收連續(xù)的數(shù)據(jù)更新。因此，在損壞的情況下，可在DAM 120加強(qiáng)的存儲(chǔ)和用戶界面160的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)150中獲得該事件周圍的傳感器數(shù)據(jù)。圖2揭示了示出由積聚和負(fù)載造成的潛在危險(xiǎn)的示例性結(jié)構(gòu)。在該例中，結(jié)構(gòu)性構(gòu)件102是結(jié)構(gòu)280的屋頂，所述結(jié)構(gòu)280可以是房屋或其他類似結(jié)構(gòu)。屋頂102的某些部分由支承梁270直接支承。支承梁270可以是壁、柱或其他結(jié)構(gòu)性支承機(jī)構(gòu)。屋頂102的其他部分落在支承梁270之間并且不被直接支承。不由支承梁270直接支承的結(jié)構(gòu)部分被稱為中間區(qū)段。中間區(qū)段最容易受結(jié)構(gòu)性故障的影響。與支承梁270相關(guān)的特殊問題也會(huì)出現(xiàn)。例如，在示例性實(shí)施例中，雪234已積聚在屋頂102上。熱管道212坐落在結(jié)構(gòu)280內(nèi)。熱管道212可通過傳導(dǎo)210使屋頂102受熱。雪234可融化，使水從外表面112流下。在水朝向檐突290從屋頂流下之后，一旦其喪失熱損失210，水再次開始冷卻。水可能凍結(jié)，形成冰壩230。隨著額外的雪234融化，水可能在冰壩230上成池，形成積聚的壩阻水232的水池。因此，屋頂102可能受到雪234、壩阻水232和冰壩230的組合輸入力。此外，由于對(duì)流214的空氣泄漏也可能發(fā)生。傳導(dǎo)210和對(duì)流214引起熱交換，這有助于雪234的融化。壩阻水232如果漏過屋頂并進(jìn)入墻壁則會(huì)造成額外的問題。這會(huì)導(dǎo)致潮濕和/或沉降的隔熱結(jié)構(gòu)240并造成霉塊和霉斑260。這會(huì)形成對(duì)健康和身體安全兩者的威脅。圖3披露了可能發(fā)生不想要的積聚的其它示例性配置。在圖3A中，具有兩個(gè)高地的結(jié)構(gòu)可能在兩個(gè)水平面之間的結(jié)合處經(jīng)歷雪積聚。因此較低水平的屋頂102可能經(jīng)歷來自吹積物(drift) 310的過度負(fù)載。在另一示例性實(shí)施例中，具有傾斜屋頂102的結(jié)構(gòu)受風(fēng)力322作用。風(fēng)322可使雪積聚在屋頂102的下風(fēng)側(cè)。圖3C和圖3D披露了具有女兒墻的結(jié)構(gòu)。女兒墻可造成從小吹積物330變化至大吹積物340的積聚。小吹積物330可能造成普通負(fù)載，使DAM 120進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，而大吹積物340可造成過度負(fù)載，使DAM 120進(jìn)入警示狀態(tài)。圖4示出力換能器410的示例性布置。力換能器410是傳感器陣列110的一部分。力換能器410被設(shè)置成安裝在結(jié)構(gòu)性構(gòu)件102的外表面112上。力換能器410經(jīng)由信號(hào)載體114可通信地耦合至DAM 120。在替代實(shí)施例中，傳感器可沿內(nèi)表面設(shè)置。例如，力換能器可被嵌入到隔熱結(jié)構(gòu)中。在這種情形下，可通過結(jié)構(gòu)性構(gòu)件的平移來一定程度地衰減力的大小。如果放置力換能器以使外力衰減，則可能需要由工程師來適當(dāng)?shù)卣{(diào)整換能器的閾值。圖5更具體地揭示了換能器陣列110的一個(gè)示例性實(shí)施例。尤其，在本實(shí)施例中可以看到，盡管傳感器陣列110可布置成柵格圖案，但柵格不一定是每個(gè)力換能器410等距地彼此隔開的規(guī)則正方形柵格。相反，可選擇力傳感器的布置以對(duì)應(yīng)于要求的測(cè)量點(diǎn)。例如，支承梁270圖示為直接支承結(jié)構(gòu)性構(gòu)件102的某些部分?？刹贾昧Q能器410-1、410-3和410-4以使其基本位于支承梁270之上。力換能器410-2可布置在換能器410-1和410-3之間的中點(diǎn)510處。中點(diǎn)510可代表410-1和410-3之間線段上的結(jié)構(gòu)上最弱的那一點(diǎn)。由于第一閾值僅代表正常的負(fù)載狀態(tài)，因此可為每個(gè)力換能器選擇類似的第一閾值。可將力換能器410-1、410_3和410_4的第二閾值選擇成相對(duì)高的，因?yàn)檫@些點(diǎn)不大可能在負(fù)載下?lián)p壞。力換能器410-2的第二閾值相比其他力換能器的值相對(duì)低，因?yàn)樾枰鄬?duì)小的負(fù)載就能造成中點(diǎn)510處的結(jié)構(gòu)性損壞。
也可選擇力換能器布置以指示可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性損壞的除過度負(fù)載以外的其他問題。例如，如果冰壩230形成在排水口上，則水將無法正確地排走。設(shè)置在排水口處或附近的力換能器410可被配置成檢測(cè)與冰積聚一致的力輸入，并在冰積聚的情形下提供報(bào)警狀態(tài)以使用戶能采取正確的行動(dòng)。類似地，可使用更先進(jìn)的算法來比較各力換能器的力大小以形成總的負(fù)載分布?？墒褂秘?fù)載分布以例如確定冰壩230已造成來自雪234融化的壩阻水232的積聚。例如由于冰壩230、壩阻水232和雪234具有不同的密度，這是可以確定的。通過檢測(cè)不同負(fù)載的三個(gè)獨(dú)立區(qū)域，DAM 120能夠確定冰壩情況已發(fā)生并經(jīng)由用戶界面170向用戶提供特殊的報(bào)警提醒。在一些實(shí)施例中，可對(duì)用戶界面170編程以允許用戶執(zhí)行更復(fù)雜的操作。例如，用戶界面170可允許用戶有選擇地改變力換能器的閾值，或增加額外的閾值并為在這些閾值下所采取的行動(dòng)創(chuàng)建可編程的規(guī)則。用戶界面170也可提供有建模軟件，該建模軟件可顯示結(jié)構(gòu)化構(gòu)件102的實(shí)時(shí)網(wǎng)線圖，并可包括顏色編碼或帶陰影的應(yīng)變顯示，例如業(yè)內(nèi)常用于顯示負(fù)載和應(yīng)變的那些技術(shù)，由此最終用戶可實(shí)時(shí)地監(jiān)視結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力。除了前述的人類安全優(yōu)勢(shì)以外，從本系統(tǒng)的使用中也可獲得商業(yè)優(yōu)勢(shì)。例如，保險(xiǎn)公司可對(duì)商業(yè)結(jié)構(gòu)保險(xiǎn)收取大筆費(fèi)用。通過本公開的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，災(zāi)難性崩塌或損壞的危險(xiǎn)大為降低，這可節(jié)省保險(xiǎn)費(fèi)率。且由于數(shù)據(jù)分析模塊120能實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)地向用戶界面160提供實(shí)時(shí)負(fù)載信息，因此能以規(guī)則的間隔將負(fù)載數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)150，由此能準(zhǔn)確地追蹤負(fù)載隨時(shí)間的趨勢(shì)。隨時(shí)間的趨勢(shì)有益于預(yù)測(cè)即將到來的損壞，或?qū)p壞的大樓執(zhí)行事后檢查分析。這種分析可得出結(jié)構(gòu)是隨時(shí)間變?nèi)醯倪€是因?yàn)橐淮螢?zāi)難性情況而嚴(yán)重受損的線索。也可使用負(fù)載趨勢(shì)以例如改進(jìn)保險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)表并培訓(xùn)未來幾代的結(jié)構(gòu)工程師。盡管已結(jié)合一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例描述了本說明書的主題，但這不旨在將權(quán)利要求書限定在所述的特定形式。相反，所附權(quán)利要求書旨在覆蓋包含在它們的精神和范圍內(nèi)的這些替代、修正和等效物。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)視結(jié)構(gòu)性構(gòu)件上的負(fù)載的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，所述表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)包括傳感器陣列，所述傳感器陣列包括在所述結(jié)構(gòu)性構(gòu)件的表面上設(shè)置成不規(guī)則柵格的多個(gè)力換能器，所述力換能器配置成測(cè)量外力大小并提供表征所述外力大小的信號(hào)；數(shù)據(jù)分析模塊(DAM)，所述DAM包括處理器、存儲(chǔ)和發(fā)射機(jī)，所述DAM可通信地耦合于所述傳感器陣列并被配置成以小于I秒的規(guī)則間隔輪詢所述傳感器陣列；將每個(gè)換能器的力大小信號(hào)記錄到所述存儲(chǔ)器中的循環(huán)存儲(chǔ)緩沖器中；將每個(gè)換能器的力大小與那個(gè)傳感器的第一力大小閾值進(jìn)行比較；一旦檢測(cè)到任何傳感器的力大小大于那個(gè)傳感器的力大小閾值，則進(jìn)入非緊急報(bào)警狀態(tài)并在所述發(fā)射機(jī)上發(fā)送報(bào)警信號(hào)；將每個(gè)換能器的力大小與那個(gè)傳感器的第二力大小閾值進(jìn)行比較；以及一旦檢測(cè)到任何傳感器的力大小大于那個(gè)傳感器的力大小閾值，則進(jìn)入警示狀態(tài)并在所述發(fā)射機(jī)上發(fā)送警示信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，還包括實(shí)時(shí)警告系統(tǒng)，所述實(shí)時(shí)警告系統(tǒng)可通信地耦合至DAM并配置成接收所述警示信號(hào)， 且一旦接收到所述警示信號(hào)就提供可視和可聽的疏散警示。
3.如權(quán)利要求2所述的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，所述實(shí)時(shí)警告系統(tǒng)被進(jìn)一步配置成向住戶提供疏散指令。
4.如權(quán)利要求1所述的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，所述DAM的存儲(chǔ)相對(duì)于惡劣的環(huán)境情況被加強(qiáng)。
5.如權(quán)利要求1所述的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)性構(gòu)件是屋頂。
6.如權(quán)利要求1所述的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述DAM通信地連接的監(jiān)視設(shè)備，所述監(jiān)視設(shè)備包括人機(jī)界面并配置成從DAM接收力大小。
7.如權(quán)利要求6所述的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，所述用戶界面被配置成基于從所述DAM接收的力大小來提供實(shí)時(shí)負(fù)載顯示。
8.如權(quán)利要求7所述的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，所述實(shí)時(shí)負(fù)載顯示包括所述結(jié)構(gòu)性構(gòu)件的網(wǎng)線圖以及經(jīng)顏色編碼的應(yīng)變顯示。
9.如權(quán)利要求6所述的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，所述用戶界面為用戶提供定制力大小閾值的能力。
10.如權(quán)利要求6所述的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，所述用戶界面為用戶提供定義額外的力大小閾值并響應(yīng)所述閾值創(chuàng)建所要采取的可編程行動(dòng)的能力。
11.如權(quán)利要求6所述的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)視設(shè)備進(jìn)一步配置成基于所述力大小輸入創(chuàng)建復(fù)合的力大小分布。
12.如權(quán)利要求11所述的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)視設(shè)備進(jìn)一步配置成分析所述力大小分布以辨認(rèn)特殊的負(fù)載情況。
13.如權(quán)利要求12所述的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，一個(gè)特殊的負(fù)載情況包括檢測(cè)負(fù)載與冰、雪和水的密度對(duì)應(yīng)的三個(gè)獨(dú)立區(qū)域，表征冰壩的存在。
14.如權(quán)利要求12所述的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，一個(gè)特殊的負(fù)載情況包括檢測(cè)排水口區(qū)域周圍的冰積聚。
15.如權(quán)利要求6所述的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)視設(shè)備還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并且所述監(jiān)視系統(tǒng)被進(jìn)一步配置成一旦從所述DAM接收到報(bào)警信號(hào)，則開始以小于I小時(shí)的規(guī)則間隔將力大小數(shù)據(jù)記錄至所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；一旦從所述DAM接收到警示信號(hào)，則開始連續(xù)地記錄所述力大小數(shù)據(jù)并提供可見和可聽的警示。
16.如權(quán)利要求1所述的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，其上設(shè)置所述力換能器的表面是外表面。
17.如權(quán)利要求1所述的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，其上設(shè)置所述力換能器的表面是內(nèi)表面，并選擇所述第一閾值和第二閾值以補(bǔ)償由通過所述表面的平移產(chǎn)生的負(fù)載衰減。
18.如權(quán)利要求1所述的表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，所述換能器是負(fù)載元件。
19.一種表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng),包括具有受可變大小負(fù)載作用的屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，所述負(fù)載由輸入造成，所述輸入從由風(fēng)、冰積聚、雪積聚、水積聚和碎屑積聚構(gòu)成的組中選取；構(gòu)成傳感器陣列的多個(gè)力換能器，所述力換能器從由壓電傳感器、應(yīng)變儀、壓阻傳感器、壓力開關(guān)、自重置傳感器和負(fù)載單元構(gòu)成的組中選取，所述力換能器沿所述屋頂?shù)耐獗砻娌贾贸刹灰?guī)則的柵格圖案，選擇所述柵格圖案以使一些傳感器處于直接由加固的支承梁支承的點(diǎn)上并使其他傳感器處于不直接由加固的支承梁支承的中間點(diǎn)上，所述中間點(diǎn)包括卒少一勝中點(diǎn). 包含處理器、加強(qiáng)的存儲(chǔ)以及發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)分析模塊(DAM)，所述數(shù)據(jù)分析模塊可通信地耦合于所述力換能器并配置成從每個(gè)換能器接收力大小信號(hào)，所述力大小信號(hào)表征施加在所述傳感器上的實(shí)時(shí)正常力；將每個(gè)換能器的力大小記錄在包含于所述加強(qiáng)存儲(chǔ)內(nèi)的循環(huán)存儲(chǔ)緩沖器中；將來自每個(gè)換能器的力大小信號(hào)與那個(gè)換能器的第一力大小閾值進(jìn)行比較，如果任何換能器的力大小超出那個(gè)換能器的所述第一閾值，則進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)并在所述發(fā)射機(jī)上提供報(bào)警信號(hào)；將來自每個(gè)換能器的力大小信號(hào)與那個(gè)換能器的第二力大小閾值進(jìn)行比較，如果任何換能器的力大小超出那個(gè)換能器的所述第二閾值，則進(jìn)入警示狀態(tài)，其中DAM在通信接口上提供警示信號(hào)；經(jīng)由所述發(fā)射機(jī)可通信地耦合于DAM的監(jiān)視設(shè)備，所述監(jiān)視設(shè)備包括永久性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和人機(jī)界面并被配置成從DAM接收連續(xù)更新的力大小輸入；顯示所述屋頂?shù)木W(wǎng)線圖，所述網(wǎng)線圖是顏色編碼的以指示施加在所述屋頂?shù)拿總€(gè)點(diǎn)上的實(shí)時(shí)力大?。灰坏腄AM接收到報(bào)警信號(hào)，則在人機(jī)界面上提供報(bào)警狀態(tài)指示，并開始以小于I小時(shí)的規(guī)則間隔記錄力大小數(shù)據(jù)；一旦從DAM接收到警示狀態(tài)信號(hào)，則在所述人機(jī)界面上提供可見和可聽的警示并開始連續(xù)地記錄力大小數(shù)據(jù)；經(jīng)由所述發(fā)射機(jī)可通信地耦合至DAM的實(shí)時(shí)警告系統(tǒng)，并且所述實(shí)時(shí)警告系統(tǒng)被配置成 一旦從DAM接收到警示信號(hào)，就運(yùn)作疏散報(bào)警系統(tǒng)以提供所述結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)的可聽和可視警告，并向所述結(jié)構(gòu)的住戶提供疏散指令。
全文摘要
披露了一種表面安裝的監(jiān)視系統(tǒng)，它益于檢測(cè)表面上普通負(fù)載和過度負(fù)載兩者的存在并提供實(shí)時(shí)和近實(shí)時(shí)趨勢(shì)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)包括設(shè)置在諸如屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)性構(gòu)件的外表面上的力換能器陣列。在一示例性實(shí)施例中，換能器可設(shè)置在內(nèi)表面上，例如嵌入到隔熱結(jié)構(gòu)中。力換能器檢測(cè)作用在表面上的負(fù)載力。數(shù)據(jù)分析模塊(DAM)可將力讀數(shù)記錄在循環(huán)存儲(chǔ)緩沖器中，從而在災(zāi)難性崩塌情況下可恢復(fù)最近的數(shù)據(jù)。DAM也可與監(jiān)視設(shè)備通信，該顯示設(shè)備可向用戶顯示實(shí)時(shí)負(fù)載數(shù)據(jù)并執(zhí)行其他分析。
文檔編號(hào)G01L1/04GK103026394SQ201180030486
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者A·艾永, C·豪拉姆 申請(qǐng)人:得克薩斯州大學(xué)系統(tǒng)董事會(huì)