CN202230595U

CN202230595U - 一种用于振弦式传感器的多通道数据采集系统

Info

Publication number: CN202230595U
Application number: CN 201120404082
Authority: CN
Inventors: 李健; 黄国伟; 罗贞; 王旭东; 孙晖; 陈剑辉
Original assignee: GUANGDONG PROV INST OF BUILDING SCIENCE
Current assignee: Guangdong Provincial Academy of Building Research Group Co Ltd
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2021-10-21

Abstract

本实用新型公开了一种用于振弦式传感器的多通道数据采集系统，该系统包括扩展模块、多路模块、测量控制模块和安装有采集分析软件的中央控制设备；所述的扩展模块、多路模块、测量控制模块和中央控制设备依次通过电缆连接；所述扩展模块上连接有若干个振弦式传感器，所述多路模块上连接有若干个扩展模块，所述测量控制模块上连接有若干个多路模块，所述中央控制设备上连接有若干个测量控制模块。本系统可以对工程结构关键部位进行全自动实时采集、处理、分析；可以通过采集分析软件进行安全状况评估，并可提供实时监测数据、预警情况和评估报告，提高管养工作效率，节约养护成本，提高管养整体技术水平，预诊断安全状况，延长使用寿命。

Description

一种用于振弦式传感器的多通道数据采集系统

技术领域

本实用新型涉及一种结构参数监测系统，具体来说涉及一种用于振弦式传感器的多通道数据采集系统。

背景技术

合理结构和承载设计是工程结构安全的最基本保证，尤其对于大型桥梁、隧道、水坝等来说，由于其结构复杂，各种外在条件和施工质量的影响等等，致使人们对很多未知因素都不能准确预测和提早防御，在这种情况下，只有借助先进的自动化监测系统来全面提高的结构的安全状况的预警能力。长期以来，人们对于危害结构安全的多种参数的检测一直以人工检测方法为主。且一般是定期进行检测，甚至是在出现重大安全情况时再进行检测，导致很多工程结构的安全隐患不能及时发现，对人民群众的生命财产安全造成了重大的威胁。因此，这种传统的检测方法已经不适于时代的发展需求。

传统的结构检测通常是人工定期检测，虽然检测技术在上世纪九十年代已有飞跃的发展，但缺点和局限性依然存在。在通常情况下，人工检测需要预知结构的损伤位置，很难发现某些重要结构的内部损伤，更致命的是，人工检测方法无法检查到人员和设备都难以到达的重要部位。并且检测结果都需要专业人员来评估，带有很大程度的主观性。同时，人工检测时间长，很难实时预知突发的意外事件，很难为管理部门及时提供科学的决策和指导依据。

随着监测技术、信息化技术、电子通讯技术等技术的兴起，为自动化监测奠定了坚实的基础，彻底解决人工检测的工作量大、操作繁琐、误差率大等特点。其方法主要是运用现代传感技术与电子信息技术，通过实时获取结构、受力等各种有效数据来，监测结构响应与动态行为等指标，并依靠采集分析软件评估结构的安全状态并给予预警。近年来，传感器的种类越来越多，并通过与信息的充分融合，使得分布式大容量数据采集和综合处理分析能力成为现实并大面积普及。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于振弦式传感器的多通道数据采集系统，本系统可以对工程结构关键部位进行全自动实时采集、处理、分析；可以通过采集分析软件进行安全状况评估，并可提供实时监测数据、预警情况和评估报告，提高管养工作效率，节约养护成本，提高管养整体技术水平，预诊断安全状况，延长使用寿命。

本实用新型的目的可通过以下的技术措施来实现：

一种用于振弦式传感器的多通道数据采集系统，包括扩展模块、多路模块、测量控制模块和安装有采集分析软件的中央控制设备；所述的扩展模块、多路模块、测量控制模块和中央控制设备依次通过电缆连接；所述扩展模块上连接有若干个振弦式传感器，所述多路模块上连接有若干个扩展模块，所述测量控制模块上连接有若干个多路模块，所述中央控制设备上连接有若干个测量控制模块。

所述中央控制设备为微电脑模块和/或终端电脑。

所述中央控制设备设有输入接口；所述测量控制模块设有收发口和输出接口；所述多路模块设有输入接口、控制接口和收发口；所述扩展模块设有四芯线输入接口、控制接口和输出接口；

所述中央控制设备的输入接口与所述的测量控制模块的输出接口相连，并接收测量控制模块送来的采集数据，同时，向所述测量控制模块发送控制指令；

所述测量控制模块的收发口与所述多路模块的收发口相连，并接收所述多路模块发送过来的数据；

所述多路模块的输入接口与所述扩展模块的输出接口连接，并接收所述扩展模块采集的数据；所述多路模块的控制接口与所述扩展模块的控制接口连接，并向所述扩展模块发送控制命令；

所述扩展模块的四芯线输入接口与振弦式传感器相连，并接收振弦式传感器探测到的数据。

所述振弦式传感器为二芯屏蔽线振弦式传感器或四芯屏蔽线振弦式传感器。

所述中央控制设备的输入接口为RS-232输入接口或USB接口；所述测量控制模块的输出接口为RS-232输出接口。

所述测量控制模块的收发口与所述多路模块的收发口之间、所述多路模块的控制接口与所述扩展模块的控制接口之间均通过二芯屏蔽线相连；所述多路模块的输入接口与所述扩展模块的输出接口之间通过四芯屏蔽线相连；所述扩展模块的四芯线输入接口与振弦式传感器之间通过二路二芯或一路四芯屏蔽线相连。

所述振弦式传感器的类型为应力型或压力型或张力型或温度型的二芯或四芯屏蔽线振弦式传感器。

所述振弦式传感器、扩展模块、多路模块、测量控制模块均设有电源接口并与12V直流供电电源相连。

所述微电脑模块与1块测量控制模块相连；所述终端电脑与多于等于1块的测量控制模块相连；所述测量控制模块与1～4块多路模块相连；所述多路模块与1～2块扩展模块相连；所述扩展模块与1～16块四芯屏蔽线振弦式传感器相连，或者，与1～32块二芯屏蔽线振弦式传感器相连，或者，若干块四芯屏蔽线振弦式传感器和若干块二芯屏蔽线振弦式传感器的搭配组合。

作为本实用新型的一个最佳实施方式，所述多通道振弦式数据采集系统中设有1台终端电脑，微电脑模块和测量控制模块各有若干块，所述终端电脑与所述测量控制模块采用一对多相连，所述微电脑模块与测量控制模块采用一对一连接，所述每块测量控制模块上设有4路收发口，每路收发口与1块多路模块相连；所述多路模块上设有2路收发口，每路收发口与1块扩展模块相连；所述扩展模块上设有16路四芯线输入接口，每路四芯线输入接口与1块四芯屏蔽线振弦式传感器相连，或者，与2块二芯屏蔽线振弦式传感器相连。

本实用新型对比现有技术，有如下优点：

1、本系统可以对工程结构关键部位进行全自动实时采集、处理、分析；可以通过采集分析软件进行安全状况评估，并可提供实时监测数据、预警情况和评估报告，提高管养工作效率，节约养护成本，提高建设或管养整体技术水平，确保建筑、桥梁、隧道、大坝、边坡等结构安全使用，预诊断安全状况，延长使用寿命；

2、该系统采用模块化结构设计。系统中各传感器相对独立，模块与模块间连接通过的通讯接口。从而使得这种模块化结构扩展性强，通道数不受限；这种多层结构，各模块负载均衡、处理速度快、运行效率高，可在各种恶劣条件下工作，根据项目需要，搭配各种类型和数量的振弦式传感器；

3、本系统中的采集分析软件直接读取记录获取数据信息进行处理分析，数据提取和使用简单方便，可在采集、处理、传输过程中对数据进行傅立叶变换、时间标识和记录封装；

4、该系统的控制指令由采集分析软件负责指令的发出，测量控制模块负责实施，可自定义设置各传感器的采样频率，灵活性强，集成度高，历史数据保存于终端电脑硬盘中可供随时查阅；

5、该系统可配备蓄电池，在电网不稳定或失去电力供应时，满足长时间连续数据采集的需要，在电力恢复后，系统能够自动启动，具有掉电保护功能；

6、该系统所有输入通道和接地均通过气体保护管，有可靠的浪涌保护，配备自检查诊断和处理功能，具备容错性高和抗干扰能力强的特点。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图；

图2是图1所示的系统中扩展模块的外部连接结构示意图；

图3是图1所示的系统中多路模块的外部连接结构示意图；

图4是图1所示的系统中测量控制模块的外部连接结构示意图；

图5是图1所示的系统中微电脑模块的外部连接结构示意图；

图6是；图1所示的系统中终端电脑的外部连接结构示意图

图7是图1所示的系统中控制指令流程图；

图8是图1所示的系统中数据采集流程图。

具体实施方式

实施例一

图1示出了本实用新型的用于振弦式传感器的多通道数据采集系统的一个最佳实施例的结构，该系统具体由中央控制设备、测量控制模块、多路模块、扩展模块组成。中央控制设备上安装有采集分析软件。本实施例中的中央控制设备包括1台终端电脑和若干块微电脑模块。测量控制模块也设有若干台，且终端电脑与测量控制模块采用一对多连接，微电脑模块与测量控制模块采用一对一连接。每块测量控制模块上连接4块多路模块；每块多路模块上连接2块扩展模块；每块扩展模块上连接16路四芯屏蔽线振弦式传感器或32路二芯屏蔽线振弦式传感器，或者两种振弦式传感器的混合搭配连接方式。数据采集、处理、分析、显示等指令控制和执行可由运行于终端电脑的采集分析软件或运行于微电脑模块中的采集分析软件负责。振弦式传感器负责信号输出，并通过数据采集的扩展模块、计算主振频率的多路模块、数据封装的测量控制模块将数据送至终端电脑。除终端电脑外的所有硬件均用12V直流电源或蓄电池进行供电。

其中，振弦式传感器为二芯屏蔽线振弦式传感器或四芯屏蔽线振弦式传感器，或者，这两种振弦式传感器的混合搭配。且振弦式传感器的类型可以是应力型或压力型或张力型或温度型的二芯或四芯屏蔽线振弦式传感器中的一种或多种。

图2所示为扩展模块的外部连接结构示意图，主要由16路四芯线输入接口、控制接口、电源接口、输出接口组成。每路四芯线输入接口用于连接二路二芯或一路四芯屏蔽线振弦式传感器，支持顺序测量各通道和直接测量特定通道两种测量模式。控制接口与多路模块的控制接口相连，用于接收控制指令；电源接口与多路模块的电源接口相连，用于本模块供电，输出接口与多路模块的输入接口相连，用于向多路模块发送数据。所有输入通道和接地均通过气体保护管，并有可靠的电涌保护。

图3所示为多路模块的外部连接结构示意图，主要由2路输入接口、控制接口、电源接口、收发口组成。其中2路输入接口分别与2路数据扩展模块的输出接口连接，用于接收扩展模块采集的数据；控制接口与扩展模块的控制接口连接，用于发送控制指令；电源接口与扩展模块的电源接口连接，用于向扩展模块供电，收发口与测量控制模块的收发口连接，用于向测量控制模块传输数据。

多路模块采用频域分析方法来测量振弦式传感器的主振频率，该方法利用傅立叶变换将振动信号转换到频域内进行分析，从而提供高精度和准确度数据。它具备对振荡元件信号强度、信号对噪声比、震荡元件信号衰减比及错误信号响应自检查诊断和处理能力，所有输入通道和接地均通过气体保护管。

图4所示为测量控制模块的外部连接结构示意图：主要由4路收发口、输出接口、电源接口组成。4路收发口用于连接4块多路模块，输出接口为RS-232接口，并与终端电脑连接，用于把数据传输到终端电脑供采集分析软件进行分析处理；电源接口连接12V直流电源用于整个系统供电。测量控制模块所有输入通道和接地配备气体放电管和充电电池，支持时钟控制、温度补偿和SRAM内存，可以确保时间和数据的准确性，测量的数据带有时间标记和记录编号。

图5所示为微电脑模块结构图：微电脑上安装有采集分析软件，并通过RS-232接口或USB接口与测量控制模块RS-232接口连接，测量控制模块向微电脑模块发送采集的数据，采集分析软件通过RS-232接口向测量控制模块发送控制指令，并负责读取RS-232接口的采集数据进行处理分析。微电脑模块配备触摸式大屏幕LCD和大容量SD内存卡，可以进行系统初始化、指令控制、数据采集、简单的处理和分析功能，可以实时显示各通道数据值，可以存储海量历史数据并方便数据导出。

图6所示为终端电脑结构图：终端电脑上安装有采集分析软件，并通过RS-232接口或USB接口与多块测量控制模块RS-232接口连接。测量控制模块向终端电脑发送采集的数据，采集分析软件通过RS-232接口向测量控制模块发送控制指令，并负责读取RS-232接口的采集数据进行处理分析。

微电脑和终端电脑上运行的采集分析软件通过读取RS232接口或USB接口获取测量控制模块的采集数据，可以自定义设置通道数、频率范围、标定系数、标定零点、表格和图形显示字段；可以多通道变化趋势表格显示，多通道变化趋势图形绘制，历史数据查询，数据Excel格式导出。

图7所示为系统指令控制流程图。运行采集分析软件后，需要设置好系统参数(通道数、采样频率、标定系数、表格和图形显示信息等)，初始化成功后即写入测量控制模块，当发送采集指令成功时开始采集数据并送至终端电脑，当发送结束指令时操作结束。

图8所示为数据采集时系统数据流程图。在开始采集时，系统会将通道数据进行编号、温度补偿、傅立叶变换、时间标记和记录封装操作，当数据为正常有效数据则通过采集分析软件进行分析处理，并显示处理结果和异常预警。

本实用新型的多通道振弦式数据采集系统中的微电脑模块与1块测量控制模块相连；终端电脑与多于等于1块的测量控制模块相连，连接的数量主要取决于RS-232接口或USB接口数量；测量控制模块与1～4块多路模块相连；多路模块与1～2块扩展模块相连；扩展模块与1～16块四芯屏蔽线振弦式传感器相连，或者，与1～32块二芯屏蔽线振弦式传感器相连，或者，也允许四芯屏蔽线振弦式传感器和二芯屏蔽线振弦式传感器的混合数量搭配组合。因此，本实用新型的实施例不限于上述一种，例如如下的实施例二、三、四等。

实施例二

与实施例一不同的是，本实施例中的中央控制设备包括终端电脑和微电脑模块各1块，测量控制模块也只有1块，终端电脑和微电脑模块均与测量控制模块相连。

实施例三

与实施例一不同的是，本实施例中的中央控制设备只由1块微电脑模块构成，测量控制模块也只设置一块。

实施例四

与实施例一不同的是，本实施例中的中央控制设备只由1台终端电脑构成，测量控制模块也只设置一块。

本实用新型的实施方式不限于此，在本实用新型上述基本技术思想前提下，按照本领域的普通技术知识和惯用手段对本实用新型内容所做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims

1.一种用于振弦式传感器的多通道数据采集系统，其特征在于：包括扩展模块、多路模块、测量控制模块和安装有采集分析软件的中央控制设备；所述的扩展模块、多路模块、测量控制模块和中央控制设备依次通过电缆连接；所述扩展模块上连接有若干个振弦式传感器，所述多路模块上连接有若干个扩展模块，所述测量控制模块上连接有若干个多路模块，所述中央控制设备上连接有若干个测量控制模块。

2.根据权利要求1所述的用于振弦式传感器的多通道数据采集系统，其特征在于：所述中央控制设备为微电脑模块和/或终端电脑。

3.根据权利要求2所述的用于振弦式传感器的多通道数据采集系统，其特征在于：所述中央控制设备设有输入接口；所述测量控制模块设有收发口和输出接口；所述多路模块设有输入接口、控制接口和收发口；所述扩展模块设有四芯线输入接口、控制接口和输出接口；

4.根据权利要求3所述的用于振弦式传感器的多通道数据采集系统，其特征在于：所述振弦式传感器为二芯屏蔽线振弦式传感器或四芯屏蔽线振弦式传感器。

5.根据权利要求4所述的用于振弦式传感器的多通道数据采集系统，其特征在于：所述中央控制设备的输入接口为RS-232输入接口或USB接口；所述测量控制模块的输出接口为RS-232输出接口。

6.根据权利要求5所述的用于振弦式传感器的多通道数据采集系统，其特征在于：所述测量控制模块的收发口与所述多路模块的收发口之间、所述多路模块的控制接口与所述扩展模块的控制接口之间均通过二芯屏蔽线相连；所述多路模块的输入接口与所述扩展模块的输出接口之间通过四芯屏蔽线相连；所述扩展模块的四芯线输入接口与振弦式传感器之间通过二路二芯或一路四芯屏蔽线相连。

7.根据权利要求6所述的用于振弦式传感器的多通道数据采集系统，其特征在于：所述振弦式传感器的类型为应力型或压力型或张力型或温度型的二芯或四芯屏蔽线振弦式传感器。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的用于振弦式传感器的多通道数据采集系统，其特征在于：所述振弦式传感器、扩展模块、多路模块、测量控制模块均设有电源接口并与12V直流供电电源相连。

9.根据权利要求8所述的用于振弦式传感器的多通道数据采集系统，其特征在于：所述微电脑模块与1块测量控制模块相连；所述终端电脑与多于等于1块的测量控制模块相连；所述测量控制模块与1～4块多路模块相连；所述多路模块与1～2块扩展模块相连；所述扩展模块与1～16块四芯屏蔽线振弦式传感器相连，或者，与1～32块二芯屏蔽线振弦式传感器相连，或者，若干块四芯屏蔽线振弦式传感器和若干块二芯屏蔽线振弦式传感器的搭配组合。

10.根据权利要求9所述的用于振弦式传感器的多通道数据采集系统，其特征在于：所述多通道振弦式数据采集系统中设有1台终端电脑，微电脑模块和测量控制模块各有若干块，所述终端电脑与所述测量控制模块采用一对多相连，所述微电脑模块与测量控制模块采用一对一连接，所述每块测量控制模块上设有4路收发口，每路收发口与1块多路模块相连；所述多路模块上设有2路收发口，每路收发口与1块扩展模块相连；所述扩展模块上设有16路四芯线输入接口，每路四芯线输入接口与1块四芯屏蔽线振弦式传感器相连，或者，与2块二芯屏蔽线振弦式传感器相连。