[实用新型]一种基于振弦式传感器的数据采集系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于振弦式传感器的数据采集系统，特别涉及一种可拓展的基于振弦式传感器的应变数据采集系统，属于土木结构健康监测技术领域。

背景技术

结构体的健康监测，是为了确保从施工阶段到工程竣工乃至整个使用寿命周期内的结构体的安全性和可靠性。振弦式传感器在结构体的长期的健康监测中得以广泛应用。

很多大型结构体都安装了振弦式传感器，通过应变读数仪装置测量结构体的应变值，但目前的装置具有以下不足：

1.通常一个装置只有一个传感器接口，只能对一个测点进行数据采集，而工业现场往往需要对多个(几十个、甚至是上百个)点进行监测，就需要对多个装置进行单独操作；多个装置间彼此独立；

2.单向通信，现有的装置大多仅具备采集数据的单向通信功能，无法在试验需要时进行工作时间的调节，无法在系统工作空隙时自动休眠降低功耗。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述现有技术的缺陷，能够更方便、节能地对结构体进行长期的健康监测，提出了一种基于振弦式传感器的数据采集系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

本实用新型的一种基于振弦式传感器的数据采集系统，包括上位机、USB协议与CAN协议转换网关、一个或者一个以上的数据采集模块、外部供电电源、传感器；

每个数据采集模块均包括处理器及处理器的外围电路、电源转换与稳压电路、电池电量监测电路、CAN总线接口电路、RS485总线接口电路、激频电路、拾频电路(频率信号放大与滤波整形电路)、恒流源激励电路、温度信号采集电路、数据存储电路、一个或者一个以上的传感器接口电路以及一个或者一个以上的带热敏电阻的振弦式传感器；

传感器接口电路通过带屏蔽的四根信号线与振弦式传感器相连，分别用于向传感器进行激频、进行拾频、提供激励电流信号和获取传感器输出的电压形式的温度信号；

激频电路将处理器产生的幅值为+5V的一路脉冲信号进行功率放大，并将功率放大后的信号通过开关驱动器产生多路激励脉冲，再经由传感器接口电路向传感器提供400Hz至6000Hz的幅值为+5V的的激励信号；

拾频电路(频率信号放大与滤波整形电路)通过传感器接口电路获取传感器输出的共振频率信号(钢弦的固有频率)，经过高通滤波、低通滤波、信号放大和整形处理，并将处理后的信号送入处理器；

恒流源激励电路通过传感器接口电路在处理器的控制下向各传感器提供激励电流，通过改变恒流源激励电路中负载电阻的阻值调节激励电流的大小；

温度信号采集电路通过传感器接口电路获得各传感器输出的表征传感器温度的电压信号，并对该电压信号进行放大和滤波处理，将处理后的电压信号送入处理器的模拟量采集模块进行模数转换从而使处理器得到各传感器的温度信号；

数据存储器电路为易失性存储器，通过数据总线和地址总线与处理器相连，用于临时存储处理器中接收到的数据；

各数据采集模块的处理器均通过CAN总线接口电路连接到CAN总线上以实现多个数据采集模块的交互式连接，构成一个交互式数据采集系统，从而实现多模块的拓展功能；CAN总线再经由USB协议与CAN协议转换网关与上位机相连，将各采集模块中处理器采集的数据上传给上位机进行后续处理，同时接收上位机发出设置处理器的激频时间间隔、调节采样频率、休眠及其他与系统相关的控制指令；

电源转换与稳压电路的输入为外部供电电源(6-24VDC)，电源转换与稳压电路的输出为处理器及其外围电路、电池电量监测电路、CAN总线接口电路、RS485总线接口电路、激频电路、拾频电路、恒流源激励电路、温度信号采集电路和数据存储电路提供电源；

电池电量监测电路用于检测电源转换与稳压电路的输出电压值，并将检测结果送入处理器，处理器再通过CAN总线接口电路及USB协议与CAN协议转换网关将检测结果送至上位机，由上位机实时显示数据采集模块的供电电压；

每个模块还预留了RS485接口电路以备后期扩展，处理器通过RS485总线接口电路与外部的RS485总线通信；

所述上位机为带USB接口的台式机或笔记本电脑。

本实用新型的一种基于振弦式传感器的数据采集系统，其工作过程为：

1)数据采集模块的处理器通过USB协议与CAN协议转换网关经由CAN总线接口电路接收上位机发送的控制指令；