[发明专利]基于单节锂电池供电的便携式振弦数据采集系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器采集系统，具体涉及一种用于工程结构安全监测的便携式振弦数据采集系统。

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。

振弦式传感器属于频率型传感器，其结构简单、坚固耐用、抗干扰能力强、输出为频率信号、便于与微机接口，具有一般谐振式传感器的优点，广泛应用于水利、水电、铁道、交通、矿山、石油、土木建筑物及地基内结构中。

利用振弦式传感器测量物理量是基于其钢弦振动频率随钢丝张力变化，输出的是频率信号，具有抗干扰能力强，对电缆要求低，有利于传输和远程测量的特点。因此，可获得非常理想的测量效果。

目前，便携式振弦采集仪设备都采用内部将单电源通过DCDC转换为双电源供电，再进行DCDC转换的同时，增加了系统的本地噪声，对幅值较小的振弦信号不利于采集。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种本体噪声低、可提高系统信噪比，从而可增强微弱信号拾取能力的基于单节锂电池供电的便携式振弦数据采集系统。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

基于单节锂电池供电的便携式振弦数据采集系统，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单节锂电池电源相连。

上述中央控制设备为微电脑模块或终端电脑。

上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。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明采用单节锂电池供电，内部无需采用DCDC转换器将电源转换为双极性电源，采用能够单电源供电的运算放大器，使系统的本体噪声与功耗降至最低，极大的提高了系统信噪比，增强了对微弱信号的拾取能力。

2、本发明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。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。

3、本发明适用于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。

具体实施方式

一种基于单节锂电池供电的便携式振弦数据采集系统，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单节锂电池电源相连。上述中央控制设备为微电脑模块或终端电脑。上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。

本发明在数据链路的最前端采用全差分输入方式，可将外部共模噪声极大的抑制，再通过一个阶的抗混叠滤波器，可将高频部分的噪声抑制，ADC采用16位，系统信噪比达到90DB左右，经过实际测试，系统的本体噪声密度频谱为2.5uV/Hz(1/2)，幅度谱最大值10uV，只要信号幅值大于幅度谱最大值10倍，也就是0.1mV，就能将信号很容易的拾取出来，而实际中，微弱的振弦信号幅值也在0.1mV之上，从而解决了采集微弱振弦信号的问题。