[实用新型]基于Zigbee的地震模拟振动台数据采集系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及地震模拟检测技术领域，尤其是基于Zigbee的地震模拟振动台数据采集系统。

背景技术

地震是重大自然灾害之一，地震发生时会使大量的建筑物、设备造成损坏甚至倒塌，甚至发生山体滑坡泥石流等地质灾害，给人民的生命和财产造成了严重的损失。因此提高建筑物、构筑物、设备等的抗震能力是减小地震损害的主要途径。由于地震模拟振动台可以在实验室很好地再现地震作用的动力过程，是研究结构地震反应和破坏机理的最直接方法，是研究建筑物等抗震能力的有效方法。地震模拟台试验通常是将建筑物、构筑物、设备同等或缩比模型放置在震动台上模拟地震振动观测其响应。在地震模拟台上可以进行如下各种试验：①进行各类建筑物模型的动力特性试验；②进行各类建筑物模型在地震作用下的破坏机理的研究；③进行各类建筑物模型的抗震措施的研究；④进行各种机电设备和设施的耐震试验研究；⑤进行各类机电产品的振动例行试验。

地震模拟台测控系统由控制部分和数据采集部分组成，在控制部分中，地震模拟台根据输入波形产生震动，输入的地震振动波可以根据研究需要选用不同地域的地震波形，地震振动频谱范围分布在0.2-20Hz之间，能量峰值在1Hz 附近，震动幅度可以根据实验需要进行调节。在数据采集部分中，在建筑模型或设备模型各个测试位置布置传感器，测量建筑物模型的动力特性参数，主要测量的响应参数是各个测试位置的应变、位移和加速度等。

目前地震模拟台测控系统一般是由一台计算机完成，也就是集中式数据采集和控制系统。其中数据采集部分包括传感器、传感器信号变送柜、计算机采集卡及计算机等部分。通常一个实验模型布置应变传感器数量达几十个，位移传感器、加速传感器也有十几个。应变传感器、位移传感器、加速传感器接入到变送器柜变换成标准的电压信号，再接入到台式计算机内部安装数据采集卡。计算机将应变、位移、加速度信号转转成数字量，采集的数据以文件的形式保存下来，用于以后的分析和应用。这些数据也可以以静态曲线形式在屏幕上显示出来用于观测数据采集的结果。

现有集中式数据采集系统的主要缺点：①价格高、体积重量大，尤其是变送器柜价格贵，体积和重量较大；②在地震模拟台建筑物模型或设备上放置的各种传感器一般情况多达几十个，布线和接线都需耗费很多人力物力；③信号有线传输会带来共模和差模干扰，影响到信号的传输质量和信号的采集精度。

实用新型内容

基于地震模拟振动台实验模型数据采集点多且分散的特点，本实用新型的目的是提供一种基于Zigbee的地震模拟振动台数据采集系统，实现实验模型各测试位置的应变、位移、加速度等参数的采集、传输和存储。

本实用新型的技术方案是：基于Zigbee的地震模拟振动台数据采集系统，采集系统Zigbee无线网络采用星形结构，包括多台数据采集节点、一台协调器节点，采集还包括一台计算机，所述数据采集节点与协调器节点通过无线连接，所述协调器节点通过USB与计算机连接，所述数据采集节点和协调器节点采用低功耗设计，所述数据采集节点由电池供电，所述协调器节点是由计算机通过 USB接口提供的电源。

进一步的，所述数据采集节点包括应变采集节点、位移采集节点和加速度采集节点。

进一步的，所述应变采集节点应变检测采用电阻应变片传感器。

进一步的，所述位移采集节点位移检测采用的是拉绳位移传感器，所述位移传感器将位移的变化转换成电位器电阻的变化。

进一步的，所述加速度采集节点加速度检测采用动圈式电磁感应加速度传感器。

进一步的，所述应变采集节点应变检测采用单电源专用集成仪用放大器 AD623作为变换电路，所述位移采集节点位移检测采用由单电源运放LM358组成的R-U变换电路，所述加速度采集节点加速度检测采用单电源专用的集成仪用放大器AD623作为变换电路，输入端增加了工作点偏移电路。

进一步的，所述数据采集节点采集和控制的核心元件微处理器采用的是 ZigBee的专用控制芯片CC2530。

进一步的，所述协调器节点核心元件微处理器采用的是ZigBee的专用控制芯片CC2531，其内部在CC2530基础上增加了一个USB专用控制器，通过USB接口电路与计算机连接。

进一步的，所述计算机可通过USB接口接收采集的应变、位移和加速度数据，并实现数据存储、显示和记录。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型采用无线通讯方式，不需要现场布置信号线，大大的减少了工作强度和工作量。