CN102082656A

CN102082656A - 一种桥梁健康监测系统的时钟同步装置

Info

Publication number: CN102082656A
Application number: CN2011100296774A
Authority: CN
Inventors: 周哲峰; 汪洋; 詹永麟; 张峰; 査正军; 徐刚; 刘学
Original assignee: Shanghai Justone Sci & Tech Development Co Ltd
Current assignee: Shanghai Justone Sci & Tech Development Co Ltd
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2011-06-01

Abstract

本发明公开了一种桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特点是该装置由同步时钟接收器、PXI计算机、交换机和服务器组成，PXI计算机设有主控器、同步时钟模块、计数器/定时器和动态信号采集卡；接收器将GPS卫星发送的时间信号接入与动态信号采集卡连接的同步时钟模块、计数器/定时器和主控制器以及与服务器连接的交换机，实现PXI计算机的时钟同步采集与存储。本发明与现有技术相比具有结构简单，实施方便，实现了真正意义上的数据同步采集，对桥梁的各种突发事件能在第一时间内及时、正确地作出响应，以延长桥梁的使用寿命，而且，对桥梁的研究和分析具有重要的意义。

Description

一种桥梁健康监测系统的时钟同步装置

技术领域

本发明涉及自动化实时监测技术领域，尤其是一种桥梁健康监测系统的时钟同步装置。

背景技术

对桥梁进行实时监测，能及时获知桥梁的健康状况，以便对各种突发事件能够及时作出响应，进行必要的养护工作，对延长桥梁的使用寿命起很大作用。另外，对桥梁监测的数据作进一步的研究和分析，对桥梁的基础研究具有重要的意义。由于桥梁监测点分散在各处，很多监测分析具有实时性的特点，例如；地震、台风和交通事故等，对于各部位监测数据需要非常准确的时间同步。但是，现有的采集技术很难以达到上述的监测要求，如果不采用同步技术，极有可能造成各个监测点采集数据时间上的微小误差，这不仅造成监测结果的不准确，还严重影响了对桥梁健康的研究分析。同步技术应包括为数据采样频率的同步和时间轴上的同步，采样频率的同步为采样时钟信号的脉冲同步以及相位同步，时间轴上的同步为采样点时间标签的同步。

目前，数据采集的同步主要采用的是机箱同步技术，即为时钟同步模块的

时钟频率共享技术，每个PXI计算机中都装有时钟同步模块，然后用同轴电缆把各个时钟同步模块相连，以其中一个时钟同步模块作为主模块，其余的作为从模块，主模块内部的时钟信号通过同轴电缆同步从模块内部的时钟信号，动态信号采集卡都用次信号作为采样时钟，时间戳同步可以采用网络时间服务器。但是，机箱同步技术由于电缆的局限性，距离过长会导致信号衰减，很难做到公里级数的时钟同步采集。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种桥梁健康监测系统的时钟同步装置，它采用PXI采集卡与GPS时钟同步，实现对分布在桥体各个位置的工作站进行真正意义上的数据同步采集，具有结构简单，实施方便。

实现本发明目的的技术方案是：一种桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特点是该装置由同步时钟接收器、PXI计算机、交换机和服务器组成，PXI计算机设有主控器、同步时钟模块、计数器/定时器和动态信号采集卡；服务器设有为接收器上开启NTP服务对象的采集软件；接收器由天线接受来自GPS卫星发送的10MPPS、1PPS和绝对时间信号， 10MPPS时间信号接入与动态信号采集卡连接的同步时钟模块；1PPS时间信号接入与动态信号采集卡连接的计数器/定时器；绝对时间信号分别接入与动态信号采集卡连接的主控制器和与服务器连接的交换机，实现PXI计算机的时钟同步采集与存储。

所述10MPPS时间信号为间隔10纳秒的脉冲信号。

所述1PPS时间信号为间隔1秒、宽度100毫秒的脉冲信号。

所述同步时钟模块将10MPPS信号分频为动态信号采集卡的采样基频。

所述计数器/定时器以1PPS频率进行计数并设定采集时间，为动态信号采集卡提供开始采集和相位同步的触发脉冲信号。

所述主控器将接收的绝对时间信号转换为动态信号采集卡的绝对时间标签。

所述服务器设有同步时钟软件并存储传感器数据。

所述动态信号采集卡为同步采集电压、电流和484通讯类传感器数据模块。

本发明与现有技术相比具有结构简单，实施方便，实现对分布在桥体各个位置的工作站进行真正意义上的数据同步采集，对桥梁的各种突发事件能在第一时间内及时、正确作出响应，进行必要的养护工作，延长桥梁的使用寿命，而且，同步采集的桥梁监测数据对桥梁的研究和分析具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

参阅附图1，本发明由同步时钟接收器1、PXI计算机2、交换机3和服务器4组成，PXI计算机2设有主控器21、同步时钟模块22、计数器/定时器23和动态信号采集卡24；动态信号采集卡24为同步采集电压、电流和484通讯类传感器数据模块；服务器4设有为接收器1上开启NTP服务对象的同步软件，并储存传感器数据；接收器1由天线5接受来自GPS卫星信号，向外部发送10MPPS、1PPS和绝对时间信号， 10MPPS时间信号为间隔10纳秒的脉冲信号，接入与动态信号采集卡24连接的同步时钟模块22；同步时钟模块22将10MPPS信号分频为动态信号采集卡24的采样基频；1PPS时间信号为间隔1秒、宽度100毫秒的脉冲信号，接入与动态信号采集卡24连接的计数器/定时器23，计数器/定时器23以1PPS频率进行计数并设定采集时间，为动态信号采集卡24提供开始采集和相位同步的触发脉冲信号；绝对时间信号分别接入与动态信号采集卡24连接的主控制器21和与服务器4连接的交换机3；主控器21将接收的绝对时间信号转换为动态信号采集卡24的绝对时间标签，实现PXI计算机2的时钟同步以及桥梁健康监测系统的数据同步采集；服务器4存储动态信号采集卡24所采集的传感器数据。

下面以一座主跨708米双层桥面斜拉桥，一共布置有3个外场机柜采集桥上各个界面的风速风向、加速度和索力数据的具体实施例作对本发明进一步的详细说明。

实施例1

本发明由同步时钟接收器1、PXI计算机2、交换机3和服务器4组成，与每个外场机柜配套使用，其中服务器4设置在监控中心，为3个外场机柜共用。PXI计算机2设有PXI-8110主控制器21、PXI-6652同步时钟模块22、PXI-6602计数器/定时器23、PXI-4472动态信号采集卡24，同步时钟接收器1开启NTP服务为服务器4的时间同步源。将设置在桥上的风速风向、加速度和索力传感器由线缆与动态信号采集卡24连接，由动态信号采集卡24采集桥上各个截面上的风速风向、加速度和索力数据，由交换机3将动态信号采集卡24采集到的传感器数据传回至服务器4进行存储，本发明硬件连接和软件配置如下：

⑴、硬件连接：

接收器1由天线5接受来自GPS卫星发送的1PPS时间信号接口通过BNC转SMB线与PXI-6602计数器/定时器23连接；接收器1由天线5接受来自GPS卫星发送的10MPPS时间信号接口通过BNC转SMB线与PXI-6652同步时钟模块22连接；接收器1由天线5接受来自GPS卫星发送的绝对时间信号接口通过串口DB9母线与PXI-8110主控制器21串口连接，接收器1由天线5接受来自GPS卫星发送的绝对时间信号通过网线接入交换机3。

⑵、PXI软件配置：

a、对同步时钟模块配置

接收器1将获取的GPS时钟同步信号首先通过NI-SYNC开发工具包提供的编程模块对PXI-6652同步时钟模块22进行相应配置，开启PLL锁相环以及PLL频率，设置10MPPS信号的输入端获取同步时钟信号，对时钟信号分频，将分频后时钟信号发送到PXI_STAR信号线上进行时钟频率脉冲同步，并将PXI_TrigⅡ触发线（源）连接到PXI_TrigⅤ触发线上，以同步频率时钟为触发频率进行相位同步的设置。

b、对计数器/定时器配置

通过LabVIEWDAQmx模块对PXI-6602计数器/定时器23进行配置，首先设置第2个1PPS输入端，将信号发送到PXI_TrigⅡ给相位同步做准备，然后设置第1个1PPS输入端，将信号发送给PXI_Trig0作为触发采集信号，最后根据定时触发采样的时间戳，设置倒计时器的初始数值，倒计时开启触发采样。

c、PXI-4472动态信号采集卡24通过LabVIEWDAQmx模块，将PXI_STAR信号线作为采样时钟频率源的时钟频率，将PXI_TtrigⅤ信号线作为相位同步源，并设置PXI_TRIG0信号通过计时触发信号开启采集工作。

⑶、时钟同步软件配置：

在其中一个同步时钟接收器1上开启NTP服务，同时在服务器4上安装时钟同步软件，通过时钟同步软件设置时区中国模式，设置时间服务器的IP连接地址为已开启NTP服务的同步时钟接收器1的IP，设置对时间隔。

以上各实施例只是对本发明做进一步说明，并非用以限制本发明专利，凡为本发明的等效实施，均应包含于本发明专利的权利要求范围之内。

Claims

1.一种桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特征在于该装置由同步时钟接收器、PXI计算机、交换机和服务器组成，PXI计算机设有主控器、同步时钟模块、计数器/定时器和动态信号采集卡；服务器设有为接收器上开启NTP服务对象的时钟同步软件；接收器由天线接受来自GPS卫星发送的10MPPS、1PPS和绝对时间信号， 10MPPS时间信号接入与动态信号采集卡连接的同步时钟模块；1PPS时间信号接入与动态信号采集卡连接的计数器/定时器；绝对时间信号分别接入与动态信号采集卡连接的主控制器和与服务器连接的交换机，实现PXI计算机的时钟同步采集与存储。

2.根据权利要求1所述桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特征在于所述10MPPS时间信号为间隔10纳秒的脉冲信号。

3.根据权利要求1所述桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特征在于所述1PPS时间信号为间隔1秒、宽度100毫秒的脉冲信号。

4.根据权利要求1所述桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特征在于所述同步时钟模块将10MPPS信号分频为动态信号采集卡的采样基频。

5.根据权利要求1所述桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特征在于所述计数器/定时器以1PPS频率进行计数并设定采集时间，为动态信号采集卡提供开始采集和相位同步的触发脉冲信号。

6.根据权利要求1所述桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特征在于所述主控器将接收的绝对时间信号转换为动态信号采集卡的绝对时间标签。

7.根据权利要求1所述桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特征在于所述服务器设有时钟同步软件并存储传感器数据。

8.根据权利要求1所述桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特征在于所述动态信号采集卡为同步采集电压、电流和484通讯类传感器数据模块。