CN104635600B - 磁致式静力水准沉降的自动监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种磁致式静力水准沉降的自动监控系统。该系统包括：磁致式静力水准仪、数据采集传输设备和数据中心设备。磁致式静力水准仪通过有线方式与数据采集传输设备接口连接，作为传感器的水准仪采集被测物体的数据，输出采集数据的模拟信号给数据采集传输设备；数据采集传输设备通过有线方式接收磁致式静力水准仪发送过来的采集数据的模拟信号，对模拟信号进行A/D转换、缓存、预处理和传输。本发明实施例的磁致式静力水准沉降的自动监控系统具有采集路数多、精度高、数据存储量大和传输速率快等优点，易于实现远程自动化监控。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种磁致式静力水准沉降的自动监控系统。
背景技术
在土木建筑工程领域，物理信号如沉降等需利用磁致式静力水准仪进行实时或定时的采集和传输，以便对数据进行后续的整理和分析，进而改进施工工艺或生产流程。目前，针对磁致式静力水准仪的输出信号的采集和传输技术很多，包括无线电数据采集和传输技术，有线数据采集和传输技术以及微波、卫星数据传输技术，上述三种技术、设备均有优点但也存在不足，无线电传输设备受到天线高度、频率范围、发射功率等限制，信号质量差、信号传输距离较短，常用于几十米至几千米的语言或简单开关量的传输；有线数据采集和传输设备的可靠性虽然较高，但是安装、架设线路比较复杂，难以适应复杂的环境条件，例如，目前常用的232总线属于有线传输的短距离传输，范围在0-15m，而485总线属于有线传输的中长距离传输，距离为15m-1000m。微波传输受到天线形状、重量和安装高度的限制，通讯距离仍然较短，适合几十公里内的数据传输；卫星技术对传输距离虽无限制，但卫星上的转发器数量和功率皆非常有限，并且成本过高。
因此，开发一种对磁致式静力水准仪的输出信号进行有效的采集和传输设备是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的实施例提供了一种磁致式静力水准沉降的自动监控系统，以实现对磁致式静力水准仪的输出信号进行有效的采集和传输。
一种磁致式静力水准沉降的自动监控系统，包括：磁致式静力水准仪和数据采集传输设备；
所述的磁致式静力水准仪，用于安装在被测物体上，通过有线方式与所述数据采集传输设备连接，通过磁致式静力水准仪中的传感器采集被测物体的数据，输出采集数据的模拟信号给所述数据采集传输设备；
所述的数据采集传输设备，用于通过有线方式与所述磁致式静力水准仪连接，通过有线方式将该设备的接口和磁致式静力水准仪的传感器连接，接收磁致式静力水准仪发送过来的采集数据的模拟信号，对所述采集数据的模拟信号进行缓存、预处理、A/D转换和传输。
优选地，所述的系统还包括：
数据中心设备，用于通过无线移动通信互联网络接收数据采集传输设备传输过来的预处理后的采集数据，对预处理后的采集数据进行存储和分析，根据分析结果对磁致式静力水准仪的运行情况进行监控。
优选地，所述的数据采集传输设备包括沉降传感器接口，该沉降传感器接口通过有线方式和磁致式静力水准仪中的沉降传感器连接，接收所述磁致式静力水准仪发送过来的沉降模拟信号。
优选地，所述的数据采集传输设备包括信号处理单元、A/D转换单元、CPU、信号输出单元和供电单元；
所述的信号处理单元，用于通过有线方式利用沉降传感器接口接收磁致式静力水准仪发送过来的采集数据的模拟信号，对所述模拟信号进行预处理，将预处理后的采集数据的模拟信号传输给A/D转换单元；
所述的A/D转换单元，用于对所述信号处理单元传输过来的预处理后的采集数据的模拟信号进行A/D转换处理，将得到的数字信号传输给信号输出单元；
所述的信号输出单元，用于通过无线移动通信互联网络将所述数字信号传输给所述的数据中心设备；
所述的CPU，用于和所述信号处理单元、A/D转换单元和信号输出单元电路连接，控制所述信号处理单元、A/D转换单元和信号输出单元的启动运行和停止运行。
优选地，所述的数据采集传输设备还包括供电控制单元和蓄电池，所述蓄电池在所述供电控制单元的控制下，对整个数据采集传输设备进行供电。
优选地，所述的数据采集传输设备还包括显示单元，所述显示单元对A/D转换处理后得到的数字信号进行显示。
优选地，所述的信号处理单元包括：信号输入模块、信号标准规范存储模块、信号预处理模块和信号输出模块；
所述的信号输入模块，用于通过有线方式利用各种传感器接口和磁致式静力水准仪中的传感器连接，接收磁致式静力水准仪发送过来的采集数据的模拟信号，将接收的模拟信号传输给信号预处理模块；
所述的信号标准规范存储模块，用于预先存储磁致式静力水准仪采集的各种模拟信号对应的标准规范；
所述的信号预处理模块，用于对信号输入模块传输过来的采集数据的模拟信号进行预处理，根据信号标准规范存储模块中存储的各种模拟信号对应的标准规范，对采集数据的模拟信号的有效性进行验证；当验证采集数据的模拟信号有效后，对采集数据的模拟信号进行去噪处理，将去噪处理后的采集数据的模拟信号传输给信号输出模块；
所述的信号输出模块，用于将所述信号预处理模块传输过来的预处理后的采集数据的模拟信号进行存储，并传输给后续的A/D转换单元。
优选地，所述的数据采集传输设备与数据中心设备之间采用双向交互式通讯连接，所述数据中心设备通过无线移动通信互联网络控制所述数据采集传输设备的启动运行和停止运行，对所述数据采集传输设备的工作状态和参数设置进行设置。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的磁致式静力水准沉降的自动监控系统通过设置数据采集传输设备和磁致式静力水准仪有线连接，和数据中心设备无线移动通信互联网络连接，具有采集路数多、精度高、数据存储量大和传输速率快等优点，并且传输方式灵活、可靠、安装方便、对现场环境适应性强和成本低廉。上述自动监控系统易于实现远程自动化监控，综合性能优于现有的任何其它数据采集传输技术及设备，可以对磁致式静力水准仪的输出信号进行有效的采集和传输。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种磁致式静力水准沉降的自动监控系统的结构图；
图2为本发明实施例提供的一种数据采集传输设备的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种数据采集传输设备中的信号处理单元的结构图，图中，信号输入模块31、信号标准规范存储模块32、信号预处理模块33和信号输出模块34。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本发明实施例提供了一种传输距离长、采集路数多、数据存储量大、成本低、对现场环境适应性强、能够实现无人自动数据采集和传输并且能够远距离控制的无线数据采集和传输系统。
静力水准仪是用于测量基础和建筑物各个测点的相对沉降的精密仪器，主要用于大型建筑物如水电站厂、坝、高层建筑物、核电站、水利枢纽工程岩体等各测点不均匀沉降的测量，是测量两点间或多点间相对高程变化的精密仪器，主要用于大坝、核电站、高层建筑、基坑、隧道、桥梁、地铁等垂直位移和倾斜的监测。
本发明实施例提供了一种磁致式静力水准沉降的自动监控系统，包括如下装置：磁致式静力水准仪11、数据采集传输设备12和数据中心设备13。
磁致式静力水准仪11，用于安装在被测物体等高的测墩上或被测物体墙壁等高线上，通常采用一体化模块化自动测量单元采集数据，输出为电流或者电压的采集数据的模拟信号，量程可根据实际情况选定。该磁致式静力水准仪11通过有线方式与数据采集传输设备12连接，从而实现自动化观测。上述有线方式可以为有线电缆、光纤等。
数据采集传输设备12，用于通过有线方式与磁致式静力水准仪11连接，通过无线移动通信互联网络与数据中心设备13、移动终端14连接。通过有线方式利用各沉降传感器接口和磁致式静力水准仪11中的传感器连接，接收磁致式静力水准仪11发送过来的采集数据的模拟信号，对该采集数据的模拟信号进行A/D转换、缓存、预处理和传输。
数据采集传输设备12包括多个沉降传感器接口，沉降传感器接口通过有线方式和磁致式静力水准仪11中的沉降传感器连接，接收磁致式静力水准仪11发送过来的沉降模拟信号。
该实施例提供的一种数据采集传输设备12的结构示意图如图2所示，包括信号处理单元、A/D转换单元、CPU、信号输出单元、供电控制单元、蓄电池和8位显示单元等模块。
所述的信号处理单元，用于通过有线方式利用沉降传感器接口接收磁致式静力水准仪发送过来的采集数据的模拟信号，对所述模拟信号进行预处理，将预处理后的采集数据的模拟信号传输给A/D转换单元；
所述的A/D转换单元，用于对所述信号处理单元传输过来的预处理后的采集数据的模拟信号进行A/D转换处理，将得到的数字信号传输给信号输出单元；
所述的信号输出单元，用于通过无线移动通信互联网络将所述数字信号传输给所述的数据中心设备；上述无线移动通信互联网络可以为2G、3G或者GPRS(General PacketRadio Service，通用分组无线服务技术)网络。
所述的数据采集传输设备还包括供电控制单元和蓄电池，所述蓄电池在所述供电控制单元的控制下，对整个数据采集传输设备进行供电。
所述的数据采集传输设备还包括显示单元，所述显示单元对A/D转换处理后得到的数字信号进行显示。
所述的CPU，用于和信号处理单元、A/D转换单元、信号输出单元、供电控制单元和显示单元电路连接，控制所述信号处理单元、A/D转换单元、信号输出单元、供电控制单元和显示单元的启动运行和停止运行。
其中，信号处理单元的结构示意图如图3所示，包括：信号输入模块31、信号标准规范存储模块32、信号预处理模块33和信号输出模块34；
信号输入模块31，用于通过有线方式利用沉降传感器接口和磁致式静力水准仪11中的传感器连接，接收磁致式静力水准仪11发送过来的采集数据的模拟信号，将接收的模拟信号传输给信号预处理模块33。
信号标准规范存储模块32，用于预先存储磁致式静力水准仪11采集的沉降模拟信号对应的标准规范。
信号预处理模块33，用于对信号输入模块31传输过来的采集数据的模拟信号进行预处理，包括：根据信号标准规范存储模块32中存储的沉降模拟信号对应的标准规范，对采集数据的模拟信号的有效性进行验证。
如果验证结果为：采集数据的模拟信号符合对应的标准规范，则确定采集数据的模拟信号有效，进行后续操作；
如果验证结果为：采集数据的模拟信号不符合对应的标准规范，则确定采集数据的模拟信号无效，进一步检查磁致式静力水准仪11中的传感器或者传输线路是否出现故障。
当信号预处理模块33验证采集数据的模拟信号有效后，信号预处理模块33继续对采集数据的模拟信号进行去噪、除杂、归一化等处理，将处理后的采集数据的模拟信号传输给信号输出模块34。
信号输出模块34，用于将信号预处理模块33传输过来的预处理后的采集数据的模拟信号进行存储，并传输给后续的A/D转换单元、CPU、信号输出单元等模块。信号输出模块124可以设定单次或多次任意时刻向后续的A/D转换单元传输预处理后的采集数据的模拟信号。数据传输通过无线移动通信互联网络实现，只要有无线通信网络信号的地方，均可正常传输，不受距离的限制。
数据采集传输设备12是一种自制的小型人工智能系统。根据现场数据采集需要由一台或多台组成。每台设备由高档单片微型计算机芯片与有关器件构成，可采集多路模拟物理量、开关量或数字量信号，数据采集精度小于两万五千分之一。每台设备具有多个沉降传感器接口，可以实现多个沉降物理信号的测试和采集，易于复杂现场环境下安装、调试、使用。供电方式可选蓄电池或太阳能光伏板供电，供电电压为12V±10％。数据采集输入模拟信号为0-25mV或0-5.0V，传输速率为9600b/s。一台设备的重量为0.6kg，尺寸为16cm×12㎝×8cm，具有重量轻、体积小的优点。客户端可在-30～+80℃的环境条件下使用。
数据中心设备13，即接收端，由终端设备和上网设备(无线网卡或ADSL有线上网设备)组成，该终端设备可以为移动终端或者固定终端。终端设备安装有信箱通讯软件，通过无线通信网络接收数据采集传输设备12传输过来的预处理后的采集数据的模拟信号，对预处理后的采集数据进行存储和分析，根据分析结果对磁致式静力水准仪11的运行情况进行监控。信箱通讯软件可定时传输数据直接存入用户信箱，可给单人信箱或多人信箱发送数据。
综上所述，本发明实施例的磁致式静力水准沉降的自动监控系统通过设置数据采集传输设备和磁致式静力水准仪有线连接，和数据中心设备无线移动通信互联网络连接，具有采集路数多、精度高、数据存储量大和传输速率快等优点，并且传输方式灵活、可靠、安装方便、对现场环境适应性强和成本低廉。上述自动监控系统还易于实现远程自动化监控，综合性能优于现有的任何其它数据采集传输技术及设备，可以对磁致式静力水准仪的输出信号进行有效的采集和传输。
本发明实施例的磁致式静力水准沉降的自动监控系统能够根据预先存储的标准规范验证采集数据的模拟信号的有效性，能够对采集数据的模拟信号进行各种预处理，并能够继续检查磁致式静力水准仪中的各传感器或者传输线路是否出现故障。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种磁致式静力水准沉降的自动监控系统，其特征在于，包括：磁致式静力水准仪、数据采集传输设备和数据中心设备；
所述的磁致式静力水准仪，用于安装在被测物体上，通过有线方式与所述数据采集传输设备连接，通过磁致式静力水准仪中的传感器采集被测物体的数据，输出采集数据的模拟信号给所述数据采集传输设备；
所述的数据采集传输设备，用于通过有线方式与所述磁致式静力水准仪连接，通过有线方式将该设备的接口和磁致式静力水准仪的传感器连接，接收磁致式静力水准仪发送过来的采集数据的模拟信号，对所述采集数据的模拟信号进行缓存、预处理、A/D转换和传输：包括多个沉降传感器接口，该沉降传感器接口通过有线方式和磁致式静力水准仪中的沉降传感器连接，接收所述磁致式静力水准仪发送过来的沉降模拟信号；
所述的数据中心设备，用于通过无线移动通信互联网络接收数据采集传输设备传输过来的预处理后的采集数据，对预处理后的采集数据进行存储和分析，根据分析结果对磁致式静力水准仪的运行情况进行监控；
所述的数据采集传输设备包括信号处理单元、A/D转换单元、CPU、信号输出单元和供电单元；
所述的信号处理单元，用于通过有线方式利用沉降传感器接口接收磁致式静力水准仪发送过来的采集数据的模拟信号，对所述模拟信号进行预处理，将预处理后的采集数据的模拟信号传输给A/D转换单元；
所述的A/D转换单元，用于对所述信号处理单元传输过来的预处理后的采集数据的模拟信号进行A/D转换处理，将得到的数字信号传输给信号输出单元；
所述的信号输出单元，用于通过无线移动通信互联网络将所述数字信号传输给所述的数据中心设备；
所述的CPU，用于和所述信号处理单元、A/D转换单元和信号输出单元电路连接，控制所述信号处理单元、A/D转换单元和信号输出单元的启动运行和停止运行；
所述的信号处理单元包括：信号输入模块、信号标准规范存储模块、信号预处理模块和信号输出模块；
所述的信号输入模块，用于通过有线方式利用各种传感器接口和磁致式静力水准仪中的传感器连接，接收磁致式静力水准仪发送过来的采集数据的模拟信号，将接收的模拟信号传输给信号预处理模块；
所述的信号标准规范存储模块，用于预先存储磁致式静力水准仪采集的各种模拟信号对应的标准规范；
所述的信号预处理模块，用于对信号输入模块传输过来的采集数据的模拟信号进行预处理，根据信号标准规范存储模块中存储的各种模拟信号对应的标准规范，对采集数据的模拟信号的有效性进行验证；当验证采集数据的模拟信号有效后，对采集数据的模拟信号进行去噪处理，将去噪处理后的采集数据的模拟信号传输给信号输出模块；
所述的信号输出模块，用于将所述信号预处理模块传输过来的预处理后的采集数据的模拟信号进行存储，并传输给后续的A/D转换单元。
2.根据权利要求1所述的磁致式静力水准沉降的自动监控系统，其特征在于，所述的数据采集传输设备还包括供电控制单元和蓄电池，所述蓄电池在所述供电控制单元的控制下，对整个数据采集传输设备进行供电。
3.根据权利要求2所述的磁致式静力水准沉降的自动监控系统，其特征在于，所述的数据采集传输设备还包括显示单元，所述显示单元对A/D转换处理后得到的数字信号进行显示。
4.根据权利要求3所述的磁致式静力水准沉降的自动监控系统，其特征在于，所述的数据采集传输设备与数据中心设备之间采用双向交互式通讯连接，所述数据中心设备通过无线移动通信互联网络控制所述数据采集传输设备的启动运行和停止运行，对所述数据采集传输设备的工作状态和参数设置进行设置。
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