CN107144343A - 低频振动位移传感器组网方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低频振动位移传感器组网方法、系统及装置。其中，所述方法应用于通信连接的多个传感器及计算设备。所述方法包括：多个传感器分别将采样信号发送给计算设备；计算设备利用频谱差值法对接收的采样信号进行幅频补偿；计算设备对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现采样信号时域同步。由此，保证多布点传感器数据的同步获取，使其时域相关性最大。

Description

低频振动位移传感器组网方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体而言，涉及一种低频振动位移传感器组网方法、系统及装置。

背景技术

在地震监测，水坝监测等领域都会使用到以拾振器为传感核心的低频振动位移传感器大规模组网监测方法，以实现对震、水坝等进行监测。现有的低频振动位移传感器，后端积分补偿电路需要对拾振器小于自振频率的信号进行低频补偿以保证输出信号的一致性。由于低频补偿电路自身的幅频特性，可能导致传感器最终输出的电信号中超低频成分幅相失真。

发明内容

为了克服现有技术中的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种低频振动位移传感器组网方法、系统及装置，其能够在低频振动位移传感器组网情况下，各传感器信号在进行相位补偿后，再进行时域补偿，保证多布点传感器数据的同步获取，使其时域相关性最大。

本发明较佳实施例提供一种低频振动位移传感器组网方法，应用于通信连接的计算设备及多个传感器，所述方法包括：

多个传感器分别将采样信号发送给所述计算设备；

所述计算设备利用频谱差值法对接收的采样信号进行幅频补偿；

所述计算设备对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现采样信号时域同步。

本发明较佳实施例还提供一种低频振动位移传感器组网系统，所述系统包括通信连接的计算设备及多个传感器，

多个传感器用于分别将采样信号发送给所述计算设备；

所述计算设备用于利用频谱差值法对接收的采样信号进行幅频补偿；

所述计算设备还用于对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现采样信号时域同步。

本发明较佳实施例还提供一种低频振动位移传感器组网方法，应用于与多个传感器通信连接的计算设备，所述方法包括：

接收多个传感器发送的采样信号；

利用频谱差值法对接收的采样信号进行幅频补偿；

对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现采样信号时域同步。

本发明较佳实施例还提供一种低频振动位移传感器组网装置，应用于与多个传感器通信连接的计算设备，所述装置包括：

接收模块，用于接收多个传感器发送的采样信号；

幅频补偿模块，用于利用频谱差值法对接收的采样信号进行幅频补偿；

时域补偿模块，用于对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现采样信号时域同步。

相对于现有技术而言，本发明具有以下有益效果：

本发明较佳实施例提供了一种低频振动位移传感器组网方法、系统及装置。所述方法应用于通信连接的多个传感器及计算设备。多个传感器将采样信号发送给所述计算设备。所述计算设备接收采样信号后，对采样信号依次进行幅频补偿、时域补偿，从而实现采样信号的时域同步。由此，保证多布点传感器数据的同步获取，使其时域相关性最大。

为使发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明较佳实施例提供的低频振动位移传感器组网系统的方框示意图。

图2是本发明较佳实施例提供的计算设备的方框示意图。

图3是本发明第一实施例提供的低频振动位移传感器组网方法的流程示意图。

图4是图3中步骤S130包括的子步骤的流程示意图。

图5是图4中子步骤S132包括的子步骤的流程示意图。

图6是图5中子步骤S1322包括的子步骤的流程示意图。

图7是本发明第二实施例提供的低频振动位移传感器组网方法的流程示意图。

图8是图7中步骤S230包括的子步骤的流程示意图。

图9是图8中子步骤S232包括的子步骤的流程示意图。

图10是本发明第三实施例提供的低频振动位移传感器组网装置的方框示意图。

图标：10-低频振动位移传感器组网系统；100-计算设备；110-存储器；120-存储控制器；130-处理器；200-低频振动位移传感器组网装置；210-接收模块；220-幅频补偿模块；230-时域补偿模块；300-采集仪；400-传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1，图1是本发明较佳实施例提供的低频振动位移传感器组网系统10的方框示意图。所述低频振动位移传感器组网系统10包括通信连接的计算设备100及多个传感器400(图1中只示出一个传感器400)。多个传感器400用于分别将采样信号发送给所述计算设备100。所述计算设备100用于对接收的采样信号进行幅频补偿及时域补偿，以实现采样信号时域同步。从而保证多布点传感器400数据的同步获取，使其时域相关性最大。其中，传感器400为低频振动位移传感器。

请再次参照图1，低频振动位移传感器组网系统10还可以包括与传感器400通信连接的采集仪300。所述采集仪300将采样信号发送给所述计算设备100。其中，多个传感器400与单一多通道数据采集仪300或单通道数据采集仪300连接。

针对不同现场布点情况可以对各布点低频振动位移传感器400采用不同的同步采集方案。具体地，在传感器400与采集仪300之间的距离小于预设距离时，将多个传感器400与单一多通道数据采集仪300电性连接。单一多通道数据采集仪300采用同步采集方式实现传感器400数据的同步采集。其中，所述预设距离可以根据实际情况进行设定，比如，100m。

在传感器400与采集仪300之间的距离大于预设距离时，将各个传感器400与单通道数据采集仪300电性连接。多个单一多通道数据采集仪300按预设间隔时间通过以太网或光纤将采样信号发送给所述计算设备100，从而保证保障各布点采样频率一致。其中，预设间隔时间可以根据实际情况进行设定，比如，1s。

其中，所述传感器400与采集仪300可以通过电缆进行电性连接。

请参照图2，图2是本发明较佳实施例提供的计算设备100的方框示意图。本发明实施例中所述计算设备100可以是，但不限于，电脑、服务器等。所述计算设备100包括：存储器110、存储控制器120、处理器130以及低频振动位移传感器组网装置200。

所述存储器110、存储控制器120及处理器130各元件之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。存储器110中存储有低频振动位移传感器组网装置200，所述低频振动位移传感器组网装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器110中的软件功能模块。所述处理器130通过运行存储在存储器110内的软件程序以及模块，如本发明实施例中的低频振动位移传感器组网装置200，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现本发明实施例中的低频振动位移传感器组网方法。

其中，所述存储器110可以是，但不限于，随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)等。其中，存储器110用于存储程序，所述处理器130在接收到执行指令后，执行所述程序。所述处理器110以及其他可能的组件对存储器110的访问可在所述存储控制器120的控制下进行。

所述处理器130可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器130可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等。还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

可以理解，图2所示的结构仅为示意，计算设备100还可包括比图2中所示更多或者更少的组件，或者具有与图2所示不同的配置。图2中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

第一实施例

请参照图3，图3是本发明第一实施例提供的低频振动位移传感器组网方法的流程示意图。所述方法应用于通信连接的计算设备100及多个传感器400。下面对低频振动位移传感器组网方法的具体流程进行详细阐述。

步骤S110，多个传感器400分别将采样信号发送给所述计算设备100。

在本实施例中，在采集结果同步的情况下，多个传感器400将在布点采集的采样信号发送给所述计算设备100。其中，布点是指传感器400设置的位置，比如，大坝某处。

在本实施例的实施方式中，采集仪300通过模拟量采集卡采集采样信号，并将采样信号发送给所述计算设备100。其中，模拟量采集卡是采集仪300的前端。

多布点传感器400可以通过GPS授时实现同步时钟校准，以保证采样信号的同步。

步骤S120，所述计算设备100利用频谱差值法对接收的采样信号进行幅频补偿。

在本实施例中，后端积分补偿电路需要对传感器400小于自振频率的信号进行低频补偿，以保证输出信号的一致性。由于低频补偿电路自身的幅频特性，会导致采样信号超低频成分幅相失真。由此，通过频谱差值法对采样信号进行幅频补偿，以保证输出信号的一致性。

其中，频谱插值法是指：首选获取预设幅相特性数据，在获得采样信号后，根据该传感器400的总采样点数N对预设幅相特性进行三次Hermite插值，再对采样信号进行N点傅里叶变化以获取采样信号的幅相特性曲线。通过插值后得到的预设曲线对采样信号的幅相特性曲线进行补偿，得到补偿后的傅里叶变化结果；对补偿后的傅里叶变化结果进行逆傅里叶变化获取到补偿后的信号结果。

步骤S130，所述计算设备100对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现采样信号时域同步。

请参照图4，图4是图3中步骤S130包括的子步骤的流程示意图。所述步骤S130可以包括子步骤S131及子步骤S132。

子步骤S131，计算幅频补偿后的采样信号出现的各自的时域偏差。

在本实施例中，对采样信号进行幅频补偿后，幅频补偿后的采样信号与初始采样信号相比，时域出现偏差。根据幅频补偿后的采样信号与初始采样信号得到各个采样信号的时域偏差。

子步骤S132，根据所述时域偏差对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现采样信号时域同步。

请参照图5，图5是图4中子步骤S132包括的子步骤的流程示意图。所述子步骤S132可以包括子步骤S1321及子步骤S1322。

子步骤S1321，将幅频补偿后的采样信号中的其中一个信号作为基准时域信号，根据所述基准时域信号计算幅频补偿后的每个采样信号的时域偏移。

在本实施例中，根据基准时域信号及幅频补偿后的采样信号进行计算得到幅频补偿后的每个采样信号的时域偏移。其中，基准时域信号可以是幅频补偿后的多个采样信号中的其中一个采样信号，也可以设定的一个信号。

子步骤S1322，根据幅频补偿后的每个采样信号的时域偏移对幅频补偿后的每个采样信号进行时域补偿。

请参照图6，图6是图5中子步骤S1322包括的子步骤的流程示意图。所述子步骤S1322可以包括子步骤S13221及子步骤S13222。

子步骤S13221，采用相移法对所述时域偏移进行校正得到每个采样信号的时域偏移值。

在本实施例中，可以根据相关函数相移角度计算幅频补偿后的采样信号与初始采样信号之间的时延，从而对所述时域偏移进行校正，得到每个采样信号的时域偏移值。其中，相移法是采用希尔伯特变换后复信号相位相关求解法，主要采用相位相关特性求解相移，然后根据周期求解时移。

子步骤S13222，根据每个采样信号的时域偏移值对对应的采样信号进行相位补偿。

通过时延信号对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿。

下面以举例的形式介绍如何对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现采样信号时域同步。

假设多个传感器400发送的采集信号分别为：a₁(t)，a₂(t)，a₃(t)，…，a_n(t)。对采样进行幅频补偿后，得到补偿后的采样信号分别为：b₁(t-τ₁)，b₂(t-τ₂)，b₃(t-τ₃)，…，b_n(t-τ_n)。幅频补偿后的采样信号与初始采样信号相比，时域出现偏差，时域偏差分别为τ₁，τ₂，…，τ_n。在设定第一通道采样信号b₁(t-τ₁)为基准时域信号时，则有i通道信号时域偏移为Δτ_i＝τ_i-τ₁。再采用相移法对时域偏移进行校正，得到各通道采样信号的时域偏移值Δτ。进而根据所述时域偏移值Δτ对时域偏移值Δτ所对应的采样信号进行时域补偿，以实现时域同步。

接下来介绍如何根据基准时域信号获得时域偏移值，进而对采样信号进行时域补偿。

采用希尔伯特变化分别为基准时域信号及待求解通道采样信号b_i进行处理，获取含有相位信息的解析信号，有：

H_a(n,t)＝hilbert(b₁(n,t))

H_b(n,t)＝hilbert(b_i(n,t))

其中，H_a、H_b代表希尔伯特变换后的复信号结果，n代表信号采样长度，t代表时间。

取压缩后解析信号的共轭函数则基准时域与待求解通道解析信号的复数互相关为：

其中，R_ab(t)代表复频域最大相关结果，T代表采样周期。

由于低频振动传感器400固有频率ω₀已知，则通过相关函数相移角度计算两端信号之间的时延：

将时延信号补偿至待求解通道采样信号b_i中，有：

c_i(t)＝b_i(t+Δτ_i)

其中，c_i(t)代表进行幅频补偿及时域补偿后的采样信号。

由此，在低频振动位移传感器400组网情况下，各传感器400信号在进行相位补偿后，再进行时域补偿，、保证多布点传感器400数据的同步获取，使其时域相关性最大。

第二实施例

请参照图7，图7是本发明第二实施例提供的低频振动位移传感器组网方法的流程示意图。所述方法应用于与多个传感器400通信连接的计算设备100。下面对该方法进行详细阐述。

步骤S210，接收多个传感器400发送的采样信号。

步骤S220，利用频谱差值法对接收的采样信号进行幅频补偿。

步骤S230，对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现采样信号时域同步。

请参照图8，图8是图7中步骤S230包括的子步骤的流程示意图。所述步骤S230可以包括子步骤S231及子步骤S232。

子步骤S231，计算幅频补偿后的采样信号出现的各自的时域偏差。

子步骤S232，根据所述时域偏差对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现采样信号时域同步。

请参照图9，图9是图8中子步骤S232包括的子步骤的流程示意图。所述子步骤S232可以包括子步骤S2321及子步骤S2322。

子步骤S2321，将幅频补偿后的采样信号中的其中一个信号作为基准时域信号，根据所述基准时域信号计算幅频补偿后的每个采样信号的时域偏移。

子步骤S2322，根据幅频补偿后的每个采样信号的时域偏移对幅频补偿后的每个采样信号进行时域补偿。

在本实施例中，关于步骤S210、步骤S220及步骤S230的具体介绍请参照第一实施例中对步骤S110、步骤S120及步骤S130的描述。

第三实施例

请参照图10，图10是本发明第三实施例提供的低频振动位移传感器组网装置200的方框示意图。所述低频振动位移传感器组网装置200应用于与多个传感器400通信连接的计算设备100。所述低频振动位移传感器组网装置200包括接收模块210、幅频补偿模块220及时域补偿模块230。

接收模块210，用于接收多个传感器400发送的采样信号。

在本实施例中，所述接收模块210用于执行步骤S210，关于所述接收模块210的具体描述可以参照步骤S110的描述。

幅频补偿模块220，用于利用频谱差值法对接收的采样信号进行幅频补偿。

在本实施例中，所述幅频补偿模块220用于执行步骤S220，关于所述幅频补偿模块220的具体描述可以参照步骤S120的描述。

时域补偿模块230，用于对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现采样信号时域同步。

在本实施例中，所述时域补偿模块230用于执行步骤S230，关于所述时域补偿模块230的具体描述可以参照步骤S130的描述。

综上所述，本发明实施例提供了一种低频振动位移传感器组网方法、系统及装置。所述方法应用于通信连接的多个传感器及计算设备。多个传感器将采样信号发送给所述计算设备。所述计算设备接收采样信号后，对采样信号依次进行幅频补偿、时域补偿，从而实现采样信号的时域同步。由此，保证多布点传感器数据的同步获取，使其时域相关性最大。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低频振动位移传感器组网方法，应用于通信连接的计算设备及多个传感器，其特征在于，所述方法包括：

多个传感器分别将采样信号发送给所述计算设备；

所述计算设备利用频谱差值法对接收的采样信号进行幅频补偿；

所述计算设备对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现采样信号时域同步。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算设备对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现时域同步的步骤包括：

计算幅频补偿后的采样信号出现的各自的时域偏差；

根据所述时域偏差对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现采样信号时域同步。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述时域偏差对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现时域同步的步骤包括：

将幅频补偿后的采样信号中的其中一个信号作为基准时域信号，根据所述基准时域信号计算幅频补偿后的每个采样信号的时域偏移；

根据幅频补偿后的每个采样信号的时域偏移对幅频补偿后的每个采样信号进行时域补偿。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据幅频补偿后的每个采样信号的时域偏移对幅频补偿后的每个采样信号进行时域补偿的步骤包括：

采用相移法对所述时域偏移进行校正得到每个采样信号的时域偏移值；

根据每个采样信号的时域偏移值对对应的采样信号进行相位补偿。

5.一种低频振动位移传感器组网系统，其特征在于，所述系统包括通信连接的计算设备及多个传感器，

多个传感器用于分别将采样信号发送给所述计算设备；

所述计算设备用于利用频谱差值法对接收的采样信号进行幅频补偿；

所述计算设备还用于对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现采样信号时域同步。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与传感器通信连接的采集仪，所述采集仪将采样信号发送给所述计算设备，其中，多个传感器与单一多通道数据采集仪或单通道数据采集仪连接。

7.一种低频振动位移传感器组网方法，应用于与多个传感器通信连接的计算设备，其特征在于，所述方法包括：

接收多个传感器发送的采样信号；

利用频谱差值法对接收的采样信号进行幅频补偿；

对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现采样信号时域同步。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现时域同步的步骤包括：

计算幅频补偿后的采样信号出现的各自的时域偏差；

根据所述时域偏差对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现采样信号时域同步。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述时域偏差对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现时域同步的步骤包括：

将幅频补偿后的采样信号中的其中一个信号作为基准时域信号，根据所述基准时域信号计算幅频补偿后的每个采样信号的时域偏移；

根据幅频补偿后的每个采样信号的时域偏移对幅频补偿后的每个采样信号进行时域补偿。

10.一种低频振动位移传感器组网装置，应用于与多个传感器通信连接的计算设备，其特征在于，所述装置包括：

接收模块，用于接收多个传感器发送的采样信号；

幅频补偿模块，用于利用频谱差值法对接收的采样信号进行幅频补偿；

时域补偿模块，用于对幅频补偿后的采样信号进行时域补偿，以实现采样信号时域同步。