CN207622861U - 一种适用于室外的振动监测终端 - Google Patents

Abstract

为解决室外型振动监测终端在室外无市电供电时无法长期使用，安装维护不便、灵敏度低、抗干扰能力差的问题，本实用新型提供一种适用于室外的振动监测终端，包括采集单元和控制单元；其特征在于：采集单元和控制单元采用分体式设计，分别设置在各自的安装壳体内，二者通过屏蔽线缆相连；所述控制单元包括用于向控制单元内部电路提供电源的供电单元；所述振动监测终端还包括设置在控制单元安装壳体内/外的太阳能电池板；所述太阳能电池板与供电单元相连；太阳能电池板位于控制单元安装壳体内时，控制单元安装壳体采用透明材料制成。本实用新型在室外无市电供电情况下仍能长期使用，且安装维护方便，灵敏度高，抗干扰能力好。

Description

一种适用于室外的振动监测终端

技术领域

本实用新型涉及振动监测领域，具体涉及一种适用于室外的振动监测终端。

背景技术

震动监测终端，是一种专业的振动监测设备，广泛应用于地震监测、工业振动监测、建筑桥梁监测、文物保存环境监测等方面。

现有的室外型振动监测终端存在以下问题：

1、在室外无市电供电情况下，无法长期使用；

2、采集单元和控制单元为一体式设计，因而设备较笨重，安装维护较复杂；

3、无法远程监测，只能现场监测，在监测时需要工作人员现场等待设备采集数据，因而不适用于长期在线监测；

4、只能单方向采集振动数据，灵敏度较低，且抗干扰能力较低。

发明内容

为解决现有室外型振动监测终端存在的不足，本实用新型提供了一种适用于室外的振动监测终端，在室外无市电供电的情况下仍能长期使用，安装维护方便，灵敏度高，抗干扰能力好。

本实用新型的技术方案：

一种适用于室外的振动监测终端，包括采集单元和控制单元；其特殊之处在于：采集单元和控制单元采用分体式设计，分别设置在各自的安装壳体内，二者通过屏蔽线缆相连；

所述控制单元包括用于向控制单元内部电路提供电源的供电单元；

所述振动监测终端还包括太阳能供电单元；所述太阳能供电单元包括设置在控制单元安装壳体内/外的太阳能电池板，以及设置在控制单元安装壳体内的太阳能控制器和蓄电池；所述太阳能电池板通过太阳能控制器向所述蓄电池充电，所述蓄电池通过太阳能控制器向所述供电单元提供电源；

太阳能电池板位于控制单元安装壳体内时，控制单元安装壳体采用透明材料制成。

进一步地，上述采集单元还包括三个振动传感器，分别设置在空间直角坐标系的X轴、Y轴和Z轴方向；

控制单元包括控制电路、信号调理电路、A/D转换电路、信号隔离电路、无线通讯模块；信号调理电路用于接收采集单元输出的振动电压信号，并对所述电压信号进行放大、滤波；A/D转换电路用于将信号调理电路输出的模拟电压信号转换成数字信号；信号隔离电路用于将A/D转换电路输出的数字信号进行隔离后传输给控制电路；控制电路用于对所述数字信号进行处理，得到振动监测结果；所述供电单元用于为A/D转换电路、信号调理电路、信号隔离电路以及控制电路提供电源。

进一步地，上述控制电路包括ARM和FPGA主控芯片。

进一步地，上述A/D转换电路采用满足最大24bit分辨率的高精度ADC 芯片。

进一步地，上述控制电路上还连接有TF卡接口。

进一步地，上述控制电路上还连接有USB接口。

进一步地，上述供电单元包括电源适配器、电源电路、隔离电源电路和内部电池充放电电路；

电源适配器用于实现监测终端外部市电到15V直流电源的转换；

电源电路用于向隔离电源电路供电；

隔离电源电路用于为A/D转换电路、信号调理电路、信号隔离电路以及控制电路提供可靠稳定的隔离电源；

内部电池充放电电路用于在监测终端有外接电源供电时，向所述电源电路充电；

所述太阳能电池板与所述电源电路相连。

进一步地，上述振动传感器采用频率≤100Hz的超低频振动传感器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型采用太阳能电池供电，在室外无市电供电情况下，仍能长期使用。

2、考虑到实际应用中，需要将采集单元安装在被监测物上/附近，而对控制单元的安装位置并无特殊要求，因此本实用新型采集单元和控制单元采用分体式设计，相比现有一体式设计的监测终端，安装部分的重量大大减小，安装维护更方便。

3、本实用新型的控制电路上连接有无线通讯模块，具备室外通讯功能，可将采集的振动数据上传给远程服务器，实现远程在线监测，适用于需要长期监测的场合。

4、本实用新型的采集单元包括三个频率≤100Hz的超低频振动传感器，分别位于空间坐标系的X、Y、Z轴方向，可同时采集三个方向上的振动信号，提高了采集的灵敏度。

5、本实用新型模数转换电路采用满足最大24bit分辨率的高精度ADC芯片完成高精度A/D转换，且转换后的数字信号经隔离后再传输给控制电路，因此具有较高的采集灵敏度和较强的抗干扰能力。

6、本实用新型的控制电路采用大规模集成电路FPGA配合ARM进行同步采样，可满足多通道高速同步采集的需求，采集效率更高。

7、本实用新型的控制单元具有USB接口，方便用户将监测数据导出。

8、本实用新型供电单元采用隔离电源电路向监测终端内部其他电路供电，可避免外部供电电源对监测终端内部电路的干扰，进一步增强了抗干扰能力。

附图说明

图1是本实用新型实施例的原理示意图；

图2是本实用新型采集单元和控制单元的数据流向示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

参见图1，本实施例提供的适用于室外的振动监测终端，包括采集单元和控制单元；采集单元和控制单元采用分体式设计，分别设置在各自的安装壳体内，二者通过屏蔽线缆相连。为了使本实用新型在室外无市电供电情况下，仍能正常使用，同时为了节省能源，本实施例还包括太阳能供电单元；该太阳能供电单元包括设置在控制单元安装壳体内/外的太阳能电池板，以及设置在控制单元安装壳体内的太阳能控制器和蓄电池；所述太阳能电池板通过太阳能控制器向所述蓄电池充电，所述蓄电池通过太阳能控制器向所述供电单元提供电源。在其他实施例中，也可以将太阳能电池板设置在控制单元安装壳体内，以提高设备整体防护等级，此时控制单元安装壳体应采用透明材料制成。

采集单元包括三个频率≤100Hz的超低频振动传感器(此种类型的传感器具有灵敏度高、体积小的特点)，三个振动传感器分别设置在空间直角坐标系的X轴、Y轴和Z轴方向，通过三个振动传感器同时采集三个方向的振动信号。

控制单元包括控制电路、信号调理电路、A/D转换电路、信号隔离电路、供电单元、USB接口、TF卡接口和无线通讯模块；

信号调理电路用于接收采集单元输出的振动电压信号，将外部输入的微弱电压信号进行放大、滤波；A/D转换电路是将信号调理电路输出的模拟电压信号转换成数字信号；信号隔离电路用于将A/D转换电路输出的数字信号经隔离后传输给控制电路，使监测终端具有极强的抗干扰能力；控制电路对采集的数字信号进行处理，得到振动监测结果。本实施例中，控制电路包括ARM 和FPGA主控芯片，FPGA主控芯片具备高速同步数据通讯功能，可以满足多通道高速同步采集的需求，ARM主控芯片主要负责运行数据存储、以太网通讯等功能；采用满足最大24bit分辨率的高精度ADC芯片以实现高精度A/D转换。

USB接口包括USB HUB电路和USB HOST电路；

TF卡接口采用1路SDIO接口的TF卡驱动电路，支持大容量TF卡和 MicroSD卡，可提供烧写程序功能，同时具备存储历史振动数据的功能。

无线通讯模块，用于将采集到的振动数据上传给远程服务器；本实施例采用3G/4G无线通讯模块。

本实施例中，供电单元包括电源适配器、电源电路、隔离电源电路和内部电池充放电电路；电源适配器用于实现监测终端外部市电到15V直流电源的转换，以满足监测终端的电源电压要求；电源电路用于向隔离电源电路供电；隔离电源电路用于为A/D转换电路、信号调理电路、信号隔离电路以及控制电路提供可靠稳定的隔离电源，同时可避免外部供电电源对这些电路的干扰，增强抗干扰能力；内部电池充放电电路，用于在监测终端有外接电源时为监测终端内部的电源电路充电。

本实用新型的工作过程：

1、振动信号采集

采集单元中的振动传感器采用动圈磁生电原理，将振动传感器采集的信号转换成电信号，通过屏蔽电缆传输给控制单元的信号调理电路。

2、控制单元数据采集

控制单元的信号调理电路先将采集单元输出的电信号进行放大至可采集的电压信号范围，然后进行滤波，再由A/D转换电路将信号调理电路输出的电压信号转换为数字信号，该数字信号经信号隔离电路隔离后传输给控制电路，控制电路通过对所采集的数字信号进行数据处理，得到振动监测结果；数据处理的方法为现有方法。

3、实时数据上传

控制电路按照数据传输协议格式将上述振动监测结果打包，通过以太网发送到远程服务器。

4、历史数据存储

控制电路将上述振动监测结果存储到TF卡中，当收到远程服务器发出的查询历史数据请求后，控制电路将数据读出，按照数据传输协议格式打包，通过以太网发送给远程服务器。

5、历史数据导出

用户需要导出历史数据时，控制电路会根据用户所选择的时间，将相应振动监测结果读出，通过USB接口导出至外接存储设备，例如U盘。

Claims (7)

1.一种适用于室外的振动监测终端，包括采集单元和控制单元；其特征在于：采集单元和控制单元采用分体式设计，分别设置在各自的安装壳体内，二者通过屏蔽线缆相连；

所述控制单元包括用于向控制单元内部电路提供电源的供电单元；

所述振动监测终端还包括太阳能供电单元；所述太阳能供电单元包括设置在控制单元安装壳体内/外的太阳能电池板，以及设置在控制单元安装壳体内的太阳能控制器和蓄电池；所述太阳能电池板通过太阳能控制器向所述蓄电池充电，所述蓄电池通过太阳能控制器向所述供电单元提供电源；

太阳能电池板位于控制单元安装壳体内时，控制单元安装壳体采用透明材料制成；

所述采集单元还包括三个振动传感器，分别设置在空间直角坐标系的X轴、Y轴和Z轴方向；

控制单元包括控制电路、信号调理电路、A/D转换电路、信号隔离电路、无线通讯模块；信号调理电路用于接收采集单元输出的振动电压信号，并对所述电压信号进行放大、滤波；A/D转换电路用于将信号调理电路输出的模拟电压信号转换成数字信号；信号隔离电路用于将A/D转换电路输出的数字信号进行隔离后传输给控制电路；控制电路用于对所述数字信号进行处理，得到振动监测结果；所述供电单元用于为A/D转换电路、信号调理电路、信号隔离电路以及控制电路提供电源。

2.根据权利要求1所述的适用于室外的振动监测终端，其特征在于：所述控制电路包括ARM和FPGA主控芯片。

3.根据权利要求1所述的适用于室外的振动监测终端，其特征在于：所述A/D转换电路采用满足最大24bit分辨率的高精度ADC芯片。

4.根据权利要求1所述的适用于室外的振动监测终端，其特征在于：所述控制电路上还连接有TF卡接口。

5.根据权利要求1所述的适用于室外的振动监测终端，其特征在于：所述控制电路上还连接有USB接口。

6.根据权利要求1至5任一所述的适用于室外的振动监测终端，其特征在于：所述供电单元包括电源适配器、电源电路、隔离电源电路和内部电池充放电电路；

电源适配器用于实现监测终端外部市电到15V直流电源的转换；

电源电路用于向隔离电源电路供电；

隔离电源电路用于为A/D转换电路、信号调理电路、信号隔离电路以及控制电路提供可靠稳定的隔离电源；

内部电池充放电电路用于在监测终端有外接电源供电时，向所述电源电路充电；

所述太阳能电池板与所述电源电路相连。

7.根据权利要求1至5任一所述的适用于室外的振动监测终端，其特征在于：所述振动传感器采用频率≤100Hz的超低频振动传感器。