CN208654597U - 隧道结构健康监测数据采集器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了隧道结构健康监测数据采集器，采用双CPU结构，达到了对数据精度和实时性的双重要求，激振/拾振模块由独立的第一CPU实现，在采集数据时不接受其它中断请求，保证采集数据的精度；隧道结构健康评估算法模块和通讯模块由另一块独立的第二CPU实现，可以实时响应工作站的数据请求和对数据的计数处理；激振电路可以根据外接不同的单线圈振弦式传感器选择高压瞬间放电激振或者32V低压持续放电激振电路。在保证能够正常起振的情况下，可以降低激振电压幅值和持续时间；拾振电路针对目前市场上不同振弦式传感器的工作频率，通过带通滤波电路将采集频率确定在500‑4500Hz范围内，再通过放大和整形电路，有效的保证了测量的准确性。
Description
技术领域
本实用新型属于隧道监控测量技术领域，具体涉及隧道结构健康监测数据采集器。
背景技术
关于复杂隧道在建设及营运的全寿命周期对其主体结构的健康监测，到目前为止，世界范围内的各种研究均处于起步阶段。在复杂地层环境和特殊运营条件等场合下，隧道结构体易发生局部塌陷、渗水、变形等多类灾害，而引起这类研究逐渐得到重视的则是隧道出现的各种灾害严重影响了其使用功能。隧道建设及运营期间，主体结构的健康检测一直以来都是采用人工检测的方法，即定期/不定期对隧道结构进行检查，再由专业人员对监测数据进行评估。
随着传感器技术、数据传输技术、计算机软硬件技术、信号分析处理技术的迅速发展，在我国土木工程的其它领域中(如桥梁领域、水利领域)逐步建立了基于计算机的能够自动、连续甚至实时监测的具有高性价比的远程监控系统。但在复杂隧道领域，由于缺乏智能化的结构健康数据采集处理与传输终端，很难实现对隧道结构健康的动态远程监测；且大部分存在以下问题：
1、常出现测量数据精度不高，且实时性不强的问题，造成原因主要是：当采集仪正在采集数据时，工作站发出通讯请求。此时如果采集仪立即回应工作站通讯请求必然影响采集仪的计数或者计时，导致采集数据精度降低。如果采集仪不回应工作站的通讯请求，为了保证采集数据的精度而不停止计数或者计时，就无法达到数据实时性的要求；
2、部分已经预设的传感器不能激发或难以起振；
3、采集仪和传感器容易出现因为老化而损坏的情况；
4、许多关于隧道健康的检测手段及评价方法大部分都属于事后定性的分析研究。
为了解决以上问题我方研发出了一种用于对无人机的头部进行保护的隧道结构健康监测数据采集器。
发明内容
本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种隧道结构健康监测数据采集器。
本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
隧道结构健康监测数据采集器，包括：
用于从多种检测传感器处获得数据信息的激振/拾振模块；
用于对激振/拾振模块进行控制的第一CPU；
用于对激振/拾振模块采集到的监测数据信息进行计算的隧道结构健康评估算法模块；
用于对隧道结构健康评估算法模块进行控制的第二CPU，第二CPU与第一CPU之间数据交互连接；
通讯模块；
激振/拾振模块，激振/拾振模块的数据输出端分别与隧道结构健康评估算法模块的数据输入端和通讯模块的数据输入端连接，隧道结构健康评估算法模块的数据输出端与通讯模块的数据输入端连接，通讯模块的数据输出端与远程工作站的数据输入端连接。
采用双CPU结构，达到了对数据精度和实时性的双重要求，激振/拾振模块由独立的第一CPU实现，在采集数据时不接受其它中断请求，保证采集数据的精度；隧道结构健康评估算法模块和通讯模块由另一块独立的第二CPU实现，可以实时响应工作站的数据请求和对数据的计数处理。
优选地，激振/拾振模块包括两套独立的硬件电路，一套硬件电路采用高电压瞬间放电激发传感器；另一套电路采用32V低电压持续放电激发传感器；对应地检测传感器为单线圈振弦式传感器。
激振电路可以根据外接不同的单线圈振弦式传感器选择高压瞬间放电激振或者32V低压持续放电激振电路。在保证能够正常起振的情况下，可以降低激振电压幅值和持续时间；拾振电路针对目前市场上不同振弦式传感器的工作频率，通过带通滤波电路将采集频率确定在500-4500Hz范围内，再通过放大和整形电路，有效的保证了测量的准确性。
更优选地，检测传感器包括钢筋计、土压力盒和水压计中的任一种或几种。
进一步地，第二CPU的控制信号输出端还与通讯模块的控制信号输入端连接。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型的隧道结构健康监测数据采集器：
1、采用双CPU结构，达到了对数据精度和实时性的双重要求，激振/拾振模块由独立的第一CPU实现，在采集数据时不接受其它中断请求，保证采集数据的精度；隧道结构健康评估算法模块和通讯模块由另一块独立的第二CPU实现，可以实时响应工作站的数据请求和对数据的计数处理；
2、激振电路可以根据外接不同的单线圈振弦式传感器选择高压瞬间放电激振或者32V低压持续放电激振电路。在保证能够正常起振的情况下，可以降低激振电压幅值和持续时间；拾振电路针对目前市场上不同振弦式传感器的工作频率，通过带通滤波电路将采集频率确定在500-4500Hz范围内，再通过放大和整形电路，有效的保证了测量的准确性。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
实施例1，如图1所示：
隧道结构健康监测数据采集器，包括：
用于从多种检测传感器处获得数据信息的激振/拾振模块；
用于对激振/拾振模块进行控制的第一CPU；
用于对激振/拾振模块采集到的监测数据信息进行计算的隧道结构健康评估算法模块；
用于对隧道结构健康评估算法模块进行控制的第二CPU，第二CPU与第一CPU之间数据交互连接；
通讯模块；
激振/拾振模块，激振/拾振模块的数据输出端分别与隧道结构健康评估算法模块的数据输入端和通讯模块的数据输入端连接，隧道结构健康评估算法模块的数据输出端与通讯模块的数据输入端连接，通讯模块的数据输出端与远程工作站的数据输入端连接。
采用双CPU结构，激振/拾振模块由独立的第一CPU实现，在采集数据时不接受其它中断请求，保证采集数据的精度；隧道结构健康评估算法模块和通讯模块由另一块独立的第二CPU实现，可以实时响应工作站的数据请求和对数据的计数处理。
第一CPU优选ATMEL公司的高性能、低功耗的AVR8位微处理器，该微处理器具有先进的RISC结构，性能可以达到16MIPS；拥有非易失性的程序和数据存储区；拥有两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器；
第二CPU优选ST公司的ARM 32位的Cortex-M3CPU微处理器，该CPU工作频率可以达到72MHz，性能可以达到1.25DMips/MHz；拥有低功耗特性；带12通道DMA控制器；多达14个通信接口；
在第一CPU1和第二CPU工作的间隙，两块CPU完成数据的交换；
通讯模块内提供数据上传的接口优选包括：RS232/485/422、工业以太网现场总线(采用芯片包含MAX232，65LBC184，CP2200等)。在工程应用中，可以根据现场实际施工环境，施工费用预算灵活地选择通讯接口。
激振/拾振模块采集的原始数据分为两路，一路直接通过与通讯模块连接的RS232/485/422、工业以太网现场总线将数据传输至远程工作站，供远程工作站对原始数据进行复杂的分析处理。另一路则通过隧道结构健康性评估算法模块处理后得出该隧道段面的健康评估数据，评估数据再通过与通讯模块连接的RS232/485/422、以太网现场总线的方式传输至远程工作站。远程工作站中装有实时数据显示及实时数据处理的监控软件，并设有数据通信模块，该数据通信模块与隧道结构健康监测数据采集器的通讯模块连接；
通常情况下复杂隧道的每个监测段面上土压力盒、水压计和钢筋计各有5个，每个传感器需要一个监测通道。每个隧道结构健康监测数据采集器自带有16个监测通道，通过扩展单元最多可以对48个监测点进行监测；
本实用新型的隧道结构健康监测数据采集器，不仅可以应用在复杂隧道领域，还可应用在其他建筑结构的健康测量领域。
实施例2，
本实施例与实施例1的区别在于，激振/拾振模块包括两套独立的硬件电路，一套硬件电路采用高电压瞬间放电激发传感器(升压线圈配合电容储能，通过三极管瞬间释放)；另一套电路采用32V低电压持续放电激发传感器(通过升压芯片33063升高电压，控制三极管持续释放)；对应地检测传感器为单线圈振弦式传感器。
激振电路可以根据外接不同的单线圈振弦式传感器选择高压瞬间放电激振或者32V低压持续放电激振电路。在保证能够正常起振的情况下，可以降低激振电压幅值和持续时间；拾振电路针对目前市场上不同振弦式传感器的工作频率，通过带通滤波电路将采集频率确定在500-4500Hz范围内，再通过放大和整形电路，有效的保证了测量的准确性。
激振/拾振模块，包含升压电路(主要电路含升压线圈或芯片33063)，带通电路(主要电路含芯片LM324)，放大电路(主要电路含芯片OP07)，比较电路(主要电路含芯片LF442)，检测电路(主要电路含芯片STM32F105)，其电路连接关系为本领域常见技术手段，在此不做敷述。
实施例3，
本实施例与实施例1的区别在于，检测传感器包括钢筋计、土压力盒和水压计中的任一种或几种。
实施例4，
本实施例与实施例2的区别在于，第二CPU的控制信号输出端还与通讯模块的控制信号输入端连接。
实施例5，
为了降低采集器功耗且减少对传感器钢弦和线路老化的影响，延长采集仪和传感器的使用寿命。激振/拾振模块输出的激振电压和持续时间可以根据实际情况调节，即：高电压瞬间放电电路的电压可以在48V到120V之间选择(通过储能时间进行控制)；32V低电压持续放电电路的持续时间可以在5ms到20ms之间选择(通过控制三极管通断进行控制)。在保证传感器正常起振的前提下，降低电压幅值或减少放电时间可以相应的减小拨动传感器钢弦的磁力，达到减少对传感器钢弦和线路老化的效果。
本实用新型实现了对采集数据精度高和实时性强的双重要求，解决工程中部分预设传感器不能激发和难以起振的问题，降低采集器的功耗且有效地减少了对传感器钢弦和线路老化影响。能够连续实时地对隧道结构健康性能进行自动化数据采集并将采集的数据传输至远程工作站，实现了隧道结构健康的远程实时监测；实现了在隧道建设及营运期间对隧道结构健康性的动态监测，并将评估数据上传至远程工作站便于评估系统作出综合健康评估。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。
Claims (4)
1.隧道结构健康监测数据采集器，其特征在于，包括：
用于从多种检测传感器处获得数据信息的激振/拾振模块；
用于对激振/拾振模块进行控制的第一CPU；
用于对激振/拾振模块采集到的监测数据信息进行计算的隧道结构健康评估算法模块；
用于对隧道结构健康评估算法模块进行控制的第二CPU，第二CPU与第一CPU之间数据交互连接；
通讯模块；
激振/拾振模块，激振/拾振模块的数据输出端分别与隧道结构健康评估算法模块的数据输入端和通讯模块的数据输入端连接，隧道结构健康评估算法模块的数据输出端与通讯模块的数据输入端连接，通讯模块的数据输出端与远程工作站的数据输入端连接。
2.根据权利要求1所述的隧道结构健康监测数据采集器，其特征在于：激振/拾振模块包括两套独立的硬件电路，一套硬件电路采用高电压瞬间放电激发传感器；另一套电路采用32V低电压持续放电激发传感器；对应地检测传感器为单线圈振弦式传感器。
3.根据权利要求2所述的隧道结构健康监测数据采集器，其特征在于：检测传感器包括钢筋计、土压力盒和水压计中的任一种或几种。
4.根据权利要求1所述的隧道结构健康监测数据采集器，其特征在于：第二CPU的控制信号输出端还与通讯模块的控制信号输入端连接。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110940447A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-03-31 | 上海宏信设备工程有限公司 | 一种无线基坑支护受力的监测系统 |
-
2018
- 2018-08-17 CN CN201821330638.1U patent/CN208654597U/zh active Active
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Denomination of utility model: Tunnel structure health monitoring data collector Effective date of registration: 20220817 Granted publication date: 20190326 Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee Pledgor: CHENGDU JINSUI AUTOMATION ENGINEERING Co.,Ltd. Registration number: Y2022980012860 |
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Denomination of utility model: Tunnel Structure Health Monitoring Data Collector Effective date of registration: 20231024 Granted publication date: 20190326 Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee Pledgor: CHENGDU JINSUI AUTOMATION ENGINEERING Co.,Ltd. Registration number: Y2023980062242 |
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