CN211149232U - 一种工程结构健康监测数据采集处理系统 - Google Patents

一种工程结构健康监测数据采集处理系统 Download PDF

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张英坤
于军琪
赵长春
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Abstract

本实用新型公开了一种工程结构健康监测数据采集处理系统,包括频率采集电路、调频降噪电路和运放发射电路,所述频率采集电路是采集信号采集模块调制前的模拟信号频率,所述调频降噪电路运用三极管Q1、三极管Q2和二极管D4、二极管D5组成复合电路防止信号交越失真,并且运用三极管Q3、三极管Q7和电容C2‑电容C5组成调频电路调节信号频率,最后运用三极管Q4放大信号,同时运用二极管D2、二极管D3和电容C6组成降噪电路降低信号噪声,其中运用三极管Q5检测降噪电路输出信号,最后运放发射电路运用运放器AR1同相放大信号,经信号发射器E1发送至控制器内,对信号调节后转换为对控制器接收到的接收到的待测工程结构健康数据信号的修正信号。

Description

一种工程结构健康监测数据采集处理系统
技术领域
本实用新型涉及数据采集处理系统,具体涉及一种工程结构健康监测数据采集处理系统。
背景技术
结构健康监测技术最早起源于20世纪50年代,具体是利用各种传感器,对结构物、建筑物的位移,应变,温度等参数检测,由于监测系统成本高、检测技术手段也相对落后,主要用于重大工程的结构健康监测,但未在实际工程中广泛应用。对结构物、建筑物的监测一般在现场设置有数据采集处理系统,该数据采集处理系统一般需要收集各种传感器采集到的信号,但是现有的数据处理系统中采集到的信号为模拟信号,需要对该模拟信号进行调制,经过调制后的信号在传输时容易出现失真。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种工程结构健康监测数据采集处理系统,用以解决现有技术中的数据采集处理系统中信号在采集时容易出现失真等问题。
为了实现上述任务,本实用新型采用以下技术方案:
一种工程结构健康监测数据采集处理系统,包括供电模块、信号传输模块、数据处理模块,还包括信号采集模块以及显示模块;
所述的供电模块用于为信号采集模块、信号传输模块、数据处理模块以及显示模块供电;
所述的信号采集模块用于采集监测信号后,对所述的监测信号进行降噪、调频以及信号放大,获得稳定的监测信号;
所述的信号传输模块用于将稳定的监测信号发送给数据处理模块;
所述的数据处理模块用于对所述的稳定的监测信号进行数模转换,获得数字形式的监测信号;
所述的显示模块用于将所述的数字形式的监测信号进行显示。
进一步地,所述的信号采集模块包括依次连接的采集子模块、失真调节子模块、频率调节子模块、降噪子模块以及信号放大子模块;
所述的采集子模块用于采集监测信号;
所述的失真调节子模块用于对所述的监测信号进行防止失真的保护,获得保护监测信号;
所述的频率调节子模块用于对所述的保护监测信号进行频率调节,获得调频监测信号;
所述的降噪子模块用于对所述的调频监测信号进行去噪,获得降噪监测信号;
所述的信号放大子模块用于对所述的降噪监测信号进行放大,获得稳定的监测信号。
进一步地,所述的降噪子模块还用于检测所述降噪监测信号的频率,将所述的检测结果反馈给频率调节子模块。
进一步地,所述的采集子模块包括应变压力采集器J1,所述的应变压力采集器J1的电源端VCC接电源+5V,应变压力采集器J1的接地端GND接地;
所述的应变压力采集器J1输出端OUT连接有稳压管D1以及电阻R1,所述的稳压管D1还接地,所述的电阻R1的还连接有电容C1以及二极管D4,所述电容C1的另一端接地。
进一步地,所述的失真调节子模块包括三极管Q1、三极管Q2、二极管D4、二极管D5、电阻R2、电阻R3以及电阻R4;
所述的三极管Q1的基极与所述的电阻R2以及所述的二极管D4连接,三极管Q1的集电极连接有电阻R2、电阻R5以及供电模块,三极管Q1的发射极与三极管Q2的发射极以及频率调节子模块连接,三极管Q2的基极接二极管D5以及电阻R3,三极管Q2的集电极连接有电阻R3和电阻R4,所述的电阻R4还接地,所述的二极管D5与二极管D4连接。
进一步地,所述的频率调节子模块包括三极管Q3、三极管Q7、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R6以及电感L3;
所述的三极管Q7的基极与所述失真调节子模块的三极管Q1的发射极以及三极管Q2的发射极连接,所述的三极管Q7的集电极与电容C2连接,所述的电容C2还与电阻R6、电容C3以及三极管Q3的基极连接,所述的三极管Q3的发射极连接有电容C4,三极管Q7的发射极和电容C3、电容C4均接地,三极管Q3的集电极还连接有电感L3以及电容C5,所述电阻R6与所述的电感L3、电容C5以及降噪子模块连接。
进一步地,所述的降噪子模块包括三极管Q4、三极管Q5、二极管D2、二极管D3、电阻R5、电阻R7以及电容C6;
所述的三极管Q4的基极与所述的频率调节子模块中的电阻R6连接,所述的三极管Q4的发射极连接有电阻R7以及三极管Q5的基极,所述三极管Q4的集电极与所述的电阻R5以及电容C6连接,所述的电阻R5还与电源模块连接;
所述的三极管Q5的发射极与所述的二极管D2以及二极管D3连接,所述的三极管Q5的集电极与所述的频率调节子模块的三极管Q7的集电极连接。
进一步地,所述的信号放大子模块包括运放器AR1、信号发射器E1以及电阻R8、电阻R9和电阻R10;
所述的运放器AR1的同相输入端接二极管D3和电阻R8,运放器AR1的反相输入端接电阻R9,所述电阻R9还接地,运放器AR1的输出端连接有电阻R8和电阻R10,所述电阻R10还与信号发射器E1连接;所述的信号发射器E1与所述的信号传输模块连接。
本实用新型与现有技术相比具有以下技术特点:
1、本实用新型提供的工程结构健康监测数据采集处理系统通过设计了能够对监测信号进行降噪、调频以及放大的信号采集模块,避免了监测信号在采集时出现的失真情况;
2、本实用新型提供的工程结构健康监测数据采集处理系统通过设计了失真调节子模块运用三极管Q1、三极管Q2和二极管D4、二极管D5组成复合电路防止信号交越失真;
3、本实用新型提供的工程结构健康监测数据采集处理系统通过设计了频率调节子模块运用三极管Q3、三极管Q7和电容C2-电容C5组成调频电路调节信号频率,电容C2、电容C5为去耦电容,滤除低频信号噪声,电容C3、电容C4为旁路电容,滤除高频信号噪声,实现对信号的调频作用;
4、本实用新型提供的工程结构健康监测数据采集处理系统通过设计了信号放大子模块运用三极管Q4放大信号,补偿信号的导通损耗,同时运用二极管D2、二极管D3和电容C6组成降噪电路降低信号噪声,提高信号的抗干扰性,其中运用三极管Q5检测降噪电路输出信号,反馈低电平信号至三极管Q7集电极,调节调频降噪电路输出信号振幅,保证控制器接收到的接收到的待测工程结构健康数据信号的修正信号的准确性。
附图说明
图1为本实用新型提供的工程结构健康监测数据采集处理系统整体结构图;
图2为本实用新型的一个实施例中提供的采集子模块电路结构图;
图3为本实用新型的一个实施例中提供的失真调节子模块、频率调节子模块以及降噪子模块电路结构图;
图4为本实用新型的一个实施例中提供的信号放大子模块电路结构图。
具体实施方式
本实用新型公开了一种工程结构健康监测数据采集处理系统,包括供电模块、信号传输模块、数据处理模块,还包括信号采集模块以及显示模块;
供电模块用于为信号采集模块、信号传输模块、数据处理模块以及显示模块供电;
信号采集模块用于采集监测信号后,对监测信号进行降噪、调频以及信号放大,获得稳定的监测信号;
信号传输模块用于将稳定的监测信号发送给数据处理模块;
数据处理模块用于对稳定的监测信号进行数模转换,获得数字形式的监测信号;
显示模块用于将数字形式的监测信号进行显示。
在本实施例中提供了一种工程结构健康监测数据采集处理系统,如图1所示,能够对信号采集模块调制前的模拟信号频率实时监测,对信号调节后转换为对控制器接收到的接收到的待测工程结构健康数据信号的修正信号。
也就是说,本实施例中提供的处理系统能够实现以下功能:
(1)信号采集;
(2)信号处理,包括去噪、调频以及放大;
(3)信号传输;
(4)信号以数字化数据显示;
(5)监测数据显示。
其中供电模块可以选用市场上常见的5V电源;信号传输模块可以是有线的RS485或者RS232等传输设备,还可以是蓝牙、ZigBee等无线传输设备;数据处理模块可以是单片机、ARM等能够实现数模转换以及数据基本计算的微处理器;显示模块可以是液晶屏、触摸屏等市场上现有的显示设备。
可选地,信号采集模块包括依次连接的采集子模块、失真调节子模块、频率调节子模块、降噪子模块以及信号放大子模块;
采集子模块用于采集监测信号;
失真调节子模块用于对监测信号进行防止失真的保护,获得保护监测信号;
频率调节子模块用于对保护监测信号进行频率调节,获得调频监测信号;
降噪子模块用于对调频监测信号进行去噪,获得降噪监测信号;
信号放大子模块用于对降噪监测信号进行放大,获得稳定的监测信号。
在本实施例中,采集子模块主要是调制采集信号的采集模块的模拟信号频率;
可选地,采集子模块包括应变压力采集器J1,应变压力采集器J1的电源端VCC接电源+5V,应变压力采集器J1的接地端GND接地;
应变压力采集器J1输出端OUT连接有稳压管D1以及电阻R1,稳压管D1还接地,电阻R1的还连接有电容C1以及二极管D4,电容C1的另一端接地。
在本实施例中,如图2所示,采集子模块包括型号为TJP-1的应变压力采集器J1,应变压力采集器J1的电源端接电源+5V,应变压力采集器J1的接地端接地,应变压力采集器J1输出端接稳压管D1的负极和电阻R1的一端,稳压管D1的正极接地,电阻R1的另一端接电容C1的一端、二极管D4的负极,电容C1的另一端接地,其中Y1节点用于实现与失真调节子模块连接。
在本实施例中,失真调节子模块用于防止信号交越失真。
可选地,失真调节子模块包括三极管Q1、三极管Q2、二极管D4、二极管D5、电阻R2、电阻R3以及电阻R4;
三极管Q1的基极与电阻R2以及二极管D4连接,三极管Q1的集电极连接有电阻R2、电阻R5以及供电模块,三极管Q1的发射极与三极管Q2的发射极以及频率调节子模块连接,三极管Q2的基极接二极管D5以及电阻R3,三极管Q2的集电极连接有电阻R3和电阻R4,电阻R4还接地,二极管D5与二极管D4连接。
在本实施例中,如图3所示,三极管Q1,三极管Q1的基极接电阻R2的一端和二极管D4的正极,三极管Q1的集电极接电阻R2的另一端和电阻R5的一端、电源+5V,三极管Q1的发射极接三极管Q7的基极和三极管Q2的发射极,三极管Q2的基极接二极管D5的负极和电阻R3的一端,三极管Q2的集电极接电阻R3的另一端和电阻R4的一端,电阻R4的另一端接地,二极管D5的正极接二极管D4的负极。
在本实施例中,频率调节子模块用于调节信号频率。
可选地,频率调节子模块包括三极管Q3、三极管Q7、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R6以及电感L3;
三极管Q7的基极与失真调节子模块的三极管Q1的发射极以及三极管Q2的发射极连接,三极管Q7的集电极与电容C2连接,电容C2还与电阻R6、电容C3以及三极管Q3的基极连接,三极管Q3的发射极连接有电容C4,三极管Q7的发射极和电容C3、电容C4均接地,三极管Q3的集电极还连接有电感L3以及电容C5,电阻R6与电感L3、电容C5以及降噪子模块连接。
在本实施例中,如图3所示,三极管Q7的集电极接三极管Q5的集电极和电容C2的一端,电容C2的另一端接电阻R6、电容C3的一端和三极管Q3的基极,三极管Q3的发射极接电容C4的一端,三极管Q7的发射极和电容C3、电容C4的另一端接地,三极管Q3的集电极接电感L3、电容C5的一端,电阻R6的另一端接电感L3、电容C5的另一端和三极管Q4的基极。
在本实施例中,电容C2、电容C5为去耦电容,滤除低频信号噪声,电容C3、电容C4为旁路电容,滤除高频信号噪声,实现对信号的调频作用。
在本实施例中,降噪子模块用于对调频后的信号进行进一步地的去噪。
可选地,降噪子模块包括三极管Q4、三极管Q5、二极管D2、二极管D3、电阻R5、电阻R7以及电容C6;
三极管Q4的基极与频率调节子模块中的电阻R6连接,三极管Q4的发射极连接有电阻R7以及三极管Q5的基极,三极管Q4的集电极与电阻R5以及电容C6连接,电阻R5还与电源模块连接;
三极管Q5的发射极与二极管D2以及二极管D3连接,三极管Q5的集电极与频率调节子模块的三极管Q7的集电极连接。
在本实施例中,如图3所示,三极管Q4的发射极接电阻R7的一端和三极管Q5的基极,电阻R7的另一端接地,三极管Q7的集电极接电阻R5的另一端和电容C6的一端、二极管D2的正极,二极管D2的负极接三极管Q5的发射极和二极管D3的负极,二极管D3的正极接电容C6的另一端,其中Y2节点实现与信号放大子模块的连接。在本实施例中,运用三极管Q4放大信号,补偿信号的导通损耗,同时运用二极管D2、二极管D3和电容C6组成降噪电路降低信号噪声,提高信号的抗干扰性。
可选地,降噪子模块还用于检测降噪监测信号的频率,将检测结果反馈给频率调节子模块。
在本实施例中,如图3所示,运用三极管Q5检测降噪电路输出信号,反馈低电平信号至三极管Q7集电极,其中X1节点实现三极管Q5与三极管Q7的连接,调节调频降噪电路输出信号振幅,保证控制器接收到的接收到的待测工程结构健康数据信号的修正信号的准确性。
可选地,信号放大子模块包括运放器AR1、信号发射器E1以及电阻R8、电阻R9和电阻R10;
运放器AR1的同相输入端接二极管D3和电阻R8,运放器AR1的反相输入端接电阻R9,电阻R9还接地,运放器AR1的输出端连接有电阻R8和电阻R10,电阻R10还与信号发射器E1连接;信号发射器E1与信号传输模块连接。
在本实施例中,如图4所示,信号放大子模块运用运放器AR1同相放大信号,经信号发射器E1发送至控制器内,为控制器接收到的接收到的待测工程结构健康数据信号的修正信号,运放器AR1的同相输入端接二极管D3的正极和电阻R8的一端,运放器AR1的反相输入端接电阻R9的一端,电阻R9的另一端接地,运放器AR1的输出端接电阻R8的另一端和电阻R10的一端,电阻R10的另一端接信号发射器E1。
以上所述是结合具体实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明,不能认定本实用新型具体实施仅局限于此;对于本实用新型所属及相关技术领域的技术人员来说,在基于本实用新型技术方案思路前提下,所作的拓展以及操作方法、数据的替换,都应当落在本实用新型保护范围之内。

Claims (3)

1.一种工程结构健康监测数据采集处理系统,包括供电模块、信号传输模块、数据处理模块,其特征在于,还包括信号采集模块以及显示模块;
所述的供电模块用于为信号采集模块、信号传输模块、数据处理模块以及显示模块供电;
所述的信号采集模块用于采集监测信号后,对所述的监测信号进行降噪、调频以及信号放大,获得稳定的监测信号;
所述的信号传输模块用于将稳定的监测信号发送给数据处理模块;
所述的数据处理模块用于对所述的稳定的监测信号进行数模转换,获得数字形式的监测信号;
所述的显示模块用于将所述的数字形式的监测信号进行显示;
所述的信号采集模块包括依次连接的采集子模块、失真调节子模块、频率调节子模块、降噪子模块以及信号放大子模块;
所述的采集子模块用于采集监测信号;
所述的失真调节子模块用于对所述的监测信号进行防止失真的保护,获得保护监测信号;
所述的频率调节子模块用于对所述的保护监测信号进行频率调节,获得调频监测信号;
所述的降噪子模块用于对所述的调频监测信号进行去噪,获得降噪监测信号;
所述的信号放大子模块用于对所述的降噪监测信号进行放大,获得稳定的监测信号;
所述的失真调节子模块包括三极管Q1、三极管Q2、二极管D4、二极管D5、电阻R2、电阻R3以及电阻R4;
所述的三极管Q1的基极与所述的电阻R2以及所述的二极管D4连接,三极管Q1的集电极连接有电阻R2、电阻R5以及供电模块,三极管Q1的发射极与三极管Q2的发射极以及频率调节子模块连接,三极管Q2的基极接二极管D5以及电阻R3,三极管Q2的集电极连接有电阻R3和电阻R4,所述的电阻R4还接地,所述的二极管D5与二极管D4连接;
所述的频率调节子模块包括三极管Q3、三极管Q7、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R6以及电感L3;
所述的三极管Q7的基极与所述失真调节子模块的三极管Q1的发射极以及三极管Q2的发射极连接,所述的三极管Q7的集电极与电容C2连接,所述的电容C2还与电阻R6、电容C3以及三极管Q3的基极连接,所述的三极管Q3的发射极连接有电容C4,三极管Q7的发射极和电容C3、电容C4均接地,三极管Q3的集电极还连接有电感L3以及电容C5,所述电阻R6与所述的电感L3、电容C5以及降噪子模块连接;
所述的降噪子模块包括三极管Q4、三极管Q5、二极管D2、二极管D3、电阻R5、电阻R7以及电容C6;
所述的三极管Q4的基极与所述的频率调节子模块中的电阻R6连接,所述的三极管Q4的发射极连接有电阻R7以及三极管Q5的基极,所述三极管Q4的集电极与所述的电阻R5以及电容C6连接,所述的电阻R5还与电源模块连接;
所述的三极管Q5的发射极与所述的二极管D2以及二极管D3连接,所述的三极管Q5的集电极与所述的频率调节子模块的三极管Q7的集电极连接;
所述的信号放大子模块包括运放器AR1、信号发射器E1以及电阻R8、电阻R9和电阻R10;
所述的运放器AR1的同相输入端接二极管D3和电阻R8,运放器AR1的反相输入端接电阻R9,所述电阻R9还接地,运放器AR1的输出端连接有电阻R8和电阻R10,所述电阻R10还与信号发射器E1连接;所述的信号发射器E1与所述的信号传输模块连接。
2.如权利要求1所述的工程结构健康监测数据采集处理系统,其特征在于,所述的降噪子模块还用于检测所述降噪监测信号的频率,将所述的检测结果反馈给频率调节子模块。
3.如权利要求1所述的工程结构健康监测数据采集处理系统,其特征在于,所述的采集子模块包括应变压力采集器J1,所述的应变压力采集器J1的电源端VCC接电源+5V,应变压力采集器J1的接地端GND接地;
所述的应变压力采集器J1输出端OUT连接有稳压管D1以及电阻R1,所述的稳压管D1还接地,所述的电阻R1的还连接有电容C1以及二极管D4,所述电容C1的另一端接地。
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