CN2824007Y - 智能型多通道桥梁振动检测仪及其数据采集适配器 - Google Patents

智能型多通道桥梁振动检测仪及其数据采集适配器 Download PDF

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李青
王留军
余淼
陈亮
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夏魏
许光宏
牛道安
罗锦章
陈正高
刘选斌
魏树林
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Abstract

本实用新型涉及一种智能型多通道桥梁振动检测仪及其数据采集适配器。智能型多通道桥梁振动检测数据采集适配器，含有内嵌式多通道A/D转换器的高性能的微处理器，拾振器信号通过信号调理电路连接微处理器内嵌A/D转换器的一个输入端口，A/D转换器的数据输出端口连接USB总线接口芯片数据端，USB总线接口芯片的片选线、读写线、中断信号线、数据/命令控制线分别接微处理器的P2.7、RD、WR、P3.2和P2.0，USB总线接口芯片的输出外连USB接口。利用当前先进的计算机控制和管理技术，实现桥梁振动的现场数据检测，实时显示振动波形，测量精度高，分析能力强，接口电路便于和上位机通讯，适用性强，扩展灵活方便，适用于各种工况下的计算机监控和管理。

Description

智能型多通道桥梁振动检测仪及其数据采集适配器
一、本实用新型涉及一种桥梁振动检测仪器，特别是涉及一种智能型多通道桥梁振动检测仪及其数据采集适配器。
二、随着铁路列车的提速和跨越式发展战略的逐步实施，客、货列车速度已有较大提高，牵引动力类型和车辆载重发生了较大变化，在这个过程中，铁路桥梁正经受着重大的考验。对既有铁路桥梁验算其承载能力、测试其运营性能，确保行车安全和结构安全，充分发挥设备潜能，需要对桥梁振动情况进行经常性检测，以便及时了解桥梁状况，据以制定运用对策。目前我国大多采用经纬仪对桥梁振动进行人工检测，测量精度低、人为误差大；还有一种采用振动分析仪的测量法，虽精度较高，但设备昂贵，技术复杂，需要专业技术人员操作。中国实用新型专利ZL02224875.7公开了一种便携式桥梁横向振动检测仪，速度传感器的输出信号经脉冲鉴别处理电路接微型单片机控制单元，拾振器及其信号放大电路的输出信号经转换电路接单片机控制单元，同单片机连接有液晶显示屏，电平转换电路接于单片机控制单元的串行口，I2C总线电路接于单片机控制单元的接口，所述微型单片机控制单元和存储器选择译码电路均与存储器连接。自动化程度高，操作简单，具有自动测量、自动记录等功能，能将所测记录数据通过RS232C传送到上位计算机。其存在的缺点是：数据的分析、处理均在微控制器内进行，使其数据处理的速度和运算精度受到影响，参数的种类有限，可扩展能力有限，不能显示振动的频率，跟不上当前计算机控制技术发展的水平。
三、实用新型内容：
本实用新型所要解决的技术问题：针对背景技术当前桥梁振动检测技术存在的不足，设计出一种智能型多通道桥梁振动检测仪及其数据采集适配器。
本实用新型所采用的技术方案：一种智能型多通道桥梁振动检测数据采集适配器，含有单片机、A/D转换器及电源电路，单片机采用含有内嵌式至少12位的多通道A/D转换器的8位或16位或32位的高性能微处理器，每个拾振器输出信号接入其信号调理电路，信号调理电路的输出端连接微处理器内嵌A/D转换器的一个输入端口，列车测速雷达通过通讯电缆接入RS-485总线接口电路的输入端，经RS-485总线接口进行电平转换后接入微处理器的串行口TXD和RXD，微处理器内嵌A/D转换器的数据输出端口连接USB总线接口芯片数据端，USB总线接口芯片的片选线、读写线、中断信号线、数据/命令控制线分别接微处理器的P2.7、RD、WR、P3.2和P2.0，USB总线接口芯片的输出外连USB接口。
含有调试接口电路，调试接口电路采用RS-232电平转换器，其串行口分别和微处理器串行通讯口连接，转换后的标准电平输出接口连接上位计算机，用于微处理器的在线调试及程序下载。
每一信号调理电路含有放大电路和积分电路，拾振器信号经阻抗变换后接入放大器的同向输入端，放大器的输出经阻容耦合接入积分器，积分器的输出信号经低通滤波后接入A/D转换器的一个输入端口。
一种含有上述桥梁振动检测数据采集适配器的智能型多通道桥梁振动检测仪，含有拾振器，列车测速雷达，拾振器采用1～4或8个891-4型传感器，或者采用891-1型传感器，拾振器输出信号接入适配器的信号调理电路的输入端，测速雷达通过通讯线和RS-485总线接口接入适配器的微处理器的串行口，适配器微处理器内嵌的A/D转换器输出通过USB接口连接上位计算机。
上位计算机为笔记本电脑，或者为台式机，设有USB接口，计算机内置系统测量、管理软件和数据库，或者连接有打印机。
本实用新型的积极有益效果：
1、利用当前先进的计算机控制和数据处理及管理技术，实现桥梁振动的现场数据检测，实时显示振动波形，测量精度高，分析能力强。
2、数据采集适配器采用内嵌A/D和保护电路的高性能微处理器，外围设有各种接口电路，便于和上位机通讯，适用能力强，扩展灵活方便，适用于各种工况下的计算机监控和管理。
四、附图说明：
图1：数据采集适配器原理框图
图2：桥梁振动检测装置结构示意图
图3：数据采集适配器微处理器及外围电路和接口电路原理图
五、具体实施方式：
实施例一：本实施例智能型多通道桥梁振动数据采集适配器，其结构组成原理方框图参见图1：拾振器的输出信号经过信号调理电路接入微处理器(图中的高性能微转换器)，列车测速雷达的输出信号经过RS485接口电路也接入微处理器，微处理器通过USB接口电路和上位机连接，电源管理单元提供适配器工作电源。
图3为本实施例数据采集适配器微处理器及外围电路和接口电路原理图。图3中虚线框10所示为微处理器U1及其外围电路，6为USB接口电路，7为电源管理单元，9为信号调理电路，8为RS485接口电路。适配器可设稳压直流电源提供系统工作电源VCC，或者适配器系统及微处理器工作电源VCC由桥梁振动检测仪计算机USB口提供，VCC经滤波后通过肖基特二极管D02、D03及小阻抗电阻R003提供模拟部分各路拾振器信号调理电路放大器及A/D转换器的工作电源AVCC，实现模拟部分电源和数字部分电源隔离，避免其干扰，以保证A/D转换的精度，AVCC取电阻R005对R006的分压提供各路拾振器信号调理电路积分器的参考电压，分别经限流电阻接入各积分器的同向输入端。
本实施例微处理器采用内嵌式多通道12位A/D转换器、看门狗(WDT)和8位MCU的高性能微转换器(Microconverter)，可设8路模拟通道。U1的5脚和8脚接模拟部分电源AVCC，8脚接有一端接地的滤波电容C016，6脚接地，7脚通过电容C017接地，图中U7为U1提供上电复位信号及电源电压监控，U7的3脚接电源VCC，1脚接地，2脚连接U1的复位端15脚；U1的20、40、48、34接电源VCC，21、35、47接地，32、33脚外接时钟，19脚连接发光二极管D01和电阻R004接电源VCC，D01在U1的P3.3口线控制下，为本适配器提供电源及数据采集状态指示。
信号调理电路：电阻R005对AVCC的分压通过电阻R020产生的电流和拾振器输出经电容耦合后的信号叠加接入放大器的同向输入端，放大器的输出端与反向输入端连接有反馈电阻R022，放大器的输出经电容C021和电阻R023耦合接入积分器的反向输入端，积分器的输出端与其反向输入端并接有积分电阻R025和电容C022，积分器输出信号经低通滤波后接入微处理器的A/D转换器的一个通道(U1的P1.0口)，其余三个拾振器信号调理电路同上，分别接入微处理器U1的P1.1、P1.2、P1.3口；
列车测速雷达通过通讯电缆接入RS-485总线电路接口的输入端，经电平转换后接入微处理器的串行口TXD和RXD，RS-485总线接口电路U4的8脚接电源VCC，5脚接地，其1脚(RO)和4脚(DI)分别接处理器U1的串行通讯口，其收发控制端接U1的P3.5；当列车测速雷达检测到前方有列车通过时，通过RS485接口与微处理器进行通讯，将列车的速度信息实时传入微处理器，微处理器控制其A/D转换器开始工作，列车通过后，微处理器控制A/D转换器停止工作。
微处理器内嵌A/D转换器的数据线输出连接USB总线接口芯片U2的数据输入端，USB总线接口芯片的片选线、读写线、中断信号线、数据/命令控制线分别接微处理器的P2.7、RD、WR、P3.2和P2.0，USB总线接口芯片的输出6、7脚连接USB接口数据线，USB接口的4脚接地，1脚接电源。USB总线接口芯片的20脚接电源，5脚通过电容接地，8、9脚外接时钟，18脚接地。
本实用新型数据采集适配器，含有调试接口电路，调试接口电路采用TTL/RS232电平转换器U3，其串行口分别和微处理器串行通讯口连接，转换后的标准电平输出接口连接上位计算机，用于微处理器的在线调试及程序下载。
实施例二：参见图2，本实施例为智能型多通道桥梁振动检测仪。图中1为笔记本电脑，2为USB传输线，3为数据采集适配器，4为拾振器，5为信号电缆。拾振器采用4个891-4型传感器，拾振器输出信号接入适配器的一个通道的信号调理电路的输入端，测速雷达通过通讯线和RS-485总线接口接入适配器的微处理器的串行口，适配器微处理器内嵌的A/D转换器输出通过USB接口连接上位计算机。本实施例上位计算机为笔记本电脑，设有USB接口，计算机内置系统测量、管理软件和数据库。列车通过时，桥梁振动数据检测适配器开始工作，由各路信号调理电路将检测到的振动信号经放大、滤波、积分等过程调理后，进入微处理器内嵌的A/D转换器进行A/D转换，转换后的数字量通过USB接口实时送入计算机，在计算机上进行数字滤波、运算、并实时显示、存储。由计算机将采集的振动波形及测量结果(最大峰峰值，最大正幅值，最大负幅值，强振频率，自振频率)、时间信息、地点信息、单位信息、拾振器布置信息、所测桥跨信息、气候信息等存入数据库中。
实施例三：参见图2，本实施例基本同实施例二，其不同之处在于：上位计算机为台式机，设有USB接口，连接有打印机，计算机内置系统测量、管理软件和数据库。振动传感器采用891-1型，最多可连接8路，即适配器含有8路模拟通道。

Claims (5)

1、一种智能型多通道桥梁振动检测数据采集适配器，含有单片机、A/D转换器及电源电路，其特征是：单片机采用含有内嵌式至少12位的多通道A/D转换器的8位或16位或32位的高性能微处理器，每个拾振器输出信号接入其信号调理电路，信号调理电路的输出端连接微处理器内嵌A/D转换器的一个输入端口，列车测速雷达通过通讯电缆接入RS-485总线接口电路的输入端，经RS-485总线接口进行电平转换后接入微处理器的串行口TXD和RXD，微处理器内嵌A/D转换器的数据输出端口连接USB总线接口芯片数据端，USB总线接口芯片的片选线、读写线、中断信号线、数据/命令控制线分别接微处理器的P2.7、RD、WR、P3.2和P2.0，USB总线接口芯片的输出外连USB接口。
2、根据权利要求1所述的桥梁振动检测数据采集适配器，其特征是：含有调试接口电路，调试接口电路采用RS-232电平转换器，其串行口分别和微处理器串行通讯口连接，转换后的标准电平输出接口连接上位计算机，用于微处理器的在线调试及程序下载。
3、根据权利要求1或2所述的桥梁振动检测数据采集适配器，其特征是：每一信号调理电路含有放大电路和积分电路，拾振器信号经阻抗变换后接入放大器的同向输入端，放大器的输出经阻容耦合接入积分器，积分器的输出信号经低通滤波后接入A/D转换器的一个输入端口。
4、一种含有权利要求1所述桥梁振动检测数据采集适配器的智能型多通道桥梁振动检测仪，含有拾振器，列车测速雷达，其特征是：拾振器采用1～4或8个891-4型传感器，或者采用891-1型传感器，拾振器输出信号接入适配器的信号调理电路的输入端，测速雷达通过通讯线和RS-485总线接口接入适配器的微处理器的串行口，适配器微处理器内嵌的A/D转换器输出通过USB接口连接上位计算机。
5、根据权利要求4所述的智能型多通道桥梁振动检测仪，其特征是：上位计算机为笔记本电脑，或者为台式机，设有USB接口，计算机内置系统测量、管理软件和数据库，或者连接有打印机。
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