CN110873632A - 一种基于无线的压差式动态扰度传感器及监测*** - Google Patents

一种基于无线的压差式动态扰度传感器及监测*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无线的压差式动态扰度传感器及监测***，包括：供电/通信复合模块、数据采集模块、信号放大模块、FPGA芯片组、存储模块、压差芯体和通信模块；FPGA芯片组分别与供电/通信复合模块、数据采集模块、存储模块和通信模块连接；所述信号放大模块分别与所述压差芯体和所述数据采集模块连接；该压差式动态扰度传感器体积相对较小，安装更加方便、响应和输出速度较快，保证了数据监测的实时性，利用该传感器构成的监测***，实时采集监测数据，并将监测数据传输至终端设备，计算得到桥体的动态扰度，对动态扰度的监测过程更加的智能化。

Description

一种基于无线的压差式动态扰度传感器及监测***
技术领域
本发明属于动态扰度测量领域，特别是涉及一种基于无线的压差式动态扰度传感器及监测***。
背景技术
目前铁路的动态数据采集***的扰度测试***采用的按传感器原理分为压力式、电感式、激光式、ccd式、电容式、超声波式、振弦式，按测量原理分为联通液式和压差式、光电式，从目前的使用情况来看除压差式外其他体积相对较大，不易快速安装，且这些系列传感器均不能实现实时动态采集，传感器快速响应且输出速度过慢；如在高铁上可能列车已经驶离监测的桥梁，传感器才刚刚反应过来，这对于要求的数据实时性大打折扣。
比如，联通液式（振弦、电容、电感、超声波、激光液位）的传感器液体罐容器太大从而体积太大，且液体管道不能太小，安装不方便，液体流动慢，只适合静态监测；光电式的体积也是相对较大，成本较高，不能大量布设；普通液压差式不够智能，不能快速响应（485输出和4-20ma输出均不能超过10hz输出），快速输出。
因此，如何克服现有技术中存在的传感器体积较大，不易快速安装且响应和输出速度较慢的缺陷，成为同行从业人员亟待解决的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种基于无线的压差式动态扰度传感器及监测***，该传感器响应和传输速度快，且体积相对较小，使得安装更加方便，且保证了数据采集的实时性。
为解决上述问题，一方面本发明提供了一种基于无线的压差式动态扰度传感器，包括供电/通信复合模块、数据采集模块、信号放大模块、FPGA芯片组、存储模块、压差芯体和通信模块；
所述FPGA芯片组分别与所述供电/通信复合模块、数据采集模块、存储模块和通信模块连接；
所述信号放大模块分别与所述压差芯体和所述数据采集模块连接。
在一个实施例中，所述压差式动态扰度传感器还包括时钟模块，所述时钟模块与所述FPGA芯片组连接，所述时钟模块对任何超限、触发数据进行有时序保存。
在一个实施例中，压差式动态扰度传感器还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块与所述FPGA芯片组连接，所述蓝牙模块用于人机交互、调试和设置参数以及传感器的校准。
在一个实施例中，所述压差式动态扰度传感器封装在IP67防护外壳内部。
另一方面，本发明提供了一种基于无线的压差式动态扰度监测***，包括多个基于无线的压差式动态扰度传感器和终端设备；
多个所述扰度传感器分别安装在桥体的基准点和测量点上；
所述基准点为桥体上相对不沉降点，所述测量点为桥体上沉降点；
所述终端设备与多个所述扰度传感器通讯连接；
所述终端设备获取多个所述扰度传感器测得的压力值，利用预设公式求得基准点和测量点的高度，通过将基准点和测量点进行对比求得测量点的沉降量。
在一个实施例中，所述预设公式为：
Figure 638149DEST_PATH_IMAGE001
其中，F为扰度传感器测得的压力、ρ为液体的密度、g为加速度、S为受力面积、h为沉降量。
本发明提供了一种基于无线的压差式动态扰度传感器及监测***，该压差式动态扰度传感器体积相对较小，安装更加方便、响应和输出速度较快，保证了数据监测的实时性，该传感器单次测量5-20秒，采集速率达到100-1000hz，单组测量数据有5000-20000条数据左右；利用该传感器构成的监测***，实时采集监测数据，并将监测数据传输至终端设备，计算得到桥体的动态扰度，对动态扰度的监测过程更加的智能化。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例提供的无线的压差式动态扰度传感器的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的压差式动态扰度传感器的测量原理示意图。
附图中：1-供电/通信复合模块、2-数据采集模块、3-信号放大模块、4-FPGA芯片组、5-存储模块、6-压差芯体、7-通信模块、8-时钟模块、9-蓝牙模块。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，一方面，本发明提供的一种基于无线的压差式动态扰度传感器，包括：供电/通信复合模块1、数据采集模块2、信号放大模块3、FPGA芯片组4、存储模块5、压差芯体6和通信模块7；FPGA芯片组4通过外设端口如异步串口USART、同步串口SPI、IIC总线、高速IO口及以太网接口等与供电/通信复合模块1、数据采集模块2、存储模块5和通信模块7连接；压差芯体6与信号放大模块3连接，信号放大模块3又与数据采集模块2进行连接。其中，该通信模块7可以是公众移动通信网通信模块，比如可以是各种制式的4G、5G通信模块。
其中，供电/通信复合模块1用于给传感器内部各个芯片组和模块转换需要的电压（如3.3V,5V,-5V,12V等），同时又与触发***进行通信并分离出校时信息和触发信息；
数据采集模块2对放大后的信号进行高精度高速采集，分辨率达到0.1uv的信号通过AD转换传送给FPGA进行识别，同时采集自身温度，进行二次热膨胀校准；
信号放大模块3可将微弱差分信号放大200-2000倍，同时对差压芯体进行激励，并将信号进行放大传输给采集模块。
FPGA芯片组4为工作频率高达600MHZ的嵌入式***；其主要用于将传感器采集到的数据与内部写入的校准数据（包括温度、气压修正）进行实时的对比输出；最终输出可达100-500HZ，同时甄别干扰数据与异常数据进行处理分析和上报；
差压芯体6比如采用美国进口航天级，高精度(0.05%)高稳定性(年漂移0.02%)自带温度补偿的晶硅式差压芯体，再通过二次（多温区）校准，可达到最佳输出效果。
存储模块5比如为128G数据存储器，分为3个工作区，分别为：参数区、触发数据缓存区、超限数据存储区，其中超限数据保存终生。
通信模块7负责将触发数据简报实时发出和超限预警数据实时上报。
在一个实施例中，压差式动态扰度传感器还包括时钟模块，时钟模块8与FPGA芯片组4连接，该模块主要用于对任何超限、触发数据进行有时序保存。
在一个实施例中，压差式动态扰度传感器还包括蓝牙模块，蓝牙模块9与FPGA芯片组4连接，通过蓝牙模块9可以实现人机交互、调试和设置参数以及传感器的校准。
在一个实施例中，压差式动态扰度传感器封装在IP67防护外壳内部，IP67防护外壳非常卓越的密封防护效果，能够防止接触面受到液体、气体或其他污染物的侵蚀。
在本实施例中，将供电/通信复合模块1、数据采集模块2、信号放大模块3、FPGA芯片组4、时钟模块、存储模块5、4/5G通信模块7、蓝牙模块、进口压差芯体6等全部集成在125*125*80mm的IP67防护外壳内部。
本发明中的压差式动态扰度传感器的工作原理为：
在正常无触发时，压差芯体6输出压力信号，经信号放大模块3滤波放大后到数据采集模块2进行高精度高速采集，采集的数据与校准数据相互耦合并同时植入时钟定位等数据写入自带存储器的缓存区。
当有触发信号来时，比如调取缓存区触发前10秒与二次触发后10秒数据一起压包生产报文发送给后台，比如监测***或其他计算平台。
另一方面，本发明还提供了一种基于无线的压差式动态扰度监测***，包括终端设备和多个上述基于无线的压差式动态扰度传感器；其中，扰度传感器安装在桥体的基准点和测量点上；基准点为桥体上相对不沉降点，如桥墩，其设置的数量一般为1个或2个；测量点为桥体上沉降点，如桥梁跨中、1/4断面、1/2断面、1/3断面等，其设置的数量为多个；终端设备与无线压差式动态扰度传感器通过扰度传感器所包括的通信模块7实现通信连接。
该***根据终端设备获取的无线压差式动态扰度传感器测得的压力值，利用公式求得基准点和测量点的高度，通过将基准点和测量点进行对比可以求得测量点的沉降量；其测量原理就是将压力的变化转换为沉降量的变化。
计算基准点和测量点高度的公式为：
Figure 983680DEST_PATH_IMAGE001
其中，F为传感器测得的压力、ρ为液体密度、g为加速度、S为受力面积、h为沉降量；其中，上述参数中ρ为液体密度、g为加速度、S为受力面积都是固定不变的，只有h为变化值，所以传感器受到的压力F只跟高度h成正比。
比如参照图2所示，可测的h1为测量点1的扰度值，测得h2为测量点2的扰度值。
本发明提供了一种基于无线的压差式动态扰度传感器及监测***，该传感器体积较小易于安装，响应和传输速率快，数据实时性就高，输出波形可到100-500hz（数据为实时性高因为水压的速度为1500M/S，所以只要CPU反应足够快，数据实时性就高，输出波形可到100-500hz。）。而该***中每个传感器独立运行、无需工控机、UPS、恒温机柜等，且相互之间无数据干扰，***均采用12-24V直流供电，不会干扰铁路通讯***；每个传感器均可后台单独控制，传感器之间只需供应一个两线的触发电源，减少动态数据采集***的传感器线缆铺设，减少施工周期和人工成本；可高速且有效的布设***，极其易于维护，易操作易安装可针对后期，批量化布设、抢险和低技术要求养护工人布设。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种基于无线的压差式动态扰度传感器，其特征在于，包括：供电/通信复合模块（1）、数据采集模块（2）、信号放大模块（3）、FPGA芯片组（4）、存储模块（5）、压差芯体（6）和通信模块（7）；
所述FPGA芯片组（4）分别与所述供电/通信复合模块（1）、数据采集模块（2）、存储模块（5）和通信模块（7）连接；
所述信号放大模块（3）分别与所述压差芯体（6）和所述数据采集模块（2）连接。
2.如权利要求1所述的一种基于无线的压差式动态扰度传感器，其特征在于，还包括时钟模块（8），所述时钟模块（8）与所述FPGA芯片组（4）连接，所述时钟模块（8）对任何超限、触发数据进行有时序保存。
3.如权利要求1所述的一种基于无线的压差式动态扰度传感器，其特征在于，还包括蓝牙模块（9）；所述蓝牙模块（9）与所述FPGA芯片组（4）连接，所述蓝牙模块（9）用于人机交互、调试和设置参数以及传感器的校准。
4.如权利要求1所述的一种基于无线的压差式动态扰度传感器，其特征在于，所述压差式动态扰度传感器封装在IP67防护外壳内部。
5.一种基于无线的压差式动态扰度监测***，其特征在于，包括多个如权利要求1-4任一项所述的基于无线的压差式动态扰度传感器和终端设备；
多个所述扰度传感器分别安装在桥体的基准点和测量点上；
所述基准点为桥体上相对不沉降点，所述测量点为桥体上沉降点；
所述终端设备与多个所述扰度传感器通讯连接；
所述终端设备获取多个所述扰度传感器测得的压力值，利用预设公式求得基准点和测量点的高度，通过将基准点和测量点进行对比求得测量点的沉降量。
6.如权利要求5所述的一种基于无线的压差式动态扰度监测***，其特征在于，所述预设公式为：
Figure 684181DEST_PATH_IMAGE001
其中，F为扰度传感器测得的压力、ρ为液体的密度、g为加速度、S为受力面积、h为沉降量。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101260976A (zh) * 2008-04-17 2008-09-10 中国特种设备检测研究院 一种管道泄漏检测***
CN106444505A (zh) * 2015-10-14 2017-02-22 北京信息科技大学 一种多通道同步信号采集***
CN106969746A (zh) * 2017-03-20 2017-07-21 西安星展测控科技股份有限公司 基于单晶硅差压传感器的静力水准仪
CN109029349A (zh) * 2018-07-27 2018-12-18 厦门大学嘉庚学院 基于gps定位的沉降监测装置及监测方法
CN109677458A (zh) * 2018-12-19 2019-04-26 中铁二院工程集团有限责任公司 一种齿轨机车行驶辅助***
CN109682478A (zh) * 2018-08-23 2019-04-26 北京康拓红外技术股份有限公司 一种轨道列车故障探测用的智能化数字化网络化红外探头
CN110044473A (zh) * 2019-04-02 2019-07-23 中国铁道科学研究院集团有限公司 一种高速铁路车外噪声自动监测装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101260976A (zh) * 2008-04-17 2008-09-10 中国特种设备检测研究院 一种管道泄漏检测***
CN106444505A (zh) * 2015-10-14 2017-02-22 北京信息科技大学 一种多通道同步信号采集***
CN106969746A (zh) * 2017-03-20 2017-07-21 西安星展测控科技股份有限公司 基于单晶硅差压传感器的静力水准仪
CN109029349A (zh) * 2018-07-27 2018-12-18 厦门大学嘉庚学院 基于gps定位的沉降监测装置及监测方法
CN109682478A (zh) * 2018-08-23 2019-04-26 北京康拓红外技术股份有限公司 一种轨道列车故障探测用的智能化数字化网络化红外探头
CN109677458A (zh) * 2018-12-19 2019-04-26 中铁二院工程集团有限责任公司 一种齿轨机车行驶辅助***
CN110044473A (zh) * 2019-04-02 2019-07-23 中国铁道科学研究院集团有限公司 一种高速铁路车外噪声自动监测装置

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