CN217721389U - 一种隧道安全监测设备的数据传输装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隧道安全监测设备的数据传输装置，本实用新型首先将各个振弦传感器输出的起振信号转换为数字信号，然后传输至处理模块，由处理模块将数字信号转换为CAN通信信号，最后再由CAN收发器通过CAN传输总线传输至采集终端，通过上述设计，本实用新型将各个起振信号转换为CAN信号进行传输，由此，在监测时，利用一条电缆即可完成多个振弦传感器的信号传输，从而降低了监测成本，适用于大规模应用与推广。

Description

一种隧道安全监测设备的数据传输装置

技术领域

本实用新型属于数据传输技术领域，具体涉及一种隧道安全监测设备的数据传输装置。

背景技术

由于地质条件、地形条件、气候条件以及设计、施工、运营过程中各个因素的影响，隧道在长期使用过程中比普通道路更容易出现病害，如衬砌开裂腐蚀、渗漏水和冻害等，这些病害都会直接或间接导致隧道产生形变，同时，隧道还会在使用过程中，受到外部因素的影响而产生应力，因此，对隧道形变和应力的准确监测是隧道安全使用的重要保障。

目前，多采用振弦传感器对隧道进行应力和形变监测，其中，振弦传感器是国内外广泛应用于岩土工程安全监测的传感器，可以测量岩土工程的应力应变、温度、接缝开度、渗漏和变形等物理量，其是通过测量振弦的振动频率经换算得到相应的被测参数，具有结构简单、坚固耐用、抗干扰能力强、测值可靠和稳定性好等优点。

但是，振弦传感器只能进行单通道传输，即一个振弦传感器需使用单独的电缆进行对应监测数据的传输，而隧道大多里程较长，使用的振弦传感器的数量较多，因此，现有使用振弦传感器在进行隧道安全监测时，其数据传输所使用的电缆量较大，从而导致监测成本较高，为解决上述缺陷，提供一种低成本的隧道安全监测设备的数据传输装置迫在眉睫。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种隧道安全监测设备的数据传输装置，用以解决现有技术中存在的每个振弦传感器进行数据传输时需要单独的电缆，从而导致隧道监测成本较高的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

第一方面，本实用新型提供了一种隧道安全监测设备的数据传输装置，包括：处理模块、A/D转换模块以及CAN收发器；

所述A/D转换模块的输入端分别电连接隧道中各个振弦传感器的输出端，其中，所述A/D转换模块用于将各个振弦传感器传输的隧道模拟起振信号转换为数字起振信号，且所述A/D转换模块的输出端电连接所述处理模块的信号输入端；

所述处理模块的信号输出端电连接所述CAN收发器的输入端，其中，所述处理模块用于将接收的各个数字起振信号转换为CAN起振信号，且所述CAN收发器的输出端通过CAN传输总线通信连接采集终端，用于通过所述CAN传输总线将所述CAN起振信号传输至所述采集终端。

基于上述公开的内容，本实用新型首先将各个振弦传感器输出的起振信号转换为数字信号，然后传输至处理模块，由处理模块将数字信号转换为CAN通信信号，最后再由CAN收发器通过CAN传输总线传输至采集终端，通过上述设计，本实用新型将各个起振信号转换为CAN信号进行传输，由此，在监测时，利用一条电缆即可完成多个振弦传感器的信号传输，从而降低了监测成本，适用于大规模应用与推广。

在一个可能的设计中，所述数据传输装置还包括：信号滤波器，其中，各个振弦传感器的输出端分别电连接所述信号滤波器的输入端，所述信号滤波器用于对接收的各个隧道模拟起振信号进行数字滤波，且所述信号滤波器的输出端电连接所述A/D转换模块的输入端。

基于上述公开的内容，本实用新型通过设置信号滤波器，可实现各个振弦传感器输出信号的数字滤波，从而滤除各个隧道模拟起振信号的噪声，以便后续在采集终端进行信号分析时，减少噪声对分析结果的干扰。

在一个可能的设计中，所述CAN收发器的输出端通过CAN保护隔离器电连接所述CAN传输总线；具体应用时，通过在CAN收发器和CAN传输总线之间设置CAN保护隔离器，可在传输时，防止大电压烧毁CAN收发器，从而起到保护设备的作用。

在一个可能的设计中，所述数据传输装置还包括：传感器激励模块，其中，所述处理模块的激励信号输出端电连接所述传感器激励模块的输入端，所述传感器激励模块的输出端电连接各个振弦传感器的受控端。

基于上述公开的内容，采集终端可利用CAN传输总线向处理模块发送采集指令，而处理模块在接收到采集指令后，则通过传感器激励模块向各个振弦传感器发送激励信号，从而使各个振弦传感器起振，进而达到隧道安全监测的目的；通过上述设计，实现了振弦传感器自动控制的功能，提高了使用的便捷性。

在一个可能的设计中，所述传感器激励模块采用激励信号发生器。

在一个可能的设计中，所述数据传输装置还包括：电源模块，其中，所述电源模块的输入端电连接交流电源，且所述电源模块的输出端分别电连接所述处理模块的供电端、所述A/D转换模块的供电端以及所述CAN收发器的供电端。

在一个可能的设计中，所述CAN传输总线的电阻介于40～180欧姆之间。

在一个可能的设计中，所述CAN传输总线的电阻为120欧姆。

有益效果：

(1)本实用新型将各个起振信号转换为CAN信号进行传输，由此，在监测时，利用一条电缆即可完成多个振弦传感器的信号传输，从而降低了监测成本，适用于大规模应用与推广。

附图说明

图1为本实用新型提供的隧道安全监测设备的数据传输装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本实用新型作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。

应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本实用新型的示例实施例的范围。

应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例：

如图1所示，本实施例所提供的隧道安全监测设备的数据传输装置，可以但不限于包括：处理模块、A/D转换模块以及CAN收发器；具体应用时，该装置用于传输振弦传感器产生的起振信号，其中，多个振弦传感器等间距安装在隧道中，用于监测隧道的应力和形变等，同时，处理模块、A/D转换模块以及CAN收发器组成了振弦传感器的信号转换与传输装置，该装置可使用一条电缆实现多个振弦传感器的信号传输，从而可大幅降低隧道监测成本。

在具体实施时，举例所述A/D转换模块的输入端分别电连接隧道中各个振弦传感器的输出端，且所述A/D转换模块的输出端电连接所述处理模块的信号输入端；其中，各个振弦传感器用于将各自对应的隧道模拟起振信号发送至A/D转换模块进行模数转换，而所述A/D转换模块在将接收的各个隧道模拟起振信号转换为数字起振信号后，则可将数字起振信号传输至处理模块，以便借助处理模块进行信号处理。

在本实施例中，所述处理模块用于将接收的各个数字起振信号转换为CAN起振信号，以便后续利用CAN传输总线进行数据传输，即所述处理模块的信号输出端电连接所述CAN收发器的输入端，所述CAN收发器的输出端通过CAN传输总线通信连接采集终端，用于通过所述CAN传输总线将所述CAN起振信号传输至所述采集终端，从而完成振弦传感器的数据传输。

通过上述设计，本实用新型通过将振弦传感器输出的信号转换为CAN信号，从而可利用一条电缆传输多个振弦传感器的输出信号，由此，可大幅降低隧道监测成本，适应于大规模应用与推广。

在本实施例中，举例处理模块可以但不限于采用STC12C2052型处理芯片、STC89C54RD型处理芯片或STM32F103型处理芯片；举例A/D处理模块可以但不限于采用PCM1802DBR型A/D转换器；同理，举例CAN收发器的型号可以但不限于为LDA82C251；当然，前述处理模块、A/D转换模块和CAN收发器还可使用其余型号，在此不限定于前述举例。

可选的，举例采集终端可以但不限于为是个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑、智能手机和/或个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等；同时，举例CAN传输总线的电阻介于40～180欧姆之间，优选的，设置CAN传输总线的电阻为120欧姆。

在具体应用时，为去除各个隧道模拟起振信号中的噪声，本实施例还设置有信号滤波器，参见图1所示，信号滤波器位于振弦传感器与A/D转换模块之间，即各个振弦传感器的输出端分别电连接所述信号滤波器的输入端，其中，所述信号滤波器用于对接收的各个隧道模拟起振信号进行数字滤波，且所述信号滤波器的输出端电连接所述A/D转换模块的输入端，用于将滤波后的隧道模拟起振信号传输至A/D转换模块进行模数转换；通过上述设计，可利用信号滤波器滤除隧道模拟起振信号中的噪声，以便后续在采集终端处进行信号分析时，减少噪声的干扰，从提高分析的准确性。

可选的，在本实施例中，举例可以但不限于使用FILTER01型信号滤波器进行数字滤波，当然，信号滤波器的型号不限定于前述举例，只要是能够实现滤波功能的滤波器均可。

更进一步的，举例所述CAN收发器的输出端通过CAN保护隔离器电连接所述CAN传输总线；在本实施例中，由于在进行数据传输时，CAN传输总线里面的电流电压最高不超过5V，而数据传输双方之间存在电压差，由此，当电压超出5V时，可能会造成设备烧毁，因此，CAN保护隔离器的设置，可避免设备被大电压烧毁，从而起到保护设备的作用。

在一个可能的设计中，本实施例为便于控制振弦传感器进行自动工作，还设置有传感器激励模块，其中，所述处理模块的激励信号输出端电连接所述传感器激励模块的输入端，所述传感器激励模块的输出端电连接各个振弦传感器的受控端，以利用处理模块和传感器激励模块来实现振弦传感器的自动控制；具体工作时，采集终端利用CAN传输总线向处理模块发送采集指令，而处理模块在接收到采集指令后，则通过传感器激励模块向各个振弦传感器发送激励信号，从而使各个振弦传感器起振，进而达到隧道监测的目的；通过上述设计，实现了振弦传感器自动控制的功能，提高了使用的便捷性。

在本实施例中，举例所述传感器激励模块可以但不限于采用激励信号发生器，其中，激励信号发生器的型号可以但不限于为C217001J。

另外，本实施例还为数据传输装置设置有电源模块，以保证对装置内各个电子器件的供电，其中，所述电源模块的输入端电连接交流电源(如220V交流电源)，且所述电源模块的输出端分别电连接所述处理模块的供电端、所述A/D转换模块的供电端以及所述CAN收发器的供电端，以便为前述模块供电，保证装置的正常运行。

可选的，举例电源模块可以但不限于包括AC-DC转换单元以及降压单元，其中，AC-DC转化单元可以但不限于采用PNB044型AC-DC转换芯片，而降压单元则可以但不限于采用PW6206型降压芯片。

在本实施例中，若采用一个振弦传感器使用一根电缆进行数据传输，以一个隧道使用20个振弦传感器为例来说，传统的传输技术需要20根电缆，其总长度平均在10万米左右；而使用本实施例所提供的数据传输装置，利用一根1万米的电缆即可完成20个振弦传感器的数据传输，由此，可节省90％的电缆费用和布设费用。

由此通过前述对数据传输装置的详细阐述，本实用新型可利用一根电缆实现多个振弦传感器的数据传输，从而大幅降低隧道监测成本，解决了隧道监测信号传输难的问题。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种隧道安全监测设备的数据传输装置，其特征在于，包括：处理模块、A/D转换模块以及CAN收发器；

所述A/D转换模块的输入端分别电连接隧道中各个振弦传感器的输出端，其中，所述A/D转换模块用于将各个振弦传感器传输的隧道模拟起振信号转换为数字起振信号，且所述A/D转换模块的输出端电连接所述处理模块的信号输入端；

所述处理模块的信号输出端电连接所述CAN收发器的输入端，其中，所述处理模块用于将接收的各个数字起振信号转换为CAN起振信号，且所述CAN收发器的输出端通过CAN传输总线通信连接采集终端，用于通过所述CAN传输总线将所述CAN起振信号传输至所述采集终端。

2.根据权利要求1所述的一种隧道安全监测设备的数据传输装置，其特征在于，所述数据传输装置还包括：信号滤波器，其中，各个振弦传感器的输出端分别电连接所述信号滤波器的输入端，所述信号滤波器用于对接收的各个隧道模拟起振信号进行数字滤波，且所述信号滤波器的输出端电连接所述A/D转换模块的输入端。

3.如权利要求1所述的一种隧道安全监测设备的数据传输装置，其特征在于，所述CAN收发器的输出端通过CAN保护隔离器电连接所述CAN传输总线。

4.根据权利要求1所述的一种隧道安全监测设备的数据传输装置，其特征在于，所述数据传输装置还包括：传感器激励模块，其中，所述处理模块的激励信号输出端电连接所述传感器激励模块的输入端，所述传感器激励模块的输出端电连接各个振弦传感器的受控端。

5.根据权利要求4所述的一种隧道安全监测设备的数据传输装置，其特征在于，所述传感器激励模块采用激励信号发生器。

6.根据权利要求1所述的一种隧道安全监测设备的数据传输装置，其特征在于，所述数据传输装置还包括：电源模块，其中，所述电源模块的输入端电连接交流电源，且所述电源模块的输出端分别电连接所述处理模块的供电端、所述A/D转换模块的供电端以及所述CAN收发器的供电端。

7.根据权利要求1所述的一种隧道安全监测设备的数据传输装置，其特征在于，所述CAN传输总线的电阻介于40～180欧姆之间。

8.根据权利要求7所述的一种隧道安全监测设备的数据传输装置，其特征在于，所述CAN传输总线的电阻为120欧姆。

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