[发明专利]振动监视系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量并且数字地处理振动传感器信号的方法和设备。具体而言，本发明涉及一种用于根据DIN4150-3监视对建筑物的振动损坏的低功率无线振动分析传感器系统。

背景技术

德国标准化协会的标准DIN4150-3“Vibration in buildings–Part3:Effects on structures”定义一种用于测量并且评估建筑物上的振动的方法并且为不同建筑物类别（诸如工业、住宅以及旧或者坏的结构状态）推荐如下阈值，在这些阈值以下的振动可以视为无害。

用于这一任务的现有系统通常由数据记录器构成，一个或者多个感测设备（通常为地震检波器）连接到该数据记录器。这一数据记录器可以用于测量直至填满机载存储器，这时终止测量。

一些数据记录器具有用于对于某一时间数量触发记录的集成功能。其它系统可以是无线的，但是经常成批发送它们的记录的数据，从而需要大量带宽并且传送监视器不感兴趣的大量信息，因此需要相当能量并且因此造成短暂系统寿命。

一些振动感测系统被设计用于低功率无线通信并且也执行不同信号处理功能。它们通常使用微控制器用于处理，这些微控制器仅允许有限复杂性的算法或者需要延长的计算时间，因此不允许低功率操作或者连续监视。在US2008/0082296A1中描述一个这样的示例。

具有无线通信和振动传感器的其它设备将现场可编程门阵列（FPGA）运用于滤波，诸如在“Development of a smart wireless sensing unit using off-the-shelf FPGA hardware and programming products,in Smart Structures and Systems,Vol.3(1),2007”中呈现的设备或者在“Development of wireless smart sensor for structural health monitoring,Proceedings SPIE,2005”中呈现的设备。然而这些设备并不生成事件而是描述分布式信号处理算法。此外，它们未包括用于长期监视对建筑物的损坏的特殊功能。

因此需要一种用于处理振动信号的改进方法和设备。

发明内容

根据第一方面，体现本发明为一种用于监视振动以在转换成加速度采样的加速度波形中检测不同振动事件的方法。该方法包括：

-向高速缓存存储器中存储加速度采样作为加速度帧序列；

-在所述加速度帧中的每个加速度帧中检测不同振动事件的存在或者不存在；

-当在加速度帧中检测到不同振动事件的情况下，从所述高速缓存存储器向长期存储器件转发所述加速度帧。

在实施例中，该方法可以包括以下特征中的一个或者多个特征：

-所述加速度帧中的每个加速度帧具有固定长度，并且其中所述加速度帧中的每个加速度帧包括在所述高速缓存存储器中存储的若干帧；

-该方法还包括以下步骤：根据所述高速缓存存储器中存储的所述加速度帧计算速率帧；计算用于所述速率帧中的每个速率帧的速率参数，其中检测步骤包括基于计算的速率参数在根据所述加速度帧计算的所述速率帧中的每个速率帧中检测不同振动的存在或者不存在；

-向所述长期存储器件存储用于所述速率帧中的每个速率帧的所述速率参数的步骤；

-长期存储器件是包括第一地址空间和第二地址空间的存储器，并且其中在检测到不同振动事件的情况下从所述高速缓存存储器向存储器的第一地址空间转发所述加速度帧，并且向存储器的第二地址空间存储每个所述速率帧的所述速率参数；

-通过使用前向欧拉积分计算所述加速度帧的均值并且使用后向欧拉积分对DC偏移补偿的加速度帧积分来根据所述加速度帧计算所述速率帧；

-用于所述速率帧中的每个速率帧的速率参数是：每个所述速率帧在长度为W的窗口内的最大绝对振动速率|v_i|_max，其中W小于或者等于速率帧的长度；所述最大绝对振动速率|v_i|_max在长度为W的所述窗口内的位置；每个所述速率帧的主频f_i；

-通过以下操作构造长度为W的窗口化速率帧的步骤：对每个速率帧的速率采样移位，使得具有最大绝对振动速率|v_i|_max的速率采样在长度为W的所述窗口的中心；并且丢弃每个速率帧的在长度为W的所述窗口以外的速率采样；