[发明专利]一种基于无线网络传输的振动传感器隧道在线监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种振动监测系统，尤其是涉及一种基于无线网络传输的振动传感器隧道在线监测系统。

背景技术

地下隧道振动信号是最典型的剧变信号，地铁运营过程中，列车的运行会产生巨大的振动和噪声干扰。上海、杭州、广州等城市属于饱和软粘土地区城市，即使软土地基经过长时间的结固，在不断的接受列车运行荷载之后，都有可能产生一定程度的沉降。长期的列车行车振动会使得软黏土发生微观结构上的破坏，进一步导致地铁轴线变形、轨道地基沉降。列车运行荷载涉及许多因素，包括行车速度、轨道结构、列车轴重等。监测隧道环境的振动状况，可以有效的监测地铁列车经过监测区域时，隧道周围土体的动力响应状况，并进一步预测和分析。

隧道列车荷载对周围地表建筑物的影响。传统有线连接的机械振动监测系统应用广泛，但是这类系统具有布线复杂、部署成本较高、可维护性和扩展性差等缺点，而且难于实现移动、旋转部件的振动监测。随着无线通讯技术及互联网的发展，数据采集设备和无线通信技术的结合，使得针对地下隧道无线监测成为了可能，简化布线工作，易于部署与维护，增强隧道安全性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于无线网络传输的振动传感器隧道在线监测系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于无线网络传输的振动传感器隧道在线监测系统，该系统应用于密实混凝土隧道内高频振动信号检测，包括监控系统上位机、至少四组无线振动传感器、移动设备终端，所述的监控系统上位机分别与无线振动传感器和移动设备终端相连接；所述的无线振动传感器分别安装到隧道墙壁和枕轨路基上，安装在隧道墙壁上的无线振动传感器实时测量隧道壁内侧水平方向的振动信号，安装在枕轨路基上的无线振动传感器实时测量竖直方向的振动信号，通过耦合两方向上的振动信号得到隧道地质现实振动情况；

所述的无线振动传感器实时记录着被测量物体的实际工况数据，通过无线网络将数据发送到监控系统上位机，监控系统上位机存储并显示振动信号的实际工程数据，并根据采集数据做出振动系统实时折线图，所采集的监测数据可利用无线网络通过移动设备终端远程访问监控系统上位机读取。

所述的无线振动传感器分别实时测量竖直和隧道壁内侧水平方向的振动信号，根据香农采样定理设置采集模块采集频率，采集地铁隧道内200Hz以下振动数据。

所述的监控系统上位机包括网关和工控机，工控机内存储数据，移动设备终端利用无线网络访问工控机，工控机输入端通过数据线连接网关，网关输入端无线连接无线振动传感器。

所述的无线振动传感器包括外壳和设置在外壳内的底板，所述的底板上设置有主控模块和与主控模块连接的加速度传感测量模块，模数转换模块，无线通讯模块，电源模块，所述的无线通讯模块通过无线网络与网关相连。

所述系统电源模块上加入稳压电容，消除因供电电流引起的高斯白噪声干扰信号。

所述的主控模块包括核心处理单元、以及分别与核心处理单元相连的网络处理单元、内存单元、电源管理单元、晶振及外围连接单元，所述的电源管理单元与电源模块连接。

所述的加速度传感测量模块使用电容式微机械加速度传感器。

所述的无线通讯模块包括一个WIFI模块，所述的网络处理单元与WIFI模块连接，所述WIFI模块可在核心处理单元即主控芯片上裸机驱动，通过SPI接口接入主控芯片。

所述的移动设备包括安卓端手机。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明采用MEMS技术、低能耗的模拟和数字电路技术、低功耗的无线电射频技术以及传感器技术的发展使得开发小体积、低成本、低功耗的无线传感器成为可能；

2)通过耦合两个不同方向的振动信号，能够更加准确地反映隧道内的振动情况；

3)能够准确、稳定地测定固定频率段的振动信号，排除干扰；

4)本发明在以往的有线振动系统中加入WIFI模块，实现了设备的远程下发指令，数据实时上传，方便监控。

5)本发明通过手机实时查看振动传感器数据，使用方便，处理迅速。

6)系统资源占用率低；稳定性好；响应时间快。

附图说明

图1为本发明监控系统结构示意图；

图2为本发明无线振动传感器的硬件框图；

图3为本发明无线振动传感器主程序流程图；

图4为本发明模拟量采集子程序图；

图5为本发明无线振动传感器的节点示意图；