[发明专利]一种多通道同步振弦采集仪

说明书

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及一种多通道同步振弦采集仪，应用于结构安全健康监测行业。

背景技术

目前针对振弦原理的传感器的多通道测量设备，都采用通过继电器或模拟开关进行信号切换实现通道扩展，从而实现多通道的振弦传感器信号采集。现有技术通过信号链前端的继电器或模拟开关扩展通道，再经过共用的信号调理电路和模数转换器、微控制器转换成数字信号，计算出最终的频率值。虽然现有技术可通过片选的方法实现多通道扩展，实现多通道振弦式传感器的测量，但这种方式只能实现通道轮询(串行)的采集方式，无法实现多个通道间的同步测量，随着结构安全监测/检测行业发展越来越成熟，国家针对结构安全监测也出具了更多更加严格的监测/检测标准，也是实际中结构安全监测/检测实际存在的问题，比如静态物理量的同步测量，在一些对实时性和同步性要求比较高的测量场景，目前的轮训式多通道采集设备无法全面、准确的评估结构物在某一时刻以及某一时间段内的受力状态，相对于结构物在载荷发生突变时，被测结构物上如果所有传感器能同时感受到力的变化即所谓的同步测量方式，要比轮询式的测量方式更加科学和严谨，而且目前的技术，轮询式引起的相邻通道间延时都在秒级，所有通道累计通道延时可能在几分钟甚至十几分钟，对于对被监测结构物的整体受力特征监测非常不利。

发明内容

针对上述的问题，为了解决目前传统的轮询式的多通道振弦采集方式存在的对结构物的受力状态不能在同时获取各个关键部位的传感器数据，本发明提供了一种多通道同步振弦采集仪，能够实现单台多通道振弦采集仪的每个通道的同步测量，并且多台振弦采集仪之间可实现同步测量，从而解决了当前针对结构物整体静态应变应力监测不能实现同步测量的问题。

本发明的原理介绍：为了能够实现多个通道之间的同步采集，必须每个通道使用独立的信号链路，即信号调理电路和激励电路，但又要兼顾成本、设备体积及设备功耗，所以在能够保证多个通道同步采集的条件下，尽可能的简化电路复杂度。

本发明所采用的技术方案为：一种多通道同步振弦采集仪，它包括带有抗浪涌保护的传感器通道接口、信号切换电路、信号链、模数转换器、FPGA控制器、微控制器、激励模块、电源管理模块；带有抗浪涌保护的传感器通道接口连接信号切换电路，信号切换电路连接激励模块，激励模块连接电源管理模块，信号切换电路还连接信号链，每个传感器通道对应有各自独立的信号链，每个信号链包括依次连接的仪表放大器、抗混叠滤波器、采样保持器、多路转换器，仪表放大器前端连接信号切换电路，多路转换器连接模数转换器，模数转换器连接FPGA控制器，FPGA控制器连接微控制器，FPGA控制器还连接多路转换器。

进一步优选，所述微控制器连接触发信号控制模块、RS485通信接口、DataFlash存储器、EEPROM存储器、RTC实时时钟、大功率激励模块，触发信号控制模块还连接FPGA控制器。

进一步优选，所述激励模块是大功率激励模块，激励模块的功率按照每个通道瞬间激励功率来计算，一般影响功率参数的因素有，振弦式传感器的直流内阻，激励电流，通过P＝I^2*R可得出一个通道的功率，再将P乘以通道数N，即可得出激励模块所需要的功率。

进一步优选，大功率激励模块和电源管理模块由以下结构代替，每个通道配置一个储能单元，每个储能单元通过一个电子开关进行激励脉冲的脉宽控制，所有的储能单元使用同一个的升压模块进行充电。

进一步优选，配置唯一的一台振弦采集仪为采集仪主机19，其余振弦采集仪为采集仪丛机，采集仪主机19通过触发信号控制模块10发送同步触发信号给采集仪从机1到采集仪从机N实现多台振弦设备的同步采集，同步触发信号的传输介质可以采用差分形式，通过双绞线，如网线进行传输。

具体的，大功率激励模块通过信号切换电路同时对设备上所有的振弦传感器进行激振，产生的激励信号通过各个独立的信号链：仪表放大器、抗混叠滤波器、采样保持器、多路转换器后经模数转换器进行采样，发送给FPGA控制器分别对各个通道的数据进行FFT和FIR数字信号处理运算，完成后再通过微控制器进行频域的信号识别和频率精确算法得到各个通道的同步振弦信号测量值。