專利名稱：用于振弦應變數(shù)據采集的單纜采集方法、單纜結構及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及結構測量技術領域，特別涉及一種利用振弦傳感器測量結構應變的方法，同時還涉及一種采集裝置，以及一種采集系統(tǒng)。
背景技術：
振弦式傳感器是目前國內外普遍重視和廣泛應用的一種非電量電測的傳感器。振弦式傳感器具有結構簡單、堅固耐用、抗干擾能力強、測值可靠、精度與分辨率高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點，因此廣泛應用于橋梁、隧道、建筑、鐵路、交通、水電、大壩等工程領域的施工監(jiān)控和結構的長期安全監(jiān)測。通常在一個監(jiān)測結構上會布設相當數(shù)量的振弦傳感器，根據各個截面的受力情況，分析結構物整體狀態(tài)。傳統(tǒng)的測量方法是使用手持式采集器在現(xiàn)場依次讀取每個傳感器的數(shù)據，這樣花費了大量的人力，同時一個測量周期需要花費相當長的時間，另外，由于現(xiàn)場環(huán)境的復雜，測量常需要攀爬腳手架等，因此也給測量人員帶來了一定的危險；而市場現(xiàn)有的多通道采集器，雖然可以采集多個傳感器，但往往只能測量4-12個傳感器，如果需要測量更多，則需要另行購買擴展模塊，而擴展模塊往往也價格不菲。此外，每個傳感器都需要單獨連接一根線纜到采集器，隨著傳感器數(shù)量和距離的增加，必然需要很多線纜，因此需要花費大量資金。有鑒于此，有必要研究出一種能夠實現(xiàn)集成化分布測量的振弦傳感數(shù)據采集方法及系統(tǒng)。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的目的之一是提供一種用于振弦應變數(shù)據采集的單纜采集方法，能夠自動采集多個傳感器數(shù)據，又能夠減少線纜的使用量，從而實現(xiàn)高效、方便、成本低的結構監(jiān)測；本發(fā)明的目的之二是提供一種用于振弦應變數(shù)據采集的單纜結構，本發(fā)明的目的之三是提供一種用于振弦應變數(shù)據采集的單纜采集系統(tǒng)。本發(fā)明的目的之一是通過以下技術方案實現(xiàn)的
該種用于振弦應變數(shù)據采集的單纜采集方法，是將多個可由外部信號觸發(fā)閉合及斷開的可控開關裝置按照纜體的長度方向依次封裝在纜體內部，所述可控開關裝置的一端引出線作為與外部振弦傳感器接入線，另一端引出線作為可控開關的控制以及傳感器信號采集線與配套的振弦傳感器讀數(shù)儀相連接，從而實現(xiàn)集成式分布測量。進一步，所述可控開關裝置通過程序設置，實現(xiàn)依次觸發(fā)，上位處理主機得到安裝在不同區(qū)域的振弦傳感器的測量數(shù)據；
進一步，每一可控開關裝置均通過與其一一對應的微控制器輸出的控制信號進行觸發(fā)，所述微控制器由上位處理主機進行控制；
進一步，所述可控開關裝置為繼電器，包括線圈和一常開開關；
本發(fā)明的目的之二是通過以下技術方案實現(xiàn)的該種用于振弦應變數(shù)據采集的單纜結構，包括纜體，所述纜體內按照長度方向并列設置有傳感器接入線、傳感器信號采集總線、通信總線和電源總線，同時按照長度方向依次設置有多個傳感采集單元，所述傳感器接入線、傳感器信號采集總線和通信總線均設置有伸出纜體外部的、用于與外部設備實現(xiàn)信號傳遞的信號連接端；所述電源總線設置有伸出纜體外部的、用于連接外部供電電源的電源連接端；
每一傳感采集單元均包括微控制器、總線驅動器和可控開關裝置，所述微控制器通過總線驅動器聯(lián)接至通信總線，所述微控制器的控制信號輸出端與可控開關裝置的控制端相連接，所述可控開關裝置包括一常開開關結構，所述常開開關結構的一端連接至傳感器信號采集總線，另一端的接線作為傳感器接入線伸出纜體外部，用于連接振弦傳感器的信號線.
所述微控制器、總線控制器的電源端與電源總線相連接。進一步，多個傳感采集單元通過注塑工藝制成一體，組成纜體的最內層；
進一步，所述單纜結構還包括整流穩(wěn)壓芯片，所述整流穩(wěn)壓芯片用于連接在微控制器、
總線控制器的電源端與電源總線之間；
進一步，所述可控開關裝置為繼電器，所述繼電器的通斷狀態(tài)通過微處理器控制。本發(fā)明的目的之三是通過以下技術方案實現(xiàn)的
該用于振弦應變數(shù)據采集的單纜采集系統(tǒng)，包括如前所述的單纜結構，所述采集系統(tǒng)還包括上位處理主機、采集器和電源控制器，所述傳感器信號采集總線和通信總線的信號連接端均連接至采集器，并通過采集器與上位處理主機之間實現(xiàn)數(shù)據傳遞；所述電源控制器與電源控制器的電源連接端相聯(lián)接，用于給所有振弦采集單元提供外部供電電源。本發(fā)明的有益效果是
1.本發(fā)明的單纜裝置集成化程度高，便于加工制作，在實際使用過程中，只需要一根預制線纜接入讀數(shù)儀，從而大大降低了線纜成本和布線難度；
2.本發(fā)明的系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了多通道應變數(shù)據的快速采集，而且由于相比傳統(tǒng)的人工讀數(shù)方式，優(yōu)勢更加明顯，不僅能夠快速、準確地隨時讀取傳感器數(shù)據，還能夠將數(shù)據通過 GPRS網絡直接回傳至遠程終端，讓使用者足不出戶，就能夠完成數(shù)據的采集，獲知結構物的狀態(tài)。本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書和權利要求書來實現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述，其中
圖I為本發(fā)明的系統(tǒng)結構示意圖。
具體實施例方式以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。應當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明的用于振弦應變數(shù)據采集的單纜采集方法，是將多個可由外部信號觸發(fā)閉合及斷開的可控開關裝置按照纜體的長度方向依次封裝在纜體內部，所述可控開關裝置的一端引出線作為與外部振弦傳感器的信號線連接的引入線，另一端引出線作為可控開關的控制以及傳感器信號采集線與配套的振弦傳感器讀數(shù)儀相連接，采集完所有傳感器的數(shù)據后，通過有線或無線通信的方式將數(shù)據統(tǒng)一送回遠程監(jiān)控終端，從而實現(xiàn)集成式分布測量。作為進一步的改進，所述可控開關裝置采用編碼觸發(fā)控制，只有在接收到讀數(shù)儀發(fā)出的對應編碼指令時才會動作?；谏鲜龇椒ǖ脑O計思想，本發(fā)明還設計了一種用于振弦應變數(shù)據采集的單纜結構，包括纜體，纜體內按照長度方向并列設置有通信總線I、傳感器信號采集總線2和電源總線3，同時按照長度方向依次設置有多個傳感采集單元，通信總線I、傳感器信號采集總線2均設置有伸出纜體外部的、用于與外部設備實現(xiàn)信號傳遞的信號連接端；電源總線3設置有有伸出纜體外部的、用于連接外部供電電源的電源連接端；
每一傳感采集單元均括微控制器4、總線驅動器5和可控開關裝置6，所述微控制器4 通過總線驅動器聯(lián)接至通信總線2，微控制器4的控制信號輸出端與可控開關裝置6的控制端相連接，可控開關裝置6包括一常開開關結構，常開開關結構的一端連接至感器信號器信號采集總線，另一端的接線作為傳感信號接入線伸出纜體外部，用于連接振弦傳感器的信號輸出端；
本實施例中，可控開關裝置采用繼電器，繼電器的通斷狀態(tài)通過微處理器4控制。當然，也可以采用電子開關等其他裝置，只要能夠實現(xiàn)可控的開關功能，均屬于本發(fā)明的保護范圍內。微控制器、總線控制器的電源端與電源總線相連接，通過電源總線實現(xiàn)外部電源供給。本實施例中，多個傳感采集單元通過注塑工藝制成一體,組成纜體的最內層,從而便于實現(xiàn)產業(yè)化制造。作為進一步的改進，單纜結構還包括整流穩(wěn)壓芯片7，整流穩(wěn)壓芯片用于連接在微控制器、總線控制器的電源端與電源總線之間。其作于在于提供穩(wěn)定可靠的電源接入。基于上述的單纜裝置，本發(fā)明還設計一種用于振弦應變數(shù)據采集的單纜采集系統(tǒng)，包括前述的單纜結構，還包括上位處理主機8、電源控制器9和采集器10(其中上位處理主機相當于遠程監(jiān)控終端，采集器相當于讀數(shù)儀)，傳感器通信總線I和信號采集總線2的信號連接端均聯(lián)接至采集器，并通過采集器10與上位處理主機8之間實現(xiàn)信號傳遞；電源控制器9與電源總線的電源連接端相聯(lián)接，用于提供外部供電電源。本系統(tǒng)使用時，將振弦傳感器裝好后，通過接入點與纜體上的傳感信號接入線相連，同時將振弦傳感器位置與接入點地址對應記錄下來，以便采集數(shù)據和傳感器位置的對應。本系統(tǒng)的第一次使用時掃描所有編碼點，記憶已連接振弦計的編碼點，此后不再掃描，直接測量安裝有振弦傳感器的編碼點，從而節(jié)省采集時間，所有數(shù)據通過上位機自動記錄(如數(shù)據庫)，可隨時調用。本發(fā)明的系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了多通道應變數(shù)據的快速采集，而且由于只需要一根預制
5線纜接入配套讀數(shù)儀，從而大大降低了布線成本和布線難度。相比傳統(tǒng)的人工讀數(shù)方式，優(yōu)勢更加明顯，不僅能夠快速、準確地隨時讀取傳感器數(shù)據，還能夠將數(shù)據通過GPRS網絡直接回傳至遠程終端，讓使用者足不出戶，就能夠完成數(shù)據的采集，獲知結構物的狀態(tài)。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.用于振弦應變數(shù)據采集的單纜采集方法，其特征在于所述方法是將多個可由外部信號觸發(fā)閉合及斷開的可控開關裝置按照纜體的長度方向依次封裝在纜體內部，所述可控開關裝置的一端引出線作為與外部振弦傳感器相連接的接入線，另一端引出線作為可控開關的控制以及傳感器信號采集線與配套的振弦傳感器讀數(shù)儀相連，采集完所有傳感器的數(shù)據后，振弦傳感器讀數(shù)儀通過有線或無線通信的方式將數(shù)據統(tǒng)一送回遠程監(jiān)控終端，從而實現(xiàn)集成式分布測量。
2.如權利要求I所述的用于振弦應變數(shù)據采集的單纜采集方法，其特征在于所述可控開關裝置通過程序設置，實現(xiàn)依次觸發(fā)，上位處理主機得到安裝在不同區(qū)域的振弦傳感器的測量數(shù)據。
3.如權利要求2所述的用于振弦應變數(shù)據采集的單纜采集方法，其特征在于每一可控開關裝置均通過與其一一對應的微控制器輸出的控制信號進行觸發(fā)，所述微控制器由上位處理主機進行控制。
4.如權利要求3所述的用于振弦應變數(shù)據采集的單纜采集方法，其特征在于所述可控開關裝置為繼電器，包括線圈和一常開開關。
5.用于振弦應變數(shù)據采集的單纜結構，包括纜體，其特征在于所述纜體內按照長度方向并列設置有傳感器接入線、傳感器信號采集總線、通信總線和電源總線，同時按照長度方向依次設置有多個傳感采集單元，所述傳感器接入線、傳感器信號采集總線、和通信總線均設置有伸出纜體外部的、用于與外部設備實現(xiàn)信號傳遞的信號連接端；所述電源總線設置有伸出纜體外部的、用于連接外部供電電源的電源連接端；每一傳感采集單元均包括微控制器、總線驅動器和可控開關裝置，所述微控制器通過總線驅動器聯(lián)接至通信總線，所述微控制器的控制信號輸出端與可控開關裝置的控制端相連接，所述可控開關裝置包括一常開開關結構，所述常開開關結構的一端連接至傳感器信號采集總線，另一端的接線作為傳感器接入線伸出纜體外部，用于連接振弦傳感器的信號線.所述微控制器、總線控制器的電源端與電源總線相連接。
6.根據權利要求5所述的用于振弦應變數(shù)據采集的單纜結構，其特征在于多個傳感采集單元通過注塑工藝固化成一體，組成纜體的最內層。
7.根據權利要求5或6所述的用于振弦應變數(shù)據采集的單纜結構，其特征在于所述單纜結構還包括整流穩(wěn)壓芯片，所述整流穩(wěn)壓芯片用于連接在微控制器、總線控制器的電源端與電源總線之間。
8.根據權利要求5所述的用于振弦應變數(shù)據采集的單纜結構，其特征在于所述可控開關裝置為繼電器，所述繼電器的通斷狀態(tài)通過微處理器控制。
9.用于振弦應變數(shù)據采集的單纜采集系統(tǒng)，包括如權利要求5至8任一所述的單纜結構，其特征在于所述采集系統(tǒng)還包括上位處理主機、采集器和電源控制器，所述傳感器信號采集總線和通信總線的信號連接端均連接至采集器，并通過采集器與上位處理主機之間實現(xiàn)數(shù)據傳遞；所述電源控制器與電源控制器的電源連接端相聯(lián)接，用于給所有振弦采集單元提供外部供電電源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于振弦應變數(shù)據采集的單纜采集方法，同時還涉及一種裝置和系統(tǒng)，該方法是將多個可由外部信號觸發(fā)閉合及斷開的可控開關裝置按照纜體的長度方向依次封裝在纜體內部，可控開關裝置的一端引出線作為與外部振弦傳感器相連接的接入線，另一端引出線作為可控開關的控制及傳感器信號采集線與配套的振弦傳感器讀數(shù)儀相連接，采集完所有傳感器的數(shù)據后，振弦傳感器讀數(shù)儀通過有線或無線通信的方式將數(shù)據統(tǒng)一送回遠程監(jiān)控終端，從而實現(xiàn)集成式分布測量，本發(fā)明不僅實現(xiàn)了僅用特制單根纜線的多通道應變數(shù)據快速采集，而且由于相比傳統(tǒng)的人工讀數(shù)方式，優(yōu)勢更加明顯，不僅能夠快速、準確地隨時讀取傳感器數(shù)據，還能夠將數(shù)據通過GPRS網絡直接回傳至遠程終端，讓使用者足不出戶，就能夠完成數(shù)據的采集，獲知結構物的狀態(tài)。
文檔編號G01B7/16GK102607403SQ20121008385
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月27日 優(yōu)先權日2012年3月27日
發(fā)明者劉陽, 張奔牛 申請人:重慶交通大學