智能型多通道橋梁振動檢測儀及其數據採集適配器的製作方法
2023-09-17 20:20:30 1
專利名稱：智能型多通道橋梁振動檢測儀及其數據採集適配器的製作方法
技術領域：
一、本實用新型涉及一種橋梁振動檢測儀器，特別是涉及一種智能型多通道橋梁振動檢測儀及其數據採集適配器。
二、隨著鐵路列車的提速和跨越式發展戰略的逐步實施，客、貨列車速度已有較大提高，牽引動力類型和車輛載重發生了較大變化，在這個過程中，鐵路橋梁正經受著重大的考驗。對既有鐵路橋梁驗算其承載能力、測試其運營性能，確保行車安全和結構安全，充分發揮設備潛能，需要對橋梁振動情況進行經常性檢測，以便及時了解橋梁狀況，據以制定運用對策。目前我國大多採用經緯儀對橋梁振動進行人工檢測，測量精度低、人為誤差大；還有一種採用振動分析儀的測量法，雖精度較高，但設備昂貴，技術複雜，需要專業技術人員操作。中國實用新型專利ZL02224875.7公開了一種可攜式橋梁橫向振動檢測儀，速度傳感器的輸出信號經脈衝鑑別處理電路接微型單片機控制單元，拾振器及其信號放大電路的輸出信號經轉換電路接單片機控制單元，同單片機連接有液晶顯示屏，電平轉換電路接於單片機控制單元的串行口，I2C總線電路接於單片機控制單元的接口，所述微型單片機控制單元和存儲器選擇解碼電路均與存儲器連接。自動化程度高，操作簡單，具有自動測量、自動記錄等功能，能將所測記錄數據通過RS232C傳送到上位計算機。其存在的缺點是數據的分析、處理均在微控制器內進行，使其數據處理的速度和運算精度受到影響，參數的種類有限，可擴展能力有限，不能顯示振動的頻率，跟不上當前計算機控制技術發展的水平。
三、實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題針對背景技術當前橋梁振動檢測技術存在的不足，設計出一種智能型多通道橋梁振動檢測儀及其數據採集適配器。
本實用新型所採用的技術方案一種智能型多通道橋梁振動檢測數據採集適配器，含有單片機、A/D轉換器及電源電路，單片機採用含有內嵌式至少12位的多通道A/D轉換器的8位或16位或32位的高性能微處理器，每個拾振器輸出信號接入其信號調理電路，信號調理電路的輸出端連接微處理器內嵌A/D轉換器的一個輸入埠，列車測速雷達通過通訊電纜接入RS-485總線接口電路的輸入端，經RS-485總線接口進行電平轉換後接入微處理器的串行口TXD和RXD，微處理器內嵌A/D轉換器的數據輸出埠連接USB總線接口晶片數據端，USB總線接口晶片的片選線、讀寫線、中斷信號線、數據/命令控制線分別接微處理器的P2.7、RD、WR、P3.2和P2.0，USB總線接口晶片的輸出外連USB接口。
含有調試接口電路，調試接口電路採用RS-232電平轉換器，其串行口分別和微處理器串行通訊口連接，轉換後的標準電平輸出接口連接上位計算機，用於微處理器的在線調試及程序下載。
每一信號調理電路含有放大電路和積分電路，拾振器信號經阻抗變換後接入放大器的同向輸入端，放大器的輸出經阻容耦合接入積分器，積分器的輸出信號經低通濾波後接入A/D轉換器的一個輸入埠。
一種含有上述橋梁振動檢測數據採集適配器的智能型多通道橋梁振動檢測儀，含有拾振器，列車測速雷達，拾振器採用1～4或8個891-4型傳感器，或者採用891-1型傳感器，拾振器輸出信號接入適配器的信號調理電路的輸入端，測速雷達通過通訊線和RS-485總線接口接入適配器的微處理器的串行口，適配器微處理器內嵌的A/D轉換器輸出通過USB接口連接上位計算機。
上位計算機為筆記本電腦，或者為臺式機，設有USB接口，計算機內置系統測量、管理軟體和資料庫，或者連接有印表機。
本實用新型的積極有益效果1、利用當前先進的計算機控制和數據處理及管理技術，實現橋梁振動的現場數據檢測，實時顯示振動波形，測量精度高，分析能力強。
2、數據採集適配器採用內嵌A/D和保護電路的高性能微處理器，外圍設有各種接口電路，便於和上位機通訊，適用能力強，擴展靈活方便，適用於各種工況下的計算機監控和管理。
四
圖1數據採集適配器原理框圖圖2橋梁振動檢測裝置結構示意圖圖3數據採集適配器微處理器及外圍電路和接口電路原理圖五具體實施方式
實施例一本實施例智能型多通道橋梁振動數據採集適配器，其結構組成原理方框圖參見圖1拾振器的輸出信號經過信號調理電路接入微處理器(圖中的高性能微轉換器)，列車測速雷達的輸出信號經過RS485接口電路也接入微處理器，微處理器通過USB接口電路和上位機連接，電源管理單元提供適配器工作電源。
圖3為本實施例數據採集適配器微處理器及外圍電路和接口電路原理圖。圖3中虛線框10所示為微處理器U1及其外圍電路，6為USB接口電路，7為電源管理單元，9為信號調理電路，8為RS485接口電路。適配器可設穩壓直流電源提供系統工作電源VCC，或者適配器系統及微處理器工作電源VCC由橋梁振動檢測儀計算機USB口提供，VCC經濾波後通過肖基特二極體D02、D03及小阻抗電阻R003提供模擬部分各路拾振器信號調理電路放大器及A/D轉換器的工作電源AVCC，實現模擬部分電源和數字部分電源隔離，避免其幹擾，以保證A/D轉換的精度，AVCC取電阻R005對R006的分壓提供各路拾振器信號調理電路積分器的參考電壓，分別經限流電阻接入各積分器的同向輸入端。
本實施例微處理器採用內嵌式多通道12位A/D轉換器、看門狗(WDT)和8位MCU的高性能微轉換器(Microconverter)，可設8路模擬通道。U1的5腳和8腳接模擬部分電源AVCC，8腳接有一端接地的濾波電容C016，6腳接地，7腳通過電容C017接地，圖中U7為U1提供上電復位信號及電源電壓監控，U7的3腳接電源VCC，1腳接地，2腳連接U1的復位端15腳；U1的20、40、48、34接電源VCC，21、35、47接地，32、33腳外接時鐘，19腳連接發光二極體D01和電阻R004接電源VCC，D01在U1的P3.3口線控制下，為本適配器提供電源及數據採集狀態指示。
信號調理電路電阻R005對AVCC的分壓通過電阻R020產生的電流和拾振器輸出經電容耦合後的信號疊加接入放大器的同向輸入端，放大器的輸出端與反向輸入端連接有反饋電阻R022，放大器的輸出經電容C021和電阻R023耦合接入積分器的反向輸入端，積分器的輸出端與其反向輸入端並接有積分電阻R025和電容C022，積分器輸出信號經低通濾波後接入微處理器的A/D轉換器的一個通道(U1的P1.0口)，其餘三個拾振器信號調理電路同上，分別接入微處理器U1的P1.1、P1.2、P1.3口；列車測速雷達通過通訊電纜接入RS-485總線電路接口的輸入端，經電平轉換後接入微處理器的串行口TXD和RXD，RS-485總線接口電路U4的8腳接電源VCC，5腳接地，其1腳(RO)和4腳(DI)分別接處理器U1的串行通訊口，其收發控制端接U1的P3.5；當列車測速雷達檢測到前方有列車通過時，通過RS485接口與微處理器進行通訊，將列車的速度信息實時傳入微處理器，微處理器控制其A/D轉換器開始工作，列車通過後，微處理器控制A/D轉換器停止工作。
微處理器內嵌A/D轉換器的數據線輸出連接USB總線接口晶片U2的數據輸入端，USB總線接口晶片的片選線、讀寫線、中斷信號線、數據/命令控制線分別接微處理器的P2.7、RD、WR、P3.2和P2.0，USB總線接口晶片的輸出6、7腳連接USB接口數據線，USB接口的4腳接地，1腳接電源。USB總線接口晶片的20腳接電源，5腳通過電容接地，8、9腳外接時鐘，18腳接地。
本實用新型數據採集適配器，含有調試接口電路，調試接口電路採用TTL/RS232電平轉換器U3，其串行口分別和微處理器串行通訊口連接，轉換後的標準電平輸出接口連接上位計算機，用於微處理器的在線調試及程序下載。
實施例二參見圖2，本實施例為智能型多通道橋梁振動檢測儀。圖中1為筆記本電腦，2為USB傳輸線，3為數據採集適配器，4為拾振器，5為信號電纜。拾振器採用4個891-4型傳感器，拾振器輸出信號接入適配器的一個通道的信號調理電路的輸入端，測速雷達通過通訊線和RS-485總線接口接入適配器的微處理器的串行口，適配器微處理器內嵌的A/D轉換器輸出通過USB接口連接上位計算機。本實施例上位計算機為筆記本電腦，設有USB接口，計算機內置系統測量、管理軟體和資料庫。列車通過時，橋梁振動數據檢測適配器開始工作，由各路信號調理電路將檢測到的振動信號經放大、濾波、積分等過程調理後，進入微處理器內嵌的A/D轉換器進行A/D轉換，轉換後的數字量通過USB接口實時送入計算機，在計算機上進行數字濾波、運算、並實時顯示、存儲。由計算機將採集的振動波形及測量結果(最大峰峰值，最大正幅值，最大負幅值，強振頻率，自振頻率)、時間信息、地點信息、單位信息、拾振器布置信息、所測橋跨信息、氣候信息等存入資料庫中。
實施例三參見圖2，本實施例基本同實施例二，其不同之處在於上位計算機為臺式機，設有USB接口，連接有印表機，計算機內置系統測量、管理軟體和資料庫。振動傳感器採用891-1型，最多可連接8路，即適配器含有8路模擬通道。
權利要求1.一種智能型多通道橋梁振動檢測數據採集適配器，含有單片機、A/D轉換器及電源電路，其特徵是單片機採用含有內嵌式至少12位的多通道A/D轉換器的8位或16位或32位的高性能微處理器，每個拾振器輸出信號接入其信號調理電路，信號調理電路的輸出端連接微處理器內嵌A/D轉換器的一個輸入埠，列車測速雷達通過通訊電纜接入RS-485總線接口電路的輸入端，經RS-485總線接口進行電平轉換後接入微處理器的串行口TXD和RXD，微處理器內嵌A/D轉換器的數據輸出埠連接USB總線接口晶片數據端，USB總線接口晶片的片選線、讀寫線、中斷信號線、數據/命令控制線分別接微處理器的P2.7、RD、WR、P3.2和P2.0，USB總線接口晶片的輸出外連USB接口。
2.根據權利要求1所述的橋梁振動檢測數據採集適配器，其特徵是含有調試接口電路，調試接口電路採用RS-232電平轉換器，其串行口分別和微處理器串行通訊口連接，轉換後的標準電平輸出接口連接上位計算機，用於微處理器的在線調試及程序下載。
3.根據權利要求1或2所述的橋梁振動檢測數據採集適配器，其特徵是每一信號調理電路含有放大電路和積分電路，拾振器信號經阻抗變換後接入放大器的同向輸入端，放大器的輸出經阻容耦合接入積分器，積分器的輸出信號經低通濾波後接入A/D轉換器的一個輸入埠。
4.一種含有權利要求1所述橋梁振動檢測數據採集適配器的智能型多通道橋梁振動檢測儀，含有拾振器，列車測速雷達，其特徵是拾振器採用1～4或8個891-4型傳感器，或者採用891-1型傳感器，拾振器輸出信號接入適配器的信號調理電路的輸入端，測速雷達通過通訊線和RS-485總線接口接入適配器的微處理器的串行口，適配器微處理器內嵌的A/D轉換器輸出通過USB接口連接上位計算機。
5.根據權利要求4所述的智能型多通道橋梁振動檢測儀，其特徵是上位計算機為筆記本電腦，或者為臺式機，設有USB接口，計算機內置系統測量、管理軟體和資料庫，或者連接有印表機。
專利摘要本實用新型涉及一種智能型多通道橋梁振動檢測儀及其數據採集適配器。智能型多通道橋梁振動檢測數據採集適配器，含有內嵌式多通道A/D轉換器的高性能的微處理器，拾振器信號通過信號調理電路連接微處理器內嵌A/D轉換器的一個輸入埠，A/D轉換器的數據輸出埠連接USB總線接口晶片數據端，USB總線接口晶片的片選線、讀寫線、中斷信號線、數據/命令控制線分別接微處理器的P
文檔編號G01M7/02GK2824007SQ200520031100
公開日2006年10月4日 申請日期2005年6月28日 優先權日2005年6月28日
發明者趙俊明, 李青, 王留軍, 餘淼, 陳亮, 徐禎, 夏魏, 許光宏, 牛道安, 羅錦章, 陳正高, 劉選斌, 魏樹林, 高陽 申請人:鄭州鐵路科學技術研究發展有限責任公司