一種用于振動監(jiān)測的無線低頻加速度傳感器節(jié)點裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及信號傳輸及振動監(jiān)測領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于振動監(jiān)測的無線低頻加速度傳感器節(jié)點裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為現(xiàn)代監(jiān)測不良隱患的重要手段，傳感器在振動監(jiān)測系統(tǒng)中扮演著重要角色。大型的土木工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施在其服役過程中，受到環(huán)境載荷作用、疲勞效應、腐蝕效應和材料老化等不利因素的影響，結(jié)構(gòu)不可避免地產(chǎn)生損傷積累、抗力衰減、甚至導致突發(fā)事故。為使土木工程結(jié)構(gòu)安全運行，應該對結(jié)構(gòu)進行可靠性監(jiān)測，以實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)安全性的評定。一般地說，土木工程中的振動主要指低頻振動，其振動頻率在5Hz以下。
[0003]地脈動是地面的一種比較穩(wěn)定且非重復性的隨機波動。它的頻帶很寬，覆蓋的周期范圍很大，分為短周期脈動和長周期脈動。短周期脈動由區(qū)域噪聲引起，長周期脈動由自然因素引起。而我們監(jiān)測的目標是長周期脈動，它與土木環(huán)境結(jié)構(gòu)的頻率范圍有著很大的相似性。
[0004]市面上現(xiàn)有的相關(guān)產(chǎn)品并沒有能同時很好滿足這兩者檢測需求的高精度的傳感器。傳統(tǒng)的有線傳感器，在使用的過程中有著體積較大，線纜較多，使用范圍有限等諸多的弊端。與之相比，無線傳感器克服了現(xiàn)場工作環(huán)境復雜對監(jiān)測設(shè)備運行的影響，解決了體積過大和線纜纏繞的問題，還方便技術(shù)人員進行遠程監(jiān)測工作。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的就是為了解決上述傳統(tǒng)有線加速度傳感器的不便之處以及現(xiàn)有無線加速度計應用范圍的有限性和精度問題，而提供一種用于振動監(jiān)測的無線低頻加速度傳感器節(jié)點裝置，該裝置不僅能滿足測量低頻的大地脈動和土木結(jié)構(gòu)環(huán)境振動需求，還具有擴展為無線自組織監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的潛力。
[0006]本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]—種用于振動監(jiān)測的無線低頻加速度傳感器節(jié)點裝置，包括供能模塊以及分別連接供能模塊的低頻加速度傳感器模塊、中央處理器模塊和無線收發(fā)模塊，所述低頻加速度傳感器模塊、中央處理器模塊和無線收發(fā)模塊依次連接，所述中央處理器模塊包括信號接口以及分別連接供能模塊的AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理器、時間同步器和數(shù)據(jù)存儲器，所述AD轉(zhuǎn)換器通過信號接口連接低頻加速度傳感器模塊，所述數(shù)據(jù)處理器分別連接AD轉(zhuǎn)換器、時間同步器和數(shù)據(jù)存儲器，所述無線收發(fā)模塊通過信號接口連接數(shù)據(jù)處理器。
[0008]所述低頻加速度傳感器模塊包括相連接的低頻加速度傳感器和電荷放大器，所述低頻加速度傳感器和電荷放大器均連接供能模塊，所述電荷放大器連接信號接口。
[0009]所述低頻加速度傳感器為在0.05Hz以上頻段幅頻特性曲線平坦的加速度傳感器。
[0010]所述中央處理器模塊還包括電源管理器，所述供能模塊通過電源管理器分別連接AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理器、時間同步器和數(shù)據(jù)存儲器。
[0011]所述數(shù)據(jù)處理器為單片機。
[0012]所述供能模塊為太陽能供能電池和/或蓄電池。
[0013]所述無線收發(fā)模塊包括相連接的射頻芯片和天線，所述射頻芯片和天線均連接供能模塊，所述射頻芯片連接信號接口。
[0014]所述射頻芯片為ZigBee射頻芯片。
[0015]所述數(shù)據(jù)存儲器為Flash存儲器或SD存儲卡。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0017]I)針對土木結(jié)構(gòu)環(huán)境振動和大地脈動的監(jiān)測，采用低頻加速度傳感器模塊，加速度傳感器在0.05Hz以上頻段幅頻特性曲線平坦，可同時監(jiān)測大力脈動與土木結(jié)構(gòu)的震動情況，保證了在大地脈動及土木結(jié)構(gòu)環(huán)境振動監(jiān)測中數(shù)據(jù)的精度要求，這些監(jiān)測數(shù)據(jù)是基于地脈動與結(jié)構(gòu)的振動之間的內(nèi)在聯(lián)系來測量得到的，可以用來了解建筑與其環(huán)境之間的適應性，突出地脈動和結(jié)構(gòu)自身振動的關(guān)聯(lián)性，且綜合二者可以更為精確判定結(jié)構(gòu)的振動情況，利用好地脈動能反映結(jié)構(gòu)振動情況的特點。
[0018]2)設(shè)計了無線收發(fā)模塊，采用無線通信方式，能滿足遠距離、多通道、長時間的同步測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨螅鉀Q了傳統(tǒng)有線傳感技術(shù)中布線復雜、使用不便的問題，可自組織擴展網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點之間的自組織擴展成為監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的能力有很大的提高，能滿足大面積范圍的多點測試，從而更加全面的反映監(jiān)測對象的振動情況，且提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c準確性。
[0019]3)中央處理器模塊中設(shè)計了時間同步器，時間同步器內(nèi)置有GPS時鐘，為各個傳感器采集數(shù)據(jù)提供同步時鐘，有利于數(shù)據(jù)可靠地低延遲地傳輸?shù)浇邮斩恕?br>[0020]4)中央處理器模塊中電源管理器用于協(xié)調(diào)節(jié)點的工作狀態(tài)及能量供應，促進電源的合理分配，有利于整個節(jié)點裝置長時間穩(wěn)定工作。
[0021]5)中央處理器模塊中存儲模塊為單片機內(nèi)置的RAM或大容量的Flash存儲芯片，并支持采用大容量的SD卡進行擴充，滿足了振動數(shù)據(jù)大量存儲的需求。
[0022]6)數(shù)據(jù)處理器為高性能低功耗的單片機，保證整個裝置的性能的同時降低生產(chǎn)成本，有利于推廣應用。
[0023]7)無線收發(fā)模塊中采用支持ZigBee協(xié)議的射頻芯片，ZigBee具有能耗低、低復雜度、高安全性等特點，滿足長期工程監(jiān)測的需求。
[0024]8)供能模塊由太陽能供能電池及可充電式蓄電池構(gòu)成，為各部分模塊的正常工作提供能量，使得每個節(jié)點都能滿足長期的工程監(jiān)測的續(xù)航要求，同時節(jié)能環(huán)保，無需額外增設(shè)電源線路。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)框圖。
[0026]圖中:1、供能模塊，2、低頻加速度傳感器模塊，3、中央處理器模塊，4、無線收發(fā)模塊，21、低頻加速度傳感器，22、電荷放大器，31、信號接口，32、AD轉(zhuǎn)換器，33、數(shù)據(jù)處理器，34、時間同步器，35、數(shù)據(jù)存儲器，36、電源管理器，41、射頻芯片，42、天線。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實施例以本實用新型技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。
[0028]如圖1所示，一種用于振動監(jiān)測的無線低頻加速度傳感器節(jié)點裝置包括供能模塊I以及分別連接供能模塊I的低頻加速度傳感器模塊2、中央處理器模塊3和無線收發(fā)模塊4，低頻加速度傳感器模塊2、中央處理器模塊3和無線收發(fā)模塊4依次連接，用絕緣外殼將上述四個裝置封裝到一起，彼此之間用串口線連接，其中:
[0029]其中，中央處理器模塊3包括信號接口 31、AD轉(zhuǎn)換器32、數(shù)據(jù)處理器33、時間同步器34、數(shù)據(jù)存儲器35和電源管理器36，AD轉(zhuǎn)換器32通過信號接口 31連接低頻加速度傳感器模塊2，數(shù)據(jù)處理器33分別連接AD轉(zhuǎn)換器32、時間同步器34和數(shù)據(jù)存儲器35，無線收發(fā)模塊4通過信號接口 31連接數(shù)據(jù)處理器33，供能模塊I通過電源管理器36分別連接AD轉(zhuǎn)換器32、數(shù)據(jù)處理器33、時間同步器34