专利名称：用于振弦应变数据采集的单缆采集方法、单缆结构及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及结构测量技术领域，特别涉及一种利用振弦传感器测量结构应变的方法，同时还涉及一种采集装置，以及一种采集系统。
背景技术：
振弦式传感器是目前国内外普遍重视和广泛应用的一种非电量电测的传感器。振弦式传感器具有结构简单、坚固耐用、抗干扰能力强、测值可靠、精度与分辨率高和稳定性好等优点，因此广泛应用于桥梁、隧道、建筑、铁路、交通、水电、大坝等工程领域的施工监控和结构的长期安全监测。通常在一个监测结构上会布设相当数量的振弦传感器，根据各个截面的受力情况，分析结构物整体状态。传统的测量方法是使用手持式采集器在现场依次读取每个传感器的数据，这样花费了大量的人力，同时一个测量周期需要花费相当长的时间，另外，由于现场环境的复杂，测量常需要攀爬脚手架等，因此也给测量人员带来了一定的危险；而市场现有的多通道采集器，虽然可以采集多个传感器，但往往只能测量4-12个传感器，如果需要测量更多，则需要另行购买扩展模块，而扩展模块往往也价格不菲。此外，每个传感器都需要单独连接一根线缆到采集器，随着传感器数量和距离的增加，必然需要很多线缆，因此需要花费大量资金。有鉴于此，有必要研究出一种能够实现集成化分布测量的振弦传感数据采集方法及系统。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种用于振弦应变数据采集的单缆采集方法，能够自动采集多个传感器数据，又能够减少线缆的使用量，从而实现高效、方便、成本低的结构监测；本发明的目的之二是提供一种用于振弦应变数据采集的单缆结构，本发明的目的之三是提供一种用于振弦应变数据采集的单缆采集系统。本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的
该种用于振弦应变数据采集的单缆采集方法，是将多个可由外部信号触发闭合及断开的可控开关装置按照缆体的长度方向依次封装在缆体内部，所述可控开关装置的一端引出线作为与外部振弦传感器接入线，另一端引出线作为可控开关的控制以及传感器信号采集线与配套的振弦传感器读数仪相连接，从而实现集成式分布测量。进一步，所述可控开关装置通过程序设置，实现依次触发，上位处理主机得到安装在不同区域的振弦传感器的测量数据；
进一步，每一可控开关装置均通过与其一一对应的微控制器输出的控制信号进行触发，所述微控制器由上位处理主机进行控制；
进一步，所述可控开关装置为继电器，包括线圈和一常开开关；
本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的该种用于振弦应变数据采集的单缆结构，包括缆体，所述缆体内按照长度方向并列设置有传感器接入线、传感器信号采集总线、通信总线和电源总线，同时按照长度方向依次设置有多个传感采集单元，所述传感器接入线、传感器信号采集总线和通信总线均设置有伸出缆体外部的、用于与外部设备实现信号传递的信号连接端；所述电源总线设置有伸出缆体外部的、用于连接外部供电电源的电源连接端；
每一传感采集单元均包括微控制器、总线驱动器和可控开关装置，所述微控制器通过总线驱动器联接至通信总线，所述微控制器的控制信号输出端与可控开关装置的控制端相连接，所述可控开关装置包括一常开开关结构，所述常开开关结构的一端连接至传感器信号采集总线，另一端的接线作为传感器接入线伸出缆体外部，用于连接振弦传感器的信号线.
所述微控制器、总线控制器的电源端与电源总线相连接。进一步，多个传感采集单元通过注塑工艺制成一体，组成缆体的最内层；
进一步，所述单缆结构还包括整流稳压芯片，所述整流稳压芯片用于连接在微控制器、
总线控制器的电源端与电源总线之间；
进一步，所述可控开关装置为继电器，所述继电器的通断状态通过微处理器控制。本发明的目的之三是通过以下技术方案实现的
该用于振弦应变数据采集的单缆采集系统，包括如前所述的单缆结构，所述采集系统还包括上位处理主机、采集器和电源控制器，所述传感器信号采集总线和通信总线的信号连接端均连接至采集器，并通过采集器与上位处理主机之间实现数据传递；所述电源控制器与电源控制器的电源连接端相联接，用于给所有振弦采集单元提供外部供电电源。本发明的有益效果是
1.本发明的单缆装置集成化程度高，便于加工制作，在实际使用过程中，只需要一根预制线缆接入读数仪，从而大大降低了线缆成本和布线难度；
2.本发明的系统不仅实现了多通道应变数据的快速采集，而且由于相比传统的人工读数方式，优势更加明显，不仅能够快速、准确地随时读取传感器数据，还能够将数据通过 GPRS网络直接回传至远程终端，让使用者足不出户，就能够完成数据的采集，获知结构物的状态。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中
图I为本发明的系统结构示意图。
具体实施例方式以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。本发明的用于振弦应变数据采集的单缆采集方法，是将多个可由外部信号触发闭合及断开的可控开关装置按照缆体的长度方向依次封装在缆体内部，所述可控开关装置的一端引出线作为与外部振弦传感器的信号线连接的引入线，另一端引出线作为可控开关的控制以及传感器信号采集线与配套的振弦传感器读数仪相连接，采集完所有传感器的数据后，通过有线或无线通信的方式将数据统一送回远程监控终端，从而实现集成式分布测量。作为进一步的改进，所述可控开关装置采用编码触发控制，只有在接收到读数仪发出的对应编码指令时才会动作。基于上述方法的设计思想，本发明还设计了一种用于振弦应变数据采集的单缆结构，包括缆体，缆体内按照长度方向并列设置有通信总线I、传感器信号采集总线2和电源总线3，同时按照长度方向依次设置有多个传感采集单元，通信总线I、传感器信号采集总线2均设置有伸出缆体外部的、用于与外部设备实现信号传递的信号连接端；电源总线3设置有有伸出缆体外部的、用于连接外部供电电源的电源连接端；
每一传感采集单元均括微控制器4、总线驱动器5和可控开关装置6，所述微控制器4 通过总线驱动器联接至通信总线2，微控制器4的控制信号输出端与可控开关装置6的控制端相连接，可控开关装置6包括一常开开关结构，常开开关结构的一端连接至感器信号器信号采集总线，另一端的接线作为传感信号接入线伸出缆体外部，用于连接振弦传感器的信号输出端；
本实施例中，可控开关装置采用继电器，继电器的通断状态通过微处理器4控制。当然，也可以采用电子开关等其他装置，只要能够实现可控的开关功能，均属于本发明的保护范围内。微控制器、总线控制器的电源端与电源总线相连接，通过电源总线实现外部电源供给。本实施例中，多个传感采集单元通过注塑工艺制成一体,组成缆体的最内层,从而便于实现产业化制造。作为进一步的改进，单缆结构还包括整流稳压芯片7，整流稳压芯片用于连接在微控制器、总线控制器的电源端与电源总线之间。其作于在于提供稳定可靠的电源接入。基于上述的单缆装置，本发明还设计一种用于振弦应变数据采集的单缆采集系统，包括前述的单缆结构，还包括上位处理主机8、电源控制器9和采集器10(其中上位处理主机相当于远程监控终端，采集器相当于读数仪)，传感器通信总线I和信号采集总线2的信号连接端均联接至采集器，并通过采集器10与上位处理主机8之间实现信号传递；电源控制器9与电源总线的电源连接端相联接，用于提供外部供电电源。本系统使用时，将振弦传感器装好后，通过接入点与缆体上的传感信号接入线相连，同时将振弦传感器位置与接入点地址对应记录下来，以便采集数据和传感器位置的对应。本系统的第一次使用时扫描所有编码点，记忆已连接振弦计的编码点，此后不再扫描，直接测量安装有振弦传感器的编码点，从而节省采集时间，所有数据通过上位机自动记录(如数据库)，可随时调用。本发明的系统不仅实现了多通道应变数据的快速采集，而且由于只需要一根预制
5线缆接入配套读数仪，从而大大降低了布线成本和布线难度。相比传统的人工读数方式，优势更加明显，不仅能够快速、准确地随时读取传感器数据，还能够将数据通过GPRS网络直接回传至远程终端，让使用者足不出户，就能够完成数据的采集，获知结构物的状态。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.用于振弦应变数据采集的单缆采集方法，其特征在于所述方法是将多个可由外部信号触发闭合及断开的可控开关装置按照缆体的长度方向依次封装在缆体内部，所述可控开关装置的一端引出线作为与外部振弦传感器相连接的接入线，另一端引出线作为可控开关的控制以及传感器信号采集线与配套的振弦传感器读数仪相连，采集完所有传感器的数据后，振弦传感器读数仪通过有线或无线通信的方式将数据统一送回远程监控终端，从而实现集成式分布测量。
2.如权利要求I所述的用于振弦应变数据采集的单缆采集方法，其特征在于所述可控开关装置通过程序设置，实现依次触发，上位处理主机得到安装在不同区域的振弦传感器的测量数据。
3.如权利要求2所述的用于振弦应变数据采集的单缆采集方法，其特征在于每一可控开关装置均通过与其一一对应的微控制器输出的控制信号进行触发，所述微控制器由上位处理主机进行控制。
4.如权利要求3所述的用于振弦应变数据采集的单缆采集方法，其特征在于所述可控开关装置为继电器，包括线圈和一常开开关。
5.用于振弦应变数据采集的单缆结构，包括缆体，其特征在于所述缆体内按照长度方向并列设置有传感器接入线、传感器信号采集总线、通信总线和电源总线，同时按照长度方向依次设置有多个传感采集单元，所述传感器接入线、传感器信号采集总线、和通信总线均设置有伸出缆体外部的、用于与外部设备实现信号传递的信号连接端；所述电源总线设置有伸出缆体外部的、用于连接外部供电电源的电源连接端；每一传感采集单元均包括微控制器、总线驱动器和可控开关装置，所述微控制器通过总线驱动器联接至通信总线，所述微控制器的控制信号输出端与可控开关装置的控制端相连接，所述可控开关装置包括一常开开关结构，所述常开开关结构的一端连接至传感器信号采集总线，另一端的接线作为传感器接入线伸出缆体外部，用于连接振弦传感器的信号线.所述微控制器、总线控制器的电源端与电源总线相连接。
6.根据权利要求5所述的用于振弦应变数据采集的单缆结构，其特征在于多个传感采集单元通过注塑工艺固化成一体，组成缆体的最内层。
7.根据权利要求5或6所述的用于振弦应变数据采集的单缆结构，其特征在于所述单缆结构还包括整流稳压芯片，所述整流稳压芯片用于连接在微控制器、总线控制器的电源端与电源总线之间。
8.根据权利要求5所述的用于振弦应变数据采集的单缆结构，其特征在于所述可控开关装置为继电器，所述继电器的通断状态通过微处理器控制。
9.用于振弦应变数据采集的单缆采集系统，包括如权利要求5至8任一所述的单缆结构，其特征在于所述采集系统还包括上位处理主机、采集器和电源控制器，所述传感器信号采集总线和通信总线的信号连接端均连接至采集器，并通过采集器与上位处理主机之间实现数据传递；所述电源控制器与电源控制器的电源连接端相联接，用于给所有振弦采集单元提供外部供电电源。
全文摘要
本发明公开了一种用于振弦应变数据采集的单缆采集方法，同时还涉及一种装置和系统，该方法是将多个可由外部信号触发闭合及断开的可控开关装置按照缆体的长度方向依次封装在缆体内部，可控开关装置的一端引出线作为与外部振弦传感器相连接的接入线，另一端引出线作为可控开关的控制及传感器信号采集线与配套的振弦传感器读数仪相连接，采集完所有传感器的数据后，振弦传感器读数仪通过有线或无线通信的方式将数据统一送回远程监控终端，从而实现集成式分布测量，本发明不仅实现了仅用特制单根缆线的多通道应变数据快速采集，而且由于相比传统的人工读数方式，优势更加明显，不仅能够快速、准确地随时读取传感器数据，还能够将数据通过GPRS网络直接回传至远程终端，让使用者足不出户，就能够完成数据的采集，获知结构物的状态。
文档编号G01B7/16GK102607403SQ20121008385
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者刘阳, 张奔牛 申请人:重庆交通大学