一种桥梁荷载响应变频采集仪的制作方法

本实用新型涉及一种桥梁健康监测领域，特别是关于一种桥梁荷载响应变频采集仪。

背景技术：

桥梁健康监测系统的关键是结构损伤预警与辨识的准确度，结构可靠度评估与疲劳寿命评估的可靠度，都取决于信号的质量。信号质量主要依赖于测量过程中硬件的质量和数据记录的范围，这些都会对结果产生很大差异。因此，为了避免那些由于漏掉真实反映而获得较好评估结果的较差的测量工作，需要重点考虑的因素是：(1)记录时间的长度：记录的时间越长，评估的结果越准确；反之记录的时间较短，会承受风险带来的不良后果。(2)采样频率：表征采样的快慢，采样频率高，则采样快，采集到的数字信号越接近真实信号，低的采样频率会使信号严重失真。

为保证监测信号的质量，可对结构响应24小时实时高频采集，但采集的数据量过于庞大，给数据的传输和后期的数据处理、挖掘带来灾难。理想的情况是使用较小的存储空间，而又不能丢失信息的复现原始信号。变采样频率数据采集系统可根据外界的触发信号实时调整采样频率。当没有接收到触发信号时，用较低的采样频率进行采样。当接收到触发信号时，根据触发信号大小，使用提前设定好的较高的采样频率进行一段时间的采样。达到某一时间长度后，自动恢复为低采样频率。

因此，如何解决高频采集产生的海量数据与无线上传之间的矛盾这一矛盾成为目前亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种桥梁荷载响应变频采集仪，其对桥梁结构响应(如挠度、应变)实时在线高频监测指标，实现变频采样，减少数据冗余、保证信号无失真恢复。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种桥梁荷载响应变频采集仪，其包括单片机、FPGA和AD转换器；现有车辆识别设备将车辆识别分类信号传输至所述AD转换器进行模数转换后，传输至所述FPGA，由所述FPGA触发控制所述AD转换器并存储模数转换后的信号；所述FPGA与所述单片机连接，所述单片机将控制信号传输至所述FPGA；所述FPGA内设置有地址锁存器、存储器、或非门、地址计数器、非门和分频电路；所述存储器用于存储所述AD转换器传输至的信号，所述地址锁存器和存储器经数据总线与所述单片的数据端口连接，所述单片机的地址锁存端口也与所述地址锁存器连接，且所述地址锁存器将所述单片机内的控制信号传输至所述存储器内；所述单片机的片选信号端口和读选通端口经所述或非门后与所述存储器连接；所述单片机的启动信号端口将启动信号传输至所述地址计数器，且所述地址计数器计数完毕后将结束信号传输至所述单片机的转换结束信号端口；所述地址计数器也与所述存储器连接；时钟信号经所述分频电路处理后得到转换时钟信号，所述转换时钟信号分别传输至所述地址计数器和AD转换器内，并经过所述非门将分频后的转换时钟信号传输至所述存储器内进行存储。

进一步，所述存储器由内嵌入式阵列块构成的构成双口RAM。

进一步，所述时钟信号由40MHz有源晶振产生。

进一步，所述分频电路采用分频锁相环。

进一步，所述AD转换器采用型号为ADS930的AD转换芯片。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型根据设定车辆类型，进行变频采样，在重车经过时高频采样，其他情况下低频采样，满足结构长期损伤识别的数据要求，大幅度减少了无线上传的数据量，为桥址附近无有线网络的桥梁建立高频挠度监测系统提供了保障，具有重要的现实意义。2、本实用新型变频采样采集的数据量大约为原有数据量的5％左右，因此在系统运营过程可节省95％的4G流量费用，降低了系统运营费用，同时延长了使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1所示，本实用新型提供一种桥梁荷载响应变频采集仪，其包括单片机、FPGA和AD转换器。现有车辆识别设备将车辆识别分类信号传输至AD转换器内进行模数转换后，传输至FPGA，由FPGA触发控制AD转换器并存储模数转换后的信号；FPGA与单片机连接，单片机将控制信号传输至FPGA。

上述实施例中，FPGA内设置有地址锁存器、存储器、或非门、地址计数器、非门和分频电路。存储器用于存储AD转换器传输至的信号，地址锁存器和存储器经数据总线与单片的数据端口D0～D7连接，单片机的地址锁存端口ALE也与地址锁存器连接，且地址锁存器将单片机内的控制信号传输至存储器内；单片机的片选信号端口和读选通端口经或非门后与存储器连接。单片机的启动信号端口START将启动信号传输至地址计数器，且地址计数器计数完毕后将结束信号传输至单片机的转换结束信号端口EOC；地址计数器也与存储器连接。时钟信号经分频电路处理后得到转换时钟信号，转换时钟信号分别传输至地址计数器和AD转换器内，并经过非门将分频后的转换时钟信号传输至存储器内进行存储。

上述实施例中，存储器是由内嵌入式阵列块(EAB)构成的构成双口RAM。

上述各实施例中，时钟信号由40MHz有源晶振产生；分频电路采用分频锁相环，该时钟信号经分频锁相环进行2分频后得到转换时钟信号。

上述各实施例中，AD转换器采用型号为ADS930的AD转换芯片。该芯片包括4路差分输入AD采集通道和1路DI数字信号采集通道，由多路差分输入AD采集通道实现数据的变频采集，由FPGA内部的控制逻辑实现对高速AD转换的控制和数据缓存。

使用时，通过单片机的启动信号端口START启动AD转换器，然后由FPGA控制AD转换器进行模数转换，其转换时钟由40MHz有源晶振经分频电路2分频获得。使用中，逻辑资源占用率为40％，I/O使用率为45％。

综上所述，当桥梁需要安装健康监测系统时，通过本实用新型对桥梁结构在运营车辆作用下的实时响应进行变频采样，并可将监测数据无线传输中远程监控中心，实现重车过桥实时安全预警。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本实用新型技术方案的基础上，凡根据本实用新型原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。