一种多点同步测量桥梁振动的测量系统、方法及设备技术方案

本发明专利技术公开一种多点同步测量桥梁振动的测量系统、方法及设备，涉及桥梁监测领域，测量系统包括：EtherCAT主站以及多个EtherCAT从站；多个EtherCAT从站相连接，且首个EtherCAT从站与EtherCAT主站相连接；每个EtherCAT从站连接一个振动传感器，振动传感器用于测量每个EtherCAT从站测量点处桥梁的振动数据；EtherCAT主站通过EtherCAT协议的同步机制同步EtherCAT从站的时钟，控制EtherCAT从站同步测量振动数据，并将振动数据通过以太网以EtherCAT协议的数据格式回传至EtherCAT主站；EtherCAT主站用于每个EtherCAT从站测量点处桥梁的振动情况，分析桥梁振动波在相邻测量点之间的传播情况，以监测器桥梁的当前状态；所述当前状态包括正常状态以及损伤状态。本发明专利技术能够分析振动波在各测量点之间的传播特性，监测桥梁的当前状态。测桥梁的当前状态。测桥梁的当前状态。

【技术实现步骤摘要】
一种多点同步测量桥梁振动的测量系统、方法及设备


[0001]本专利技术涉及桥梁监测领域，特别是涉及一种多点同步测量桥梁振动的测量系统、方法及设备。

技术介绍

[0002]现代桥梁是主干道的重要节点，大型桥梁投资巨大，是国家的经济命脉，在国民经济中起到重要作用。大跨桥梁的安全性越来越受到重视。经济的发展促进了交通运输的发展，运输量、行车密度、车辆载重越来越大。
[0003]桥梁的长期使用过程中，由于环境侵蚀、材料老化、交通量增大、过桥重型、超重车辆增多等原因，导致桥梁的结构损伤和功能退化。
[0004]现有部分桥梁存在较大的问题。一是当初设计标准低，经过一段时间的发展，荷载标准不能满足新交通的需要。二是结构陈旧、老化、破损，影响到原有设计能力，危及运行。桥梁造价一般比较贵，使用周期很长。环境侵蚀、材料老化、荷载的长期效应、疲劳效应、突变效应等因素的耦合作用，导致桥梁结构损伤积累，抗力衰减。这些都影响了交通运输的发展。给目前桥梁运营、养护、管理带来很大的困难。
[0005]桥梁性能的监测、诊断、损伤评估、安全预警，已成为桥梁建设的必然要求。汽车发动机抖动、路面不平、人群载荷、风载荷、地震等。车辆数量的增加，负载能力的增加和速度的增加，都增加了桥梁的振动。对于大跨度和超跨度桥梁，车辆振动和其他动载荷已成为桥梁设计，施工，管理，维护和修理的重要因素之一。
[0006]桥梁振动检测，可以通过振动传感器测量、分析桥梁的动力特性、强制振动响应、动载荷的动力特性。结构动力特性包括固有频率、阻尼特性、振动形状。强制振动响应包括振幅、动应力、加速度等。动载荷的动态特性：引起结构振动的力的大小、方向、频率、作用规律。
[0007]桥梁振动检测的现行方法包括如下方式：
[0008]1、单点有线测量：针对测量的一个目标点，单点测量。或针对多个目标点，逐个测量。
[0009]2、小范围内，多点异步有线测量：在较小的范围内(几十米以内)，异步测量多个点的振动情况。
[0010]但对于有线测量以及小测量范围多点异步有限测量来说，如果要测量长距离的大桥，方案复杂，布线麻烦。
[0011]3、大范围内，多点异步无线测量：在大的范围内，通过无线测量多个点的振动情况。主要采用轮询或中断的方式通过无线传输测量数据，节省布线。但对多点的测量方式为异步，虽然可以测量多个点，无法分析振动波在各测量点(主要是相邻点)之间的传播特性。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是提供一种多点同步测量桥梁振动的测量系统、方法及设备，以解
决无法分析振动波在各测量点之间的传播特性。
[0013]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0014]一种多点同步测量桥梁振动的测量系统，包括：EtherCAT主站以及多个EtherCAT从站；
[0015]多个所述EtherCAT从站相连接，且首个所述EtherCAT从站与所述EtherCAT主站相连接；每个所述EtherCAT从站连接一个振动传感器，所述振动传感器用于测量每个EtherCAT从站测量点处桥梁的振动数据；
[0016]所述EtherCAT主站通过EtherCAT协议的同步机制同步所述EtherCAT从站的时钟，控制所述EtherCAT从站同步测量所述振动数据，并将所述振动数据通过以太网以EtherCAT协议的数据格式回传至所述EtherCAT主站；所述EtherCAT主站用于每个所述EtherCAT从站测量点处桥梁的振动情况，分析桥梁振动波在相邻测量点之间的传播情况，以监测器桥梁的当前状态；所述当前状态包括正常状态以及损伤状态。
[0017]可选的，所述EtherCAT从站，具体包括：主控芯片、EEPROM存储芯片、LCD/LED模块以及按键电路、以及依次连接的第一以太网接口、第一网络变压器、EtherCAT控制芯片、第二网络变压器以及第二以太网接口；
[0018]所述主控芯片分别与所述EtherCAT控制芯片、所述振动传感器、所述EEPROM存储芯片、所述LCD/LED模块以及所述按键电路相连接；
[0019]所述EtherCAT控制芯片与所述主控芯片之间采用并行IO接口或SPI接口相连通信；所述EtherCAT控制芯片用于进行EtherCAT总线控制；所述EEPROM存储芯片与所述EtherCAT控制芯片之间通过IIC接口相连通信；
[0020]所述第一以太网接口以及第二以太网接口采用RJ45接口，用于连接所述EtherCAT主站或相邻的EtherCAT从站；所述第一以太网接口通过所述第一网络变压器与所述EtherCAT控制芯片隔离，所述第二以太网接口通过所述第二网络变压器与所述EtherCAT控制芯片隔离；
[0021]所述EEPROM存储芯片用于存储所述EtherCAT从站自身的配置文件；
[0022]所述LCD/LED模块中LCD用于显示所述EtherCAT从站自身的文本和图形，所述LCD/LED模块中LED用于显示所述EtherCAT从站自身的工作状态和故障指示；
[0023]所述按键电路用于设置所述EtherCAT从站自身的工作模式。
[0024]一种多点同步测量桥梁振动的测量方法，包括：
[0025]配置EtherCAT从站的基本参数，基于EtherCAT协议配置EtherCAT从站的时钟，同步所有所述EtherCAT从站以及EtherCAT主站的时钟，并向所述EtherCAT从站写入配置信息；所述基本参数包括制造商信息以及从站描述信息；所述配信息包括基本参数以及同步时钟；
[0026]基于所述配置信息，获取每个所述EtherCAT从站相邻测量点处的桥梁的振动数据的时域特征；所述时域特征包括时域振动波形、频谱、功率谱、振幅以及桥面倾角；
[0027]根据所述时域特征确定桥梁振动波的传播特性；所述传播特性包括传播时间、振动波形以及频谱波形；
[0028]根据所述传播特性确定所述桥梁的当前状态；所述当前状态包括正常状态以及损伤状态。
[0029]可选的，基于EtherCAT协议配置EtherCAT从站的时钟，同步所有所述EtherCAT从站以及EtherCAT主站的时钟，具体包括：
[0030]基于所述EtherCAT协议，将与所述EtherCAT相连接的第一个具有分布时钟功能的EtherCAT从站的时钟作为参考时钟，将剩余EtherCAT从站的时钟作为从时钟；
[0031]获取剩余EtherCAT从站的本地时钟；
[0032]根据所述参考时钟以及所述本地时钟确定时钟初始偏移量；
[0033]根据所述本地时钟确定时钟漂移量；
[0034]根据所述时钟初始偏移量以及所述时钟漂移量补偿和修正所述从时钟；
[0035]根据所述参考时钟修正所述EtherCAT主站的主站时钟。
[0036]可选的，根据所述参考时钟修正所述EtherCAT主站的主站时钟，之后还包括：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多点同步测量桥梁振动的测量系统，其特征在于，包括：EtherCAT主站以及多个EtherCAT从站；多个所述EtherCAT从站相连接，且首个所述EtherCAT从站与所述EtherCAT主站相连接；每个所述EtherCAT从站连接一个振动传感器，所述振动传感器用于测量每个EtherCAT从站测量点处桥梁的振动数据；所述EtherCAT主站通过EtherCAT协议的同步机制同步所述EtherCAT从站的时钟，控制所述EtherCAT从站同步测量所述振动数据，并将所述振动数据通过以太网以EtherCAT协议的数据格式回传至所述EtherCAT主站；所述EtherCAT主站用于每个所述EtherCAT从站测量点处桥梁的振动情况，分析桥梁振动波在相邻测量点之间的传播情况，以监测器桥梁的当前状态；所述当前状态包括正常状态以及损伤状态。2.根据权利要求1所述的多点同步测量桥梁振动的测量系统，其特征在于，所述EtherCAT从站，具体包括：主控芯片、EEPROM存储芯片、LCD/LED模块以及按键电路、以及依次连接的第一以太网接口、第一网络变压器、EtherCAT控制芯片、第二网络变压器以及第二以太网接口；所述主控芯片分别与所述EtherCAT控制芯片、所述振动传感器、所述EEPROM存储芯片、所述LCD/LED模块以及所述按键电路相连接；所述EtherCAT控制芯片与所述主控芯片之间采用并行IO接口或SPI接口相连通信；所述EtherCAT控制芯片用于进行EtherCAT总线控制；所述EEPROM存储芯片与所述EtherCAT控制芯片之间通过IIC接口相连通信；所述第一以太网接口以及第二以太网接口采用RJ45接口，用于连接所述EtherCAT主站或相邻的EtherCAT从站；所述第一以太网接口通过所述第一网络变压器与所述EtherCAT控制芯片隔离，所述第二以太网接口通过所述第二网络变压器与所述EtherCAT控制芯片隔离；所述EEPROM存储芯片用于存储所述EtherCAT从站自身的配置文件；所述LCD/LED模块中LCD用于显示所述EtherCAT从站自身的文本和图形，所述LCD/LED模块中LED用于显示所述EtherCAT从站自身的工作状态和故障指示；所述按键电路用于设置所述EtherCAT从站自身的工作模式。3.一种多点同步测量桥梁振动的测量方法，其特征在于，所述测量方法应用于权利要求1
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2任一项所述的多点同步测量桥梁振动的测量系统，所述测量方法包括：配置EtherCAT从站的基本参数，基于EtherCAT协议配置EtherCAT从站的时钟，同步所有所述EtherCAT从站以及EtherCAT主站的时钟，并向所述EtherCAT从站写入配置信息；所述基本参数包括制造商信息以及从站描述信息；...

【专利技术属性】
技术研发人员：许伟坚，赖联有，程隆双，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：