一种分布式无线同步组网的振动信号采集方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种分布式无线同步组网的振动信号采集方法，本发明专利技术涉及信号采集与数字信号处理领域，既能用于单节点测试任务，又能根据实际情况对大型结构进行多节点分布式同步组网测试

【技术实现步骤摘要】
一种分布式无线同步组网的振动信号采集方法


[0001]本专利技术涉及信号采集与数字信号处理领域，具体涉及基于嵌入式处理器的大型结构振动信号的调理
、
采集
、
数字滤波以及数据存储技术
。

技术介绍

[0002]飞机
、
桥梁
、
动车等大型结构的多节点分布式振动测试，需要解决通道数量多
、
测点分散
、
多节点同步等问题，若使用常规的振动数据采集系统，需要使用足够长的线缆，可能导致信号衰减，布线繁琐，移动传感器不便等诸多复杂工序
。
[0003]近年来，研究人员已经开发出多种无线振动测试系统以克服有线系统的缺点
。1998
年，
Straser
和
Kiremidjian
开发了一种无线组合监控系统
(WiMMS)
用来降低大型结构现场测试的安装成本和劳动强度
。
经过这一次的尝试，各种无线振动测试系统的硬件
、
软件平台应运而生
。2001
年，由
U.C.Berkeley
大学研制，
Corossbow
公司生产的无线传感器
Mica
节点，
Mica
系列节点包括
WeC、Renee、Mica、Mica2、Mica2Dot
和
MicaZ
等
。Mica
系列配置了更先进的存储器和更快的微处理器，成为了当时最著名的无线振动测试节点
。
此后，英特尔开发了
Imote2
，它提供了更强的计算和通信能力
。Imote2
为节点组网应用提供资源的同时，还保证了高效的低功耗管理，并且此节点非常小型化
。
另外，密歇根大学开发了一种低成本的无线振动测试平台
Narada
，它由嵌入式系统组成，主要应用于监测大型民用基础设施系统
。
虽然这些无线振动测试系统已经显现出了在对大型结构的振动模态测试和结构健康评估方面的巨大潜力，但仍然存在关键问题，如准确的时间同步还有待彻底解决
。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术存在的问题，本专利技术实施例提供了一种针对大型结构的分布式无线同步组网的振动信号采集系统设计，既能用于单节点测试任务，又能根据实际情况对大型结构进行多节点分布式同步组网测试
。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的实施采用如下技术方案：
[0006]一种分布式无线同步组网的振动信号采集方法，各检测节点通过
Zigbee
无线通信协议进行组网，同步接收工作站下发的开始采集
、
停止采集命令，回传各节点的状态信息；
[0007]利用
GPS
模块提供的基于国际标准时间的秒脉冲信号实现采集任务的高精度同步触发；
[0008]节点接收到工作站下发的开始采集命令后，处理器开始检测
GPS
模块输出的秒脉冲信号，当检测到第一个秒脉冲信号的上升沿时，触发数据采集与存储任务直至接收到工作占下发的停止采集命令
。
[0009]进一步的，所述方法设计了基于数据存储队列和内存回收队列的缓冲机制，所述基于数据存储队列的缓冲机制用于缓存将要写入
SD
卡的节点采样数据，回收数据存储队列中的各节点，实现内存的循环利用，提高运行效率
。
[0010]本专利技术提供的一种针对大型结构的分布式无线同步组网的振动信号信号采集方
法主要存在如下优点：
[0011]1、
在大型结构进行多节点分布式振动测试时，能够多节点的振动数据同步采集；
[0012]2、
避免了传统有线采集系统的繁琐布线，提高工作效率；
[0013]3、
采集系统进行振动测试时，数据采样频率可达
10KHz
；
[0014]4、
体积小，且轻便易携带
。
附图说明
[0015]图1为本专利技术中振动数据采集系统结构图；
[0016]图2为本专利技术中
ICP
传感器接口电路图；
[0017]图3为本专利技术中信号耦合与调理电路图；
[0018]图4为本专利技术中
STM32
外围功能电路图；
[0019]图5为本专利技术中多节点同步采集控制流程图
。
具体实施方式
[0020]本专利技术提供一种针对大型结构的分布式无线同步组网的振动信号采集系统及信号采集方法，为使本专利技术的目的
、
思路更加清楚，明确，参照实例对本专利技术进一步详细说明
。
应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术
。
[0021]如图1所示，本专利技术提供的一种针对大型结构的分布式无线同步组网的振动信号采集系统，所述系统包括分布在各测点的
ICP
传感器
、
耦合与调理电路
、
嵌入式处理器以及恒流源电源；其中，所述
ICP
传感器检测到的电信号发送给耦合与调理电路，经所述耦合与调理电路将电信号转化为去除直流偏置分量的有效电信号，所述有效电信号发送给嵌入式处理器中，利用
Zigbee
无线协议与
GPS
授时技术，实现多节点分布式同步组网采集功能；所述恒流源电源为所述
ICP
传感器供电
。
[0022]第一方面，本专利技术实施例提供了一种
ICP
传感器的接口电路，如图2所示
。ICP
传感器正常工作时的输出电压信号
V
icp_vout
由传感器测量的有效信号
V
signal
和直流偏置分量
V
offset
线性叠加而成，即：
[0023]V
icp_vout
＝
V
signal
+V
offset
ꢀꢀꢀ
(1)
[0024]本专利技术中选用的
ICP
传感器为美国
PCB
公司设计生产的
333B30
加速度传感器，灵敏度为
100mV/g
，量程为
±
50g。
当采集系统测量范围为
±
25g
时，
ICP
传感器的输出有效信号
V
signal
取值范围为
[
‑
2.5V+2.5V]。ICP
传感器电源模块采用三端可调恒流源
LM334(
等效为普通的电流源，简化电路
)
，其输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种分布式无线同步组网的振动信号采集方法，其特征在于，各检测节点通过
Zigbee
无线通信协议进行组网，同步接收工作站下发的开始采集
、
停止采集命令，回传各节点的状态信息；利用
GPS
模块提供的基于国际标准时间的秒脉冲信号实现采集任务的高精度同步触发；节点接收到工作站下发的开始采集命令后，处理器开始检测
GPS
模块输出的秒脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彤，阚伊妮，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：