一种无线网络兼容的低能耗高精度结构健康监测传感模组制造技术

一种无线网络兼容的低能耗高精度结构健康监测传感模组，应用于传感器（3）与其无线传感器网络节点平台（4）的连接，包括两块可分离的放大板（1）和模数转换板（2）；所述放大板（1）输入端接收所述传感器（3）传送来的模拟传感信号，经幅值调节后，通过连接器输送到模数转换板（2），经滤波处理并转换成数字信号，输出到所述无线传感器网络节点平台（4）中。本实用新型专利技术的有益效果是：本模组放大板提供的1-1000倍可配置放大增益，可以可靠地检测并接收到毫伏级的微弱信号并将该微弱信号调理到最适合模数转换器接收的幅度，从而最好的保证本设计16位模数转换器的转换量程，发挥出最大的转换精度。本设计的滤波机制完全满足了真实结构信号的滤波需要，而且其灵活的可编程配置，也极大的降低了监测现场的调试和配置复杂度。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及测量值、或类似信号传输的构件，特别是涉及电信号传输装置，尤其涉及一种无线网络兼容的低能耗高精度结构健康监测传感模组。
技术介绍
克尔斯博Crossbow的Imote2无线传感网络节点平台在当前已经成为了性能最强大、应用最广泛的无线传感平台；其特点主要包括强大的处理能力(最高 400MHz)、大容量存储(256K SRAM, 32MB SDRAM, 32MB Flash)、可靠的无线通信能力(16通道，最高支持到250Kbps);但是该Imote2无线传感网络节点平台却只有一块非常简单的传感器板ITS400，提供4通道、12位ADC(模数转换)。由于该ITS400是12位ADC而且缺乏放大和滤波机制，局限ITS400实际中的广泛应用，特别是在建筑结构健康监测(Structural Health Monitoring, SHM)中，传感信号微弱(毫伏)而且是高背景噪声的环境。例如，在我们正在进行的广州电视塔的结构健康监测系统中，高精度加速度计AS-2000C)的输出是 0. 05gal (Ig=IOOOgal),也就是说，AS-2000C的输出仅有0. 0625毫伏，此时，由于传感器板 ITS400精度不足，不能传送传感器信号的微弱变化因而无法被使用。所以Imote2虽然有着超强的处理/通信能力，但受其传感器板的性能局限，存在传感精度不高的问题。为解决这一问题，伊利诺伊大学香槟分校针对Imote2设计传感器板SHM-A (参考文献Li B. , Wang D. , and Ni Y. Q. , "Demo An Imote2 compatible high fidelity sensing module for SHM sensor networks, ” Proceedings of the 37th IEEE Communication Conference (IEEE INFC0M2010))。该 SHM-A 传感器板上面集成了固定的传感器，包括加速度、光和温度传感器；但是值得一提的是SHM-A的开放通道只有一条，而且放大功能在1-8倍，在上述的结构健康监测实际应用中，也还是存在当信号过于微弱时无线传感平台不可感知的问题。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而设计生产一种无线网络兼容的低能耗高精度结构健康监测传感模组，解决了现有技术中对微弱信号不可感知的问题。本技术为解决上述技术问题而提出的技术方案是，一种无线网络兼容的低能耗高精度结构健康监测传感模组，应用于传感器与其无线传感器网络节点平台的连接，包括两块可分离的放大板和模数转换板；所述放大板输入端接收所述传感器传送来的模拟传感信号，经幅值调节后，通过连接器输送到模数转换板，经滤波处理并转换成数字信号，输出到所述无线传感器网络节点平台中。所述放大板包括放大供电电路和放大电路；所述供电电路的稳压器UlO将从连接器Jl接收的5V直流电转换为3. 3V直流电，或是将所述模数转换板经连接器送至的3. 3V 直流电直接向所述放大电路供电，同时，该3. 3V直流电还被输送至各参考电压芯片TO U9 的输入端，转换为2. 5V参考电压，再分别接入所述放大电路的放大器芯片Ul U4的参考电压管脚；所述各传感器感知的模拟信号经所述放大电路的四个输入端连接器J2 J5及其后的RC滤波电路滤波后，分别送到单电源仪表放大器Ul U4的正、负输入管脚；经放大后的模拟信号由各该放大器Ul U4的输出管脚OUT输出，并送至放大电路的输出端连接器所述模数转换板包括模数供电电路和模数转换电路；所述模数供电电路的稳压器 Ull将从连接器J8接收的5V直流电转换为3. 3V直流电、或是将由所述无线传感器网络节点平台经连接器JlO送至的3. 3V直流电直接向所述模数转换电路供电，同时，所述3. 3V的直流电还接入模数供电电路的参考电压电路芯片U12输入端，转换成1.8V直流电供给所述模数转换电路的滤波和模数转换芯片U13 ；所述模数转换板输入端连接器J12，将由放大电路送至的信号分别送至模数转换电路的滤波和模数转换芯片U13的各正、负输入管脚，经该滤波和模数转换芯片U13滤波并转换成数字信号，送至输出端连接器J9。所述参考电压电路芯片U5 U8是低压差正稳压器，型号为LM4132A-2. 5。所述放大器芯片Ul U4提供了在1-1000倍放大范围内的可调增益，包括低功耗轨对轨的仪表放大器AD623。所述稳压器UlO和Ull是采用低压差正稳压器，包括型号REGl 117-3. 3。所述模数转换板与所述无线传感器网络节点采用SPI全双工同步串行总线联接。所述滤波和模数转换芯片U13是4通道、带有有限长单位冲激响应FIR滤波器的可编程的模拟/数字信号转换器，包括QF4A512。所述无线传感器网络节点平台包括克尔斯博Crossbow的Imote2无线传感器网络节点平台。本技术的有益效果是采用本模组的16位模数转换精度在根本上保证该板传感模组可以获得比ITS400更高的传感精度；在实际应用中，结合本模组放大板提供的 1-1000倍可配置放大增益，本传感模组可以可靠地检测并接收到毫伏级的微弱信号并将该微弱信号调理到最适合模数转换器接收的幅度，从而最好的保证本设计16位模数转换器的转换量程，发挥出最大的转换精度。本设计的滤波机制完全满足了真实结构信号的滤波需要，而且其灵活的可编程配置，也极大的降低了监测现场的调试和配置复杂度。附图说明图1是本技术一种无线网络兼容的低能耗高精度结构健康监测传感模组之优选实施例应用在无线传感网络节点Imote2平台时的逻辑接口示意图；图2是所述优选实施例的放大板1的电路原理示意图；图3是所述优选实施例的模数转换板2的电路原理示意图。具体实施方式下面，结合附图所示之优选实施例进一步阐述本技术。参见图1，本技术之优选实施例是，设计、制造一种无线网络兼容的低能耗高精度结构健康监测传感模组，应用于传感器3与其无线传感器网络节点平台4的连接，包括两块可分离的放大板1和模数转换板2 ；所述放大板1输入端接收所述传感器3传送来的模拟传感信号，经幅值调节后，通过连接器输送到模数转换板2，经滤波处理并转换成数字信号，输出到所述无线传感器网络节点平台4中。参考图2，所述放大板1包括放大供电电路11和放大电路12 ；所述供电电路11 的稳压器UlO将连接器Jl接收的5V直流电转换为3. 3V直流电，或是将所述模数转换板2 经连接器送至的3. 3V直流电直接向所述放大电路12供电，同时，该3. 3V直流电还被输送至各参考电压芯片U5 U9的输入端，转换为2. 5V参考电压，再分别接入所述放大电路12 的放大器芯片Ul U4的参考电压管脚；所述各传感器3感知的模拟信号经所述放大电路 12的四个输入端的连接器J2 J5及其后的RC滤波电路滤波后，分别送到单电源仪表放大器Ul U4的正、负输入管脚；经放大后的模拟信号由各该放大器Ul U4的输出管脚OUT输出，并送至放大电路12的输出端连接器J7。放大板是专为放大微弱的小信号而设计所述放大器芯片Ul U4提供了在 1-1000倍放大范围内的可调增益，包括低功耗轨对轨的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种无线网络兼容的低能耗高精度结构健康监测传感模组，应用于传感器（３）与其无线传感器网络节点平台（４）的连接，其特征在于：　　　　　　　　包括两块可分离的放大板（１）和模数转换板（２）；所述放大板（１）输入端接收所述传感器（３）传送来的模拟传感信号，经幅值调节后，通过连接器输送到模数转换板（２），经滤波处理并转换成数字信号，输出到所述无线传感器网络节点平台（４）中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：倪一清，李波，周华飞，黄何涛，
申请(专利权)人：香港理工大学深圳研究院，
类型：实用新型
国别省市：94