[實用新型]一種用于振動監測的無線低頻加速度傳感器節點裝置

有效

• 申請號: 201520849598.1
• 申請日: 2015-10-29
• 公開（公告）號: CN205175549U
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 戴靠山;崔琦;唐精;習爽
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

技術領域

本實用新型涉及信號傳輸及振動監測領域，尤其是涉及一種用于振動監測的 無線低頻加速度傳感器節點裝置。

背景技術

作為現代監測不良隱患的重要手段，傳感器在振動監測系統中扮演著重要角 色。大型的土木工程結構和基礎設施在其服役過程中,受到環境載荷作用、疲勞效 應、腐蝕效應和材料老化等不利因素的影響,結構不可避免地產生損傷積累、抗力 衰減、甚至導致突發事故。為使土木工程結構安全運行，應該對結構進行可靠性監 測,以實現對結構安全性的評定。一般地說，土木工程中的振動主要指低頻振動， 其振動頻率在5Hz以下。

地脈動是地面的一種比較穩定且非重復性的隨機波動。它的頻帶很寬，覆蓋 的周期范圍很大，分為短周期脈動和長周期脈動。短周期脈動由區域噪聲引起，長 周期脈動由自然因素引起。而我們監測的目標是長周期脈動，它與土木環境結構的 頻率范圍有著很大的相似性。

市面上現有的相關產品并沒有能同時很好滿足這兩者檢測需求的高精度的傳 感器。傳統的有線傳感器，在使用的過程中有著體積較大，線纜較多，使用范圍有 限等諸多的弊端。與之相比，無線傳感器克服了現場工作環境復雜對監測設備運行 的影響，解決了體積過大和線纜纏繞的問題，還方便技術人員進行遠程監測工作。

實用新型內容

本實用新型的目的就是為了解決上述傳統有線加速度傳感器的不便之處以及 現有無線加速度計應用范圍的有限性和精度問題，而提供一種用于振動監測的無線 低頻加速度傳感器節點裝置，該裝置不僅能滿足測量低頻的大地脈動和土木結構環 境振動需求，還具有擴展為無線自組織監測網絡系統的潛力。

本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種用于振動監測的無線低頻加速度傳感器節點裝置，包括供能模塊以及分 別連接供能模塊的低頻加速度傳感器模塊、中央處理器模塊和無線收發模塊，所述 低頻加速度傳感器模塊、中央處理器模塊和無線收發模塊依次連接，所述中央處理 器模塊包括信號接口以及分別連接供能模塊的AD轉換器、數據處理器、時間同步 器和數據存儲器，所述AD轉換器通過信號接口連接低頻加速度傳感器模塊，所述 數據處理器分別連接AD轉換器、時間同步器和數據存儲器，所述無線收發模塊通 過信號接口連接數據處理器。

所述低頻加速度傳感器模塊包括相連接的低頻加速度傳感器和電荷放大器， 所述低頻加速度傳感器和電荷放大器均連接供能模塊，所述電荷放大器連接信號接 口。

所述低頻加速度傳感器為在0.05Hz以上頻段幅頻特性曲線平坦的加速度傳感 器。

所述中央處理器模塊還包括電源管理器，所述供能模塊通過電源管理器分別 連接AD轉換器、數據處理器、時間同步器和數據存儲器。

所述數據處理器為單片機。

所述供能模塊為太陽能供能電池和/或蓄電池。

所述無線收發模塊包括相連接的射頻芯片和天線，所述射頻芯片和天線均連 接供能模塊，所述射頻芯片連接信號接口。

所述射頻芯片為ZigBee射頻芯片。

所述數據存儲器為Flash存儲器或SD存儲卡。

與現有技術相比，本實用新型具有以下優點：

1)針對土木結構環境振動和大地脈動的監測，采用低頻加速度傳感器模塊， 加速度傳感器在0.05Hz以上頻段幅頻特性曲線平坦，可同時監測大力脈動與土木 結構的震動情況，保證了在大地脈動及土木結構環境振動監測中數據的精度要求， 這些監測數據是基于地脈動與結構的振動之間的內在聯系來測量得到的，可以用來 了解建筑與其環境之間的適應性，突出地脈動和結構自身振動的關聯性，且綜合二 者可以更為精確判定結構的振動情況，利用好地脈動能反映結構振動情況的特點。

2)設計了無線收發模塊，采用無線通信方式，能滿足遠距離、多通道、長時 間的同步測量數據傳輸的需求，解決了傳統有線傳感技術中布線復雜、使用不便的 問題，可自組織擴展網絡，節點之間的自組織擴展成為監測網絡的能力有很大的提 高，能滿足大面積范圍的多點測試，從而更加全面的反映監測對象的振動情況，且 提高了數據傳輸的可靠性與準確性。

3)中央處理器模塊中設計了時間同步器，時間同步器內置有GPS時鐘，為各 個傳感器采集數據提供同步時鐘，有利于數據可靠地低延遲地傳輸到接收端。