[發明專利]一種基于無線網絡傳輸的振動傳感器隧道在線監測系統

在審

• 申請號: 201611037125.7
• 申請日: 2016-11-23
• 公開（公告）號: CN106802181A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 何斌;武尚卿;李剛;沈潤杰;王志鵬;周艷敏;丁安
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01H11/06
• 分類號: G01H11/06
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司31225
• 代理人: 趙繼明

技術領域

本發明涉及一種振動監測系統，尤其是涉及一種基于無線網絡傳輸的振動傳感器隧道在線監測系統。

背景技術

地下隧道振動信號是最典型的劇變信號，地鐵運營過程中，列車的運行會產生巨大的振動和噪聲干擾。上海、杭州、廣州等城市屬于飽和軟粘土地區城市，即使軟土地基經過長時間的結固，在不斷的接受列車運行荷載之后，都有可能產生一定程度的沉降。長期的列車行車振動會使得軟黏土發生微觀結構上的破壞，進一步導致地鐵軸線變形、軌道地基沉降。列車運行荷載涉及許多因素，包括行車速度、軌道結構、列車軸重等。監測隧道環境的振動狀況，可以有效的監測地鐵列車經過監測區域時，隧道周圍土體的動力響應狀況，并進一步預測和分析。

隧道列車荷載對周圍地表建筑物的影響。傳統有線連接的機械振動監測系統應用廣泛，但是這類系統具有布線復雜、部署成本較高、可維護性和擴展性差等缺點，而且難于實現移動、旋轉部件的振動監測。隨著無線通訊技術及互聯網的發展，數據采集設備和無線通信技術的結合，使得針對地下隧道無線監測成為了可能，簡化布線工作，易于部署與維護，增強隧道安全性。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于無線網絡傳輸的振動傳感器隧道在線監測系統。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于無線網絡傳輸的振動傳感器隧道在線監測系統，該系統應用于密實混凝土隧道內高頻振動信號檢測，包括監控系統上位機、至少四組無線振動傳感器、移動設備終端，所述的監控系統上位機分別與無線振動傳感器和移動設備終端相連接；所述的無線振動傳感器分別安裝到隧道墻壁和枕軌路基上，安裝在隧道墻壁上的無線振動傳感器實時測量隧道壁內側水平方向的振動信號，安裝在枕軌路基上的無線振動傳感器實時測量豎直方向的振動信號，通過耦合兩方向上的振動信號得到隧道地質現實振動情況；

所述的無線振動傳感器實時記錄著被測量物體的實際工況數據，通過無線網絡將數據發送到監控系統上位機，監控系統上位機存儲并顯示振動信號的實際工程數據，并根據采集數據做出振動系統實時折線圖，所采集的監測數據可利用無線網絡通過移動設備終端遠程訪問監控系統上位機讀取。

所述的無線振動傳感器分別實時測量豎直和隧道壁內側水平方向的振動信號，根據香農采樣定理設置采集模塊采集頻率，采集地鐵隧道內200Hz以下振動數據。

所述的監控系統上位機包括網關和工控機，工控機內存儲數據，移動設備終端利用無線網絡訪問工控機，工控機輸入端通過數據線連接網關，網關輸入端無線連接無線振動傳感器。

所述的無線振動傳感器包括外殼和設置在外殼內的底板，所述的底板上設置有主控模塊和與主控模塊連接的加速度傳感測量模塊，模數轉換模塊，無線通訊模塊，電源模塊，所述的無線通訊模塊通過無線網絡與網關相連。

所述系統電源模塊上加入穩壓電容，消除因供電電流引起的高斯白噪聲干擾信號。

所述的主控模塊包括核心處理單元、以及分別與核心處理單元相連的網絡處理單元、內存單元、電源管理單元、晶振及外圍連接單元，所述的電源管理單元與電源模塊連接。

所述的加速度傳感測量模塊使用電容式微機械加速度傳感器。

所述的無線通訊模塊包括一個WIFI模塊，所述的網絡處理單元與WIFI模塊連接，所述WIFI模塊可在核心處理單元即主控芯片上裸機驅動，通過SPI接口接入主控芯片。

所述的移動設備包括安卓端手機。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1)本發明采用MEMS技術、低能耗的模擬和數字電路技術、低功耗的無線電射頻技術以及傳感器技術的發展使得開發小體積、低成本、低功耗的無線傳感器成為可能；

2)通過耦合兩個不同方向的振動信號，能夠更加準確地反映隧道內的振動情況；

3)能夠準確、穩定地測定固定頻率段的振動信號，排除干擾；

4)本發明在以往的有線振動系統中加入WIFI模塊，實現了設備的遠程下發指令，數據實時上傳，方便監控。

5)本發明通過手機實時查看振動傳感器數據，使用方便，處理迅速。

6)系統資源占用率低；穩定性好；響應時間快。

附圖說明

圖1為本發明監控系統結構示意圖；

圖2為本發明無線振動傳感器的硬件框圖；

圖3為本發明無線振動傳感器主程序流程圖；

圖4為本發明模擬量采集子程序圖；

圖5為本發明無線振動傳感器的節點示意圖；