本实用新型专利技术涉及一种用于振动监测的无线低频加速度传感器节点装置，包括供能模块以及分别连接供能模块的低频加速度传感器模块、中央处理器模块和无线收发模块，低频加速度传感器模块、中央处理器模块和无线收发模块依次连接，中央处理器模块包括信号接口以及分别连接供能模块的AD转换器、数据处理器、时间同步器和数据存储器，AD转换器通过信号接口连接低频加速度传感器模块，数据处理器分别连接AD转换器、时间同步器和数据存储器，无线收发模块通过信号接口连接数据处理器。与现有技术相比，本实用新型专利技术不仅能满足测量低频的大地脉动和土木结构环境振动需求，还具有扩展为无线自组织监测网络系统的潜力。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及信号传输及振动监测领域，尤其是涉及一种用于振动监测的无线低频加速度传感器节点装置。
技术介绍
作为现代监测不良隐患的重要手段，传感器在振动监测系统中扮演着重要角色。大型的土木工程结构和基础设施在其服役过程中,受到环境载荷作用、疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的影响,结构不可避免地产生损伤积累、抗力衰减、甚至导致突发事故。为使土木工程结构安全运行，应该对结构进行可靠性监测,以实现对结构安全性的评定。一般地说，土木工程中的振动主要指低频振动，其振动频率在5Hz以下。地脉动是地面的一种比较稳定且非重复性的随机波动。它的频带很宽，覆盖的周期范围很大，分为短周期脉动和长周期脉动。短周期脉动由区域噪声引起，长周期脉动由自然因素引起。而我们监测的目标是长周期脉动，它与土木环境结构的频率范围有着很大的相似性。市面上现有的相关产品并没有能同时很好满足这两者检测需求的高精度的传感器。传统的有线传感器，在使用的过程中有着体积较大，线缆较多，使用范围有限等诸多的弊端。与之相比，无线传感器克服了现场工作环境复杂对监测设备运行的影响，解决了体积过大和线缆缠绕的问题，还方便技术人员进行远程监测工作。
技术实现思路
本技术的目的就是为了解决上述传统有线加速度传感器的不便之处以及现有无线加速度计应用范围的有限性和精度问题，而提供一种用于振动监测的无线低频加速度传感器节点装置，该装置不仅能满足测量低频的大地脉动和土木结构环境振动需求，还具有扩展为无线自组织监测网络系统的潜力。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于振动监测的无线低频加速度传感器节点装置，包括供能模块以及分别连接供能模块的低频加速度传感器模块、中央处理器模块和无线收发模块，所述低频加速度传感器模块、中央处理器模块和无线收发模块依次连接，所述中央处理器模块包括信号接口以及分别连接供能模块的AD转换器、数据处理器、时间同步器和数据存储器，所述AD转换器通过信号接口连接低频加速度传感器模块，所述数据处理器分别连接AD转换器、时间同步器和数据存储器，所述无线收发模块通过信号接口连接数据处理器。所述低频加速度传感器模块包括相连接的低频加速度传感器和电荷放大器，所述低频加速度传感器和电荷放大器均连接供能模块，所述电荷放大器连接信号接口。所述低频加速度传感器为在0.05Hz以上频段幅频特性曲线平坦的加速度传感器。所述中央处理器模块还包括电源管理器，所述供能模块通过电源管理器分别连接AD转换器、数据处理器、时间同步器和数据存储器。所述数据处理器为单片机。所述供能模块为太阳能供能电池和/或蓄电池。所述无线收发模块包括相连接的射频芯片和天线，所述射频芯片和天线均连接供能模块，所述射频芯片连接信号接口。所述射频芯片为ZigBee射频芯片。所述数据存储器为Flash存储器或SD存储卡。与现有技术相比，本技术具有以下优点：1)针对土木结构环境振动和大地脉动的监测，采用低频加速度传感器模块，加速度传感器在0.05Hz以上频段幅频特性曲线平坦，可同时监测大力脉动与土木结构的震动情况，保证了在大地脉动及土木结构环境振动监测中数据的精度要求，这些监测数据是基于地脉动与结构的振动之间的内在联系来测量得到的，可以用来了解建筑与其环境之间的适应性，突出地脉动和结构自身振动的关联性，且综合二者可以更为精确判定结构的振动情况，利用好地脉动能反映结构振动情况的特点。2)设计了无线收发模块，采用无线通信方式，能满足远距离、多通道、长时间的同步测量数据传输的需求，解决了传统有线传感技术中布线复杂、使用不便的问题，可自组织扩展网络，节点之间的自组织扩展成为监测网络的能力有很大的提高，能满足大面积范围的多点测试，从而更加全面的反映监测对象的振动情况，且提高了数据传输的可靠性与准确性。3)中央处理器模块中设计了时间同步器，时间同步器内置有GPS时钟，为各个传感器采集数据提供同步时钟，有利于数据可靠地低延迟地传输到接收端。4)中央处理器模块中电源管理器用于协调节点的工作状态及能量供应，促进电源的合理分配，有利于整个节点装置长时间稳定工作。5)中央处理器模块中存储模块为单片机内置的RAM或大容量的Flash存储芯片，并支持采用大容量的SD卡进行扩充，满足了振动数据大量存储的需求。6)数据处理器为高性能低功耗的单片机，保证整个装置的性能的同时降低生产成本，有利于推广应用。7)无线收发模块中采用支持ZigBee协议的射频芯片，ZigBee具有能耗低、低复杂度、高安全性等特点，满足长期工程监测的需求。8)供能模块由太阳能供能电池及可充电式蓄电池构成，为各部分模块的正常工作提供能量，使得每个节点都能满足长期的工程监测的续航要求，同时节能环保，无需额外增设电源线路。附图说明图1为本技术的整体结构框图。图中：1、供能模块，2、低频加速度传感器模块，3、中央处理器模块，4、无线收发模块，21、低频加速度传感器，22、电荷放大器，31、信号接口，32、AD转换器，33、数据处理器，34、时间同步器，35、数据存储器，36、电源管理器，41、射频芯片，42、天线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，一种用于振动监测的无线低频加速度传感器节点装置包括供能模块1以及分别连接供能模块1的低频加速度传感器模块2、中央处理器模块3和无线收发模块4，低频加速度传感器模块2、中央处理器模块3和无线收发模块4依次连接，用绝缘外壳将上述四个装置封装到一起，彼此之间用串口线连接，其中：其中，中央处理器模块3包括信号接口31、AD转换器32、数据处理器33、时间同步器34、数据存储器35和电源管理器36，AD转换器32通过信号接口31连接低频加速度传感器模块2，数据处理器33分别连接AD转换器32、时间同步器34和数据存储器35，无线收发模块4通过信号接口31连接数据处理器33，供能模块1通过电源管理器36分别连接AD转换器32、数据处理器33、时间同步器34和数据存储器35。数据处理器33由高性能低功耗的单片机及外围电路构成，负责读取无线收发模块4接收的采集指令，控制低频加速度传感器模块2开始采集加速度数值，并将采集到本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于振动监测的无线低频加速度传感器节点装置，包括供能模块(1)以及分别连接供能模块(1)的低频加速度传感器模块(2)、中央处理器模块(3)和无线收发模块(4)，所述低频加速度传感器模块(2)、中央处理器模块(3)和无线收发模块(4)依次连接，其特征在于，所述中央处理器模块(3)包括信号接口(31)以及分别连接供能模块(1)的AD转换器(32)、数据处理器(33)、时间同步器(34)和数据存储器(35)，所述AD转换器(32)通过信号接口(31)连接低频加速度传感器模块(2)，所述数据处理器(33)分别连接AD转换器(32)、时间同步器(34)和数据存储器(35)，所述无线收发模块(4)通过信号接口(31)连接数据处理器(33)。
【技术特征摘要】
1.一种用于振动监测的无线低频加速度传感器节点装置，包括供能模块(1)
以及分别连接供能模块(1)的低频加速度传感器模块(2)、中央处理器模块(3)
和无线收发模块(4)，所述低频加速度传感器模块(2)、中央处理器模块(3)和
无线收发模块(4)依次连接，其特征在于，所述中央处理器模块(3)包括信号接
口(31)以及分别连接供能模块(1)的AD转换器(32)、数据处理器(33)、时
间同步器(34)和数据存储器(35)，所述AD转换器(32)通过信号接口(31)
连接低频加速度传感器模块(2)，所述数据处理器(33)分别连接AD转换器(32)、
时间同步器(34)和数据存储器(35)，所述无线收发模块(4)通过信号接口(31)
连接数据处理器(33)。
2.根据权利要求1所述的一种用于振动监测的无线低频加速度传感器节点装
置，其特征在于，所述低频加速度传感器模块(2)包括相连接的低频加速度传感
器(21)和电荷放大器(22)，所述低频加速度传感器(21)和电荷放大器(22)
均连接供能模块(1)，所述电荷放大器(22)连接信号接口(31)。
3.根据权利要求2所述的一种用于振动监测的无线低频加速度传感器节点装
置，其特征在于，所述低频加速度传感器(21)为在0.05Hz以上频段幅频特性曲
...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴靠山，崔琦，唐精，习爽，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：新型
国别省市：上海;31
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