一种振弦传感器自动采集装置、及系统
阅读说明：本技术 一种振弦传感器自动采集装置、及系统 (Automatic acquisition device and system for vibrating wire sensor ) 是由 徐伟忠 王喜超 俞金宏 杨峰 何铁 于 2021-07-05 设计创作，主要内容包括：本申请提供的一种振弦传感器自动采集装置、及系统,包括：MCU控制单元；振弦传感器管理单元,用于连接多路标准或非标准的振弦传感器,并对一或多路的振弦传感器进行切换选择,以采集对应的振弦式传感参数信息；调节单元,用于远程调节,以适配不同种类振弦传感器；通信单元,提供多种有线与无线通信方式；用于通信连接各振弦传感器或云平台；通信总线,用于级联其他采集装置；测温单元,用于检测各振弦传感器的温度；GNSS定位单元,用于对各振弦传感器同步测量,实现GIS管理。本申请通过合理的位置安装,可实现集中与分布式混合自动化监测系统,大大减少了监测电缆敷设,在降低系统成本的同时,提高了系统可靠性、可维护性、作业效率,可保证作业安全。(The application provides a vibrating wire sensor automatic acquisition device and system includes: an MCU control unit; the vibration wire sensor management unit is used for connecting multiple paths of standard or nonstandard vibration wire sensors and switching and selecting one or multiple paths of vibration wire sensors to acquire corresponding vibration wire type sensing parameter information; the adjusting unit is used for remotely adjusting to adapt to different kinds of vibrating wire sensors; a communication unit providing a plurality of wired and wireless communication modes; the system is used for being in communication connection with each vibrating wire sensor or the cloud platform; the communication bus is used for cascading other acquisition devices; the temperature measuring unit is used for detecting the temperature of each vibrating wire sensor; and the GNSS positioning unit is used for synchronously measuring each vibrating wire sensor and realizing GIS management. This application can realize concentrating and the automatic monitoring system of distributing type mixture through reasonable position installation, and the monitoring cable that has significantly reduced lays, when lowering system cost, has improved system reliability, maintainability, operating efficiency, can guarantee the operation safety.)
技术领域
本申请涉及振弦传感器自动采集技术领域，特别是涉及一种振弦传感器自动采集装置、及系统。
背景技术
现代施工就是信息化施工，施工过程中需要对多种岩土等参数进行测量，测量计算的结果为现场安全风险管控提供数据支撑，但是传统的人工监测手段成本高，效率低，一致性差，已经跟不上新时代要求；在现代城市建设方面，随着城市化进程加剧，其规模越来越大，地铁、市政等大型地下基础设施建设大幅增加，地下空间建设造成的土体扰动、水土流失等引发的次生灾害逐年提升；随着城市立交、轨道交通、隧道桥梁等基础设施和建筑物保有量越来越多，大量建(构)物常年缺乏有效监测，累积形成大型城市特有的系统性风险；受各种自然因素(如地震、台风、降水等)和人为因素影响，山体滑坡、土地沉降等地质灾害频发，伴生水库渗漏、矿井倒塌等安全事故，造成人员伤亡和财产损失，社会对此类事件关注度高、包容度低。
为了解决上述问题，目前使用了多种监测技术，监测内容包括、岩土位移、轴力、应力、沉降、深层土体位移与分层沉降、土压力、锚杆应力、渗压、水位等等。
采用高精度光电测量系统、装置与GNSS监测设备，在技术层面能够很好的解决地面监测的全部要求；但是对岩体、墙体或土体内部要素监测手段，如土压、应力、水位、渗压等测量方法，主要使用传统的振弦传感器，仍然采用人工读数的方法获取参数，因此需要使用自动化采集方式提高工作效率；而最新的光纤光栅传感器，能够用于岩土体内部要素测量，但存在安装困难、使用成本高、维护困难等问题。
鉴于越来越高的监测信息要求和日益高涨的人工成本，已经投入了大量精力发展自动化监测；现阶段，对关键点信息监测，是将多种分散的智能仪器、设备和传感器安装在监测区域，采用多种手段完成多个参数的测量。
归纳目前振弦传感器监测应用的痛点在于：
(1)振弦传感器分散分布，安装位置现场环境恶劣，人员不易达到，检测费时费力，对从业人员要求高，监测数据管理麻烦；
(2)为了减低监测人员的作业风险，人工检测时，常常需要将传感器线缆敷设到作业方便区域，这样线缆敷设工作量、成本与现场线缆保护是个不可回避的难题；
(3)已经开展的振弦传感器自动化采集系统，现有方法可以称为集中式自动化监测，是将所有振弦传感器信号电缆加到足够长，然后沿岩(墙)体和地面引入到集中的接线机柜；在机柜内部设置振弦信号采集主机、接口扩展单元、通信单元、供电单元、防雷单元等；这样的自动化方案，线缆敷设距离长、施工难度高、线路保护困难、系统脆弱(完全集中造成)，自动化成本高，监测单位感觉这样的系统“不敢用”(展开困难)、“不好用”(现场线路经常受施工影响损坏)、“用不起”(电缆敷设维护的成本可能比自动化设备更贵)。
(4)集中式自动监测系统另外一个缺点是对接入的振弦传感器适配性，兼容系统推荐厂家的传感器没问题，但对其他非推荐振弦传感器兼容不佳。
(5)集中式自动监测系统无法感知振弦传感器设备位置，这样无法实现GIS管理；
面对上述这些问题，如何通过便捷实用、性价比高的科技手段实现振弦传感器的自动化采集，获取实时、准确的监测数据，是需要解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种振弦传感器自动采集装置、及系统，以解决现有技术中至少一个的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种振弦传感器自动采集装置、及系统，所述采集装置包括：MCU控制单元，与各单元连接，用于采集信号及控制处理；振弦传感器管理单元，用于连接多路标准或非标准的振弦传感器，并对一或多路的振弦传感器进行切换选择，以采集对应的振弦式传感参数信息；调节单元，用于远程调节，以适配不同种类振弦传感器；通信单元，提供多种有线与无线通信方式；用于通信连接各振弦传感器或云平台；通信总线，用于级联其他采集装置；测温单元，用于检测各振弦传感器的温度；GNSS定位单元，用于对各振弦传感器同步测量，实现GIS管理。
于本申请的一实施例中，所述振弦传感器管理单元包括：多个振弦传感器接口，用于一一对应接入各振弦传感器；多路切换电路，用于集成连接各振弦传感器接口；驱动电路，用于依据MCU控制单元的指令驱动多路切换电路，以供对连接的一或多路振弦传感器进行切换，以供获取经多路切换电路选的一或多个振弦式传感参数信息。
于本申请的一实施例中，所述振弦式传感参数包括：位移、压力、水位、温度、拉力、轴力、及渗压中任意一种。
于本申请的一实施例中，所述调节单元包括：振弦激励电路，用于调节或控制各振弦传感器的激励电压的高低；振弦信号处理电路，用于调节或控制各振弦传感器的信号放大增益的高低。
于本申请的一实施例中，所述通信单元包括有线通信方式和/或无线通信方式；所述有线通信方式包括：USB1.0/2.0/3.x、MicroUSB、MiniUSB、RS-232-C总线、RS-485总线、CAN总线、RS-422总线、IEEE-488、及Microwire总线中任意一或多个组合；所述无线通信方式包括：2G/3G/4G/5G、蓝牙、红外、NB-IoT、Rola、Zigbee、MavLink、Lora、WIFI、NFC、GPRS、GSM、及以太网中任意一种及多种组合
于本申请的一实施例中，所述采集装置在无线通信信号良好的区域，通过通信单元的无线通信方式可直接连接云平台；所述采集装置在无线通信信号不好的区域，通过线通信总线连接到上位采集装置；其中，多个采集装置可通过各自的通信总线级联，以供当任意一采集装置在无线通信信号良好区域时，将全部级联数据送到云平台。
于本申请的一实施例中，所述测温单元针对振弦传感器提供热电阻温度监测与温度传感器测温两种测温模式。
于本申请的一实施例中，所述采集装置还包括：电源管理单元，用于各单元供电；其电源类型包括：包括蓄电池、充电电池、干电池、及太阳能中任意一种或多种组合。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种振弦传感器自动采集系统，所述系统包括：多个安装在不同监测点的如上所述的振弦传感器自动采集装置；其中，各采集装置之间可通过级联方式进行数据传输；云平台，用于通信连接各采集装置，为其提供数据接收、数据库、数据处理、WEB服务；其中，各采集装置可直接通信连接云平台。
综上所述，本申请的一种振弦传感器自动采集装置、及系统，所述采集装置包括：MCU控制单元，与各单元连接，用于采集信号及控制处理；振弦传感器管理单元，用于连接多路标准或非标准的振弦传感器，并对一或多路的振弦传感器进行切换选择，以采集对应的振弦式传感参数信息；调节单元，用于远程调节，以适配不同种类振弦传感器；通信单元，提供多种有线与无线通信方式；用于通信连接各振弦传感器或云平台；通信总线，用于级联其他采集装置；测温单元，用于检测各振弦传感器的温度；GNSS定位单元，用于对各振弦传感器同步测量，实现GIS管理。
具有以下有益效果：
本申请通过合理的位置安装，可实现集中与分布式混合自动化监测系统，大大减少了监测电缆敷设，在降低系统成本的同时，提高了系统可靠性、可维护性、作业效率，可保证作业安全。
附图说明
图1显示为本申请于一实施例中振弦传感器自动采集装置的结构示意图。
图2显示为本申请于一实施例中振弦传感器自动采集系统的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，虽然图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，但其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
在通篇说明书中，当说某部分与另一部分“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种部分“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素，排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。
其中提到的第一、第二及第三等术语是为了说明多样的部分、成分、区域、层及/或段而使用的，但并非限定于此。这些术语只用于把某部分、成分、区域、层或段区别于其它部分、成分、区域、层或段。因此，以下叙述的第一部分、成分、区域、层或段在不超出本申请范围的范围内，可以言及到第二部分、成分、区域、层或段。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
在操作系统中，相比其它模块来说，文件系统是最为灵活的一个部分，最能够应对多样化的设备特性，而且因为其在操作系统中的设定，本身属于对非易失外存数据的管理，但与进程管理，内存管理模块关系也非常密切，更方便的是，具体的文件系统是可拆卸的模块，文件系统的改造几乎对内核没有任何影响，非常容易完成市场导入，而这一点对于物联网前端设备更为重要，因为物联网前端设备多采用嵌入式系统，对操作系统内核的裁剪、改造和对特定版本的依赖使得操作系统更新会变得十分困难。
针对振弦传感器的集中式自动化监测系统的缺点，本申请提供了一种新型有线无线一体振弦传感器自动采集装置，通过合理的位置安装，实现了集中与分布式混合自动化监测系统，大大减少了监测电缆敷设，在降低系统成本的同时，提高了系统可靠性、可维护性，为有效完成振弦传感器实时采集提出了新方案。
如图1所示，展示为本申请一实施例中的振弦传感器自动采集装置的结构示意图。如图所示，所述采集装置100包括：
MCU控制单元110，与各单元连接，用于采集信号及控制处理。简单来说，本申请中所有操作都在MCU控制单元110中完成。
振弦传感器管理单元120，用于连接多路标准或非标准的振弦传感器，并对一或多路的振弦传感器进行切换选择，以采集对应的振弦式传感参数信息。
于本实施例中，所述振弦传感器管理单元120包括：
多个振弦传感器接口121，用于一一对应接入各振弦传感器。举例来说，本申请可提供4路标准振弦传感器接口121，其可包含振弦传感参数信号与温度信号；或者8路非标准振弦传感器接口121其仅可包含振弦传感参数信号。
通常振弦式传感器(vibrating wire transducer)是以拉紧的金属弦作为敏感元件的谐振式传感器。当弦的长度确定之后，其固有振动频率的变化量即可表征弦所受拉力的大小，通过相应的测量电路，就可得到与拉力成一定关系的电信号。
于本实施例中，本申请中的振弦传感器可采集的传感参数包括但不限于：位移、压力、水位、温度、拉力、轴力、及渗压等。
多路切换电路122，用于集成连接各振弦传感器接口121。
驱动电路123，用于依据MCU控制单元110的指令驱动多路切换电路122，以供对连接的一或多路振弦传感器进行切换，以获取经多路切换电路122选择的一或多个振弦式传感参数信息。
其中，经过多路切换电路122选择后所采集的信号再输入调节单元130，以供进一步进行调节。
调节单元130，用于远程电压调节，以适配不同种类振弦传感器。
于本实施例中，所述调节单元130包括：
振弦激励电路131，用于调节或控制各振弦传感器的激励电压的高低。例如，远程可编程控制激励电压高低的调节，可对应不同种类振弦传感器。
振弦信号处理电路132，用于调节或控制各振弦传感器的信号放大增益的高低。例如，远程可编程控制信号放大增益高低的调节，对应不同种类振弦传感器。例如，对经多路切换电路得到的信号，依次进行回波放大、带通滤波、放大整形、形成方波，其中通过增益调节以调节放大整形过程。
测温单元160，用于检测各振弦传感器的温度。其中，于本实施例中，所述测温单元160包括：热电阻温度监测电路161和IC温度传感器检测单元162，以供针对振弦传感器提供热电阻温度监测与温度传感器IC测温两种测温模式。
需要说明的是，基于调节单元130和测温单元160，本申请所述采集装置100基本上可以兼容市面上所有类型的振弦传感器。
通信单元140，提供多种有线与无线通信方式；用于通信连接各振弦传感器或云平台。简单来说，本申请振弦传感器自动采集装置100，既可以做无线传输，也可以指定为有线传输的主站或者从站，不仅支持多种无线通信方式，每个振弦传感器自动采集装置100均可以直接连接到云平台，通过云平台可供用户电脑或者移动终端获取本采集装置100的设备状态、监测结果；此外，还支持多种有线通信方式。
于本实施例中，所述通信单元140包括有线通信方式和/或无线通信方式，即有线无线网路兼容；所述有线通信方式包括但不限于：USB1.0/2.0/3.x、MicroUSB、MiniUSB、RS-232-C总线、RS-485总线、RS-422总线、CAN总线、IEEE-488、及Microwire总线中任意一或多个组合；所述无线通信方式包括但不限于：2G/3G/4G/5G、蓝牙、红外、NB-IoT、Rola、Zigbee、MavLink、Lora、WIFI、NFC、GPRS、GSM、及以太网中任意一种及多种组合。
通信总线150，用于级联其他采集装置100。
于本实施例中，所述采集装置100在无线通信信号良好的区域，通过通信单元140的无线通信方式可直接连接云平台；所述采集装置100在无线通信信号不好的区域，通过线通信总线150连接到上位采集装置100；其中，多个采集装置100可通过各自的通信总线150级联，以供当任意一采集装置100在无线通信信号良好区域时，将全部级联数据送到云平台。可参考图2所示。
简单来说，当无线信号不良位置的有振弦传感器自动采集装置100，可以级联到无线信号良好区域的有振弦传感器采集装置100。
举例来说，本申请通过使用通信总线150电缆，不仅可完成级联通信，还可完成了上位机对所级联的自动采集装置100的供电，大大减少了系统布线量，也解决了很多安装位置没有交流电，无法使用太阳能的难题。
需要说明的是，基于通信单元140和通信总线150，本申请所述采集装置100基本可实现集中采集与分布式采集的融合。
GNSS定位单元170，用于对各振弦传感器同步测量，支持GNSS定位，实现GIS管理。
举例来说，通过卫星信号良好区域的卫星授时，可以完成全部振弦传感器的同步测量；并实现振弦传感器采集装置100的GIS管理。
于本实施例中，所述采集装置100还包括：电源管理单元180，用于各单元供电；其电源类型包括：包括蓄电池、充电电池、干电池、及太阳能中任意一种或多种组合。
举例来说，电源管理单元180还可以提供低功耗管理，设别电量与工作状态管理。
如图2所示，展示为本申请一实施例中振弦传感器自动采集系统的结构示意图。如图所示，所述系统包括：
多个安装在不同监测点的如图1所述的振弦传感器自动采集装置100；其中，各采集装置100之间可通过级联方式进行数据传输；
云平台200，用于通信连接各采集装置100，为其提供数据接收、数据库、数据处理、WEB服务；其中，各采集装置100可直接通信连接云平台200。
优选地，通过云平台200可供用户电脑或者移动终端获取本采集装置100的设备状态、监测结果；其中，所述移动终端可以是用户电脑或者手机、平板电脑，可使运维人员通过便携的数据监控终端上实现预警，为作业人员、管理人员、业主等提供及时、有效的监测信息。
综上所述，本申请所述的一种振弦传感器自动采集装置、及系统，所述采集装置包括：MCU控制单元，与各单元连接，用于采集信号及控制处理；振弦传感器管理单元，用于连接多路标准或非标准的振弦传感器，并对一或多路的振弦传感器进行切换选择，以采集对应的振弦式传感参数信息；调节单元，用于远程调节，以适配不同种类振弦传感器；通信单元，提供多种有线与无线通信方式；用于通信连接各振弦传感器或云平台；通信总线，用于级联其他采集装置；测温单元，用于检测各振弦传感器的温度；GNSS定位单元，用于对各振弦传感器同步测量，实现GIS管理。
本申请通过合理的位置安装，可实现集中与分布式混合自动化监测系统，大大减少了监测电缆敷设，在降低系统成本的同时，提高了系统可靠性、可维护性、作业效率，可保证作业安全。
本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中包含通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。
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