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基于虚拟仪器的振动信号采集与处理系统

发布时间:2020-07-21 17:32:24 阅读: 来源:散热器厂家

摘要:桥梁分布在广阔的空间范围内,给数据的采集带来了一定的困难。尤其对于振动信号,根据模态分析的需要,需要各采集点的时间严格同步。该文利用虚拟仪器开发的数据采集系统,可以满足分布各点的振动信号的同步采集。同时,该文利用LabVIEW开发了数据处理系统,可以对信号进行存储显示及频谱分析,通过对实验平台的振动数据采集处理结果显示,系统运行正常、处理结果正确。关键词:虚拟仪器;同步数据采集;环境激励;频谱分析0 引言 桥梁健康监测通过对桥梁结构状态的监测与评估,为其在特殊气候、特殊交通条件下或运营状况严重异常时触发预警信号,分析评估桥梁使用寿命,并为桥梁的养护、维修与管理决策等提供科学的依据。 桥梁健康监测需要大量的硬件和软件支持,传统仪器虽然有很多优点,但是使用功能单一,价格昂贵,虚拟仪器已经在测量控制行业得到了迅速的发展,其综合了计算机强大的计算功能,以及和通信网络的技术融合,使得桥梁的远程实时监测成为现实。 LabVIEW作为一款图形化编程平台,它在数据采集(DAQ)、虚拟仪器软件框架(VISA)、通用接口总线(GPIB)及串口仪器控制、图像处理、数据分析和图表显示方面都具有强大的优势。 该文主要利用虚拟仪器搭建了桥梁振动信号的采集系统,利用LabVIEW实现了信号处理系统的设计。最后通过实验验证了系统的性能。1 系统整体方案 桥梁的固有频率是桥梁健康评价的重要指标,通过对桥梁在自然环境激励下振动信号的同步采集和分析,可以得到桥梁的固有频率。该文所设计的振动信号采集与处理系统属于桥梁健康监测系统的一部分,主要包括传感器子系统、数据同步采集与传输子系统、数据存储与显示子系统、数据处理子系统。振动数据采集处理系统结构图如图1所示。

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2 同步采集系统搭建 同步采集技术根据同步基准的不同,可以分为基于信号的同步和基于时间的同步。基于信号的同步,子系统的时钟和触发信号通过物理连接分享,而对于空间距离较大的数据同步,由于信号同步最大距离的限制,使用基于时间的同步更为合适。 PXI是多通道同步采集最理想的平台,PXI的背板提供多种基于信号的同步选项,其中包括一个系统定时槽位、星形触发总线、一个10 MHz的系统参考时钟、同步脉冲和触发总线等。一座桥梁分布在广阔的地理空间中,致使传感器之间的距离较大,这样通过电缆传输采样信号和触发信号并不实际可行。可以通过GPS进行基于时间的同步采集。GPS卫星上有准确时钟,可以同时用于定时和时间同步。GPS用户通过GPS卫星接收机获取空间位置信息,同步时标和标准时间。基于上述分析,可以搭建出合理的桥梁分布式数据采集系统,以振动信号为例,其基于GPS时间同步的数据采集系统如图2所示。其中PXI-6143同步采集卡负责采集来自加速度传感器的测量数据,PXI-6682接收来自GPS天线的同步时间作为各采集站的时间基,并产生触发信号。

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