專利名稱：一種用于采集土木工程結構物理量的采集模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及數據監測領域，具體涉及一種用于采集土木工程結構物理量的采集模塊。
背景技術：
基于微機電系統(MEMS,Micro-Electro-MechanicalSystems)的無線傳感器是一種全新的數據獲取器件，該傳感器主要由采集模塊、數據處理模塊、通信模塊和電源模塊組成，主要用于土木工程健康結構的健康監測。通過監測土木工程結構的溫度、加速度和應變三個物理量，來監測土木工程結構的環境、振動和應變物理量場，以實現對土木工程結構的健康監測。目前的無線傳感器的采集模塊只能實現對土木工程結構的單個物理量的采集，無法同時實現采集土木工程結構的溫度、加速度和應變物三個理量。這樣就需要三個不同 型號的無線傳感器來監測土木工程結構的溫度、加速度和應變三個物理量，使土木工程結構健康監測的成本高，且實用性差。
實用新型內容本實用新型實施例提供了一種用于采集土木工程結構物理量的采集模塊，可以實現一個采集模塊同時采集土木工程結構的溫度、加速度和應變三個物理量，也就是一個傳感器可以完成土木工程結構的溫度、加速度和應變三個物理量的監測，使土木工程結構健康監測的成本低，且實用性好。為了解決上述技術問題，本實用新型實施例提供的一種用于采集土木工程結構物理量的采集模塊，包括用于采集土木工程結構的加速度物理量的加速度傳感器；用于采集土木工程結構的溫度物理量的溫度傳感器；以及用于接收包含外部應變傳感器采集的土木工程結構的應變物理量的信號的轉換接口。本實用新型實施例，包括用于采集土木工程結構的加速度物理量的加速度傳感器，用于采集土木工程結構的溫度物理量的溫度傳感器，以及用于接收包含外部應變傳感器采集的土木工程結構的應變物理量的信號的轉換接口。可以實現一個采集模塊同時采集土木工程結構的溫度、加速度和應變三個物理量，也就是一個傳感器可以完成土木工程結構的溫度、加速度和應變三個物理量的監測，使土木工程結構健康監測的成本低，且實用性好。
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本實用新型一種用于采集土木工程結構物理量的采集模塊的結構示意圖；圖2是本實用新型一種用于采集土木工程結構物理量的采集模塊的三軸加速度傳感器的電路圖；圖3是本實用新型一種用于采集土木工程結構物理量的采集模塊的A/D轉換器的電路圖；圖4是本實用新型一種用于采集土木工程結構物理量的采集模塊的數字溫度傳感器的電路圖；圖5是本實用新型一種用于采集土木工程結構物理量的采集模塊的總線擴展器的電路圖。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。圖I是本實用新型一種用于采集土木工程結構物理量的采集模塊的結構示意圖，如圖I所示，包括用于采集土木工程結構的加速度物理量的加速度傳感器11 ;用于采集土木工程結構的溫度物理量的溫度傳感器12 ；以及用于接收包含外部應變傳感器采集的土木工程結構的應變物理量的信號的轉換接口 13。需要說明的是，轉換接口 13可以為至少一個通道的開放式模數轉換接口，這樣轉換接口 13可以接收包含多個外部應變傳感器采集的土木工程結構的應變物理量的信號，同時還可以將包含外部應變傳感器采集的土木工程結構的應變物理量信號轉換成數字信號，這樣使得無線傳感器的數據處理模塊處理數據時更加方便、快捷。需要說明的是，加速度傳感器11可以為三軸加速度傳感器，該三軸加速度傳感器采集的加速度物理量精度高。同時，該采集模塊還可以包括用于將三軸加速度傳感器采集的土木工程結構的加速度物理量信息轉換成數字信號的模擬/數字(A/D，Analog-to-Digital)轉換器14,這樣可以實現采集模塊向無線傳感器的數據處理模塊傳輸是數字信號這樣使得無線傳感器的數據處理模塊處理數據時更加方便、快捷。具體地，上述三軸加速度傳感采用ADXL335三軸加速度傳感器，能夠實現高性能、高精度和高穩定性的采集土木工程結構的加速度物理量，A/D轉換器14采用高性能的ADS1114A/D轉換器，ADSl114 A/D轉換器的采樣頻率最高可達到860Hz，數據輸出采用I2C總線輸出，這樣數據的采樣和傳輸效率更高。ADXL335三軸加速度傳感器的連接電路如圖2所示，Xout, Yout和Zout為ADXL335三個數據輸出端口，圖中的COM為通用接地端口，ADXL335三軸加速度傳感器采集到的加速度物理量從Xout、Yout和Zout輸出。ADSll 14A/D轉換器連接電路如圖3所示，三個ADS1114A/D轉換器U3、U4和U5的AINO分別連接于圖3所示電路的Xout、Yout和Zout輸出端口，U3、U4和U5的串行時鐘線SDA與串行數據線SCL為轉換后的數據信號的輸出端口。需要說明的是，溫度傳感器12可以為數字傳感器，該數字傳感器采集的溫度物理量信息轉換成數字信號，這樣可以實現采集模塊向無線傳感器的數據處理模塊傳輸是數字信號這樣使得無線傳感器的數據處理模塊處理數據時更加方便、快捷。具體的，上述數字溫度傳感為TMP102數字溫度傳感器，該數字溫度傳感器是一個兩線串行I2C總線輸出的數字溫度傳感器，并內置A/D轉換器。具體連接電路如圖4所示，SCL與SDA為數字信號的輸出端口。需要說明的是，該采集模塊還可以包括與數字溫度傳感器和A/D轉換器連接的，用于將數字溫度傳感器和A/D轉換器處理后的分別包含土木工程結構的溫度物理量和加速度物理量的數字信號整合在一起，以I2C總線的方式發送至無線傳感器的數據處理模塊的總線擴展器15。采用總線擴展器14可以將多個不同電壓的信號整合在一起，再以I2C總線的方式發送至無線傳感器的數據處理模塊。這樣就可以避免因數字溫度傳感器和A/D轉換器處理后的分別包含土木工程結構的溫度物理量和加速度物理量的數字信號的電壓不 同，在通過I2C總線傳輸給無線傳感器的數據處理模塊的過程中無法正常傳輸的情況。同時，還可以避免因大量I2C器件需要連接到I2C總線時，受到I2C總線容限的困饒，造成部分數據無法正常傳輸至無線傳感器的數據處理模塊的情況。具體的，總線擴展器15可以為PCA9544總線擴展器，PCA9544總線擴展器的連接電路如圖5所示，圖中A0、Al和A3是控制PCA9544總線擴展器的地址輸入的接口，根據I2C總線的規則，一條I2C總線上可以連接8個PCA9544總線擴展器。由于該采集模塊只需要一個控制器，故AO和Al均接地，只需采用A3 —個接口。中斷輸入INT、串行數據SD和串行時鐘SC的標號從0到3代表了控制器PCA9544總線擴展器的四個通道，其中，SD3和SC3分別與上述圖4中的SDA與SCL輸出端口連接，用于接收數字溫度傳感處理后包含土木工程結構的溫度物理量的數字信號。SDO、SCO、SD1、SC1、SD2和SC2分別與圖3中的U3、U4和U5的SDA和SCL輸出端口連接，用于接收A/D轉換器處理后的包含土木工程結構的加速度物理量的數字信號。再通過PCA9544總線擴展器內部控制寄存器進行相應配置后，將分別包含土木工程結構的溫度物理量和加速度物理量的數字信號整合在一起，通過SDA與SCL以I2C總線的方式傳輸至無線傳感器的數據處理模塊。本實施例，包括用于采集土木工程結構的加速度物理量的加速度傳感器，用于采集土木工程結構的溫度物理量的溫度傳感器，以及用于接收包含外部應變傳感器采集的土木工程結構的應變物理量的信號的轉換接口。可以實現一個采集模塊同時采集土木工程結構的溫度、加速度和應變三個物理量，也就是一個傳感器可以完成土木工程結構的溫度、力口速度和應變三個物理量的監測，使土木工程結構健康監測的成本低，且實用性好。以上所揭露的僅為本實用新型較佳實施例而已，當然不能以此來限定本實用新型之權利范圍，因此依本實用新型權利要求所作的等同變化，仍屬本實用新型所涵蓋的范圍。
權利要求1.一種用于采集土木工程結構物理量的采集模塊，其特征在于，包括 用于采集土木工程結構的加速度物理量的加速度傳感器； 用于采集土木工程結構的溫度物理量的溫度傳感器； 以及用于接收包含外部應變傳感器采集的土木工程結構的應變物理量的信號的轉換接口。
2.如權利要求I所述的采集模塊，其特征在于，所述轉換接口為至少一個通道的開放式模數轉換接口。
3.如權利要求I或2所述的采集模塊，其特征在于，所述加速度傳感器為三軸加速度傳感器。
4.如權利要求3所述的采集模塊，其特征在于，該采集模塊還包括 與所述三軸加速度傳感器連接的，用于將所述三軸加速度傳感器采集的土木工程結構的加速度物理量信息轉換成數據信號的模擬/數字A/D轉換器。
5.如權利要求4所述的采集模塊，其特征在于，所述溫度傳感器為數字溫度傳感器。
6.如權利要求5所述采集模塊，其特征在于，該采集模塊還包括 與所述數字溫度傳感器和所述A/D轉換器連接的，用于將所述數字溫度傳感器和所述A/D轉換器處理后的分別包含土木工程結構的溫度物理量和加速度物理量的數字信號整合在一起，以I2C總線的方式發送至無線傳感器的數據處理模塊的總線擴展器。
7.如權利要求6所述采集模塊，其特征在于，所述總線擴展器為PCA9544總線擴展器件。
專利摘要本實用新型實施例公開了一種用于采集土木工程結構物理量的采集模塊，包括用于采集土木工程結構的加速度物理量的加速度傳感器，用于采集土木工程結構的溫度物理量的溫度傳感器，以及用于接收包含外部應變傳感器采集的土木工程結構的應變物理量的信號的轉換接口。可以實現一個采集模塊同時采集土木工程結構的溫度、加速度和應變三個物理量，也就是一個傳感器可以完成土木工程結構的溫度、加速度和應變三個物理量的監測，使土木工程結構健康監測的成本低，且實用性好。
文檔編號G01D21/02GK202547689SQ20122006227
公開日2012年11月21日 申請日期2012年2月24日 優先權日2012年2月24日
發明者柳成蔭, 鄧海斌 申請人:柳成蔭, 鄧海斌