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技術(shù)文章
時(shí)間同步服務(wù)器在橋梁檢測(cè)中的解決方案
點(diǎn)擊次數(shù)：3914 發(fā)布時(shí)間：2010-12-12
一、系統(tǒng)概述
橋梁構(gòu)造范圍很廣、結(jié)構(gòu)較為特殊，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散在各處，很多監(jiān)測(cè)項(xiàng)目又具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，例如地震、交通事故等。因此對(duì)于各部位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要非常準(zhǔn)確的時(shí)間同步，一般的數(shù)據(jù)采集技術(shù)難以達(dá)到監(jiān)測(cè)要求，如果不采用一種同步技術(shù)，極有可能造成各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)時(shí)間上的微小誤差，不僅造成監(jiān)測(cè)結(jié)果的不準(zhǔn)確，還嚴(yán)重影響了對(duì)橋梁健康的研究分析。而通過時(shí)間同步服務(wù)器*可以避免這些問題。 關(guān)于時(shí)間同步服務(wù)器的詳細(xì)介紹，請(qǐng)參考http://www.ruicheng-china.cn/。
整個(gè)采集系統(tǒng)分散在橋梁的各個(gè)部位。橋梁按照區(qū)域劃分為若干區(qū)段，在主要幾個(gè)區(qū)段中安置著信號(hào)采集機(jī)站，每組采集機(jī)站均和時(shí)間同步服務(wù)器相連，GPS PPS接收器接受GPS時(shí)鐘同步信號(hào)，做相應(yīng)的處理得到時(shí)鐘同步信號(hào)和時(shí)間戳并發(fā)送給PXI采集設(shè)備，采集設(shè)備接收處理后的GPS同步信號(hào)，達(dá)到同步整個(gè)分布式采集系統(tǒng)。
橋梁構(gòu)造范圍很廣、結(jié)構(gòu)較為特殊，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散在各處，很多監(jiān)測(cè)項(xiàng)目又具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，例如地震、交通事故等。因此對(duì)于各部位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要非常準(zhǔn)確的時(shí)間同步，一般的數(shù)據(jù)采集技術(shù)難以達(dá)到監(jiān)測(cè)要求，如果不采用一種同步技術(shù)，極有可能造成各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)時(shí)間上的微小誤差，不僅造成監(jiān)測(cè)結(jié)果的不準(zhǔn)確，還嚴(yán)重影響了對(duì)橋梁健康的研究分析。而通過時(shí)間同步服務(wù)器*可以避免這些問題。 關(guān)于時(shí)間同步服務(wù)器的詳細(xì)介紹，請(qǐng)參考http://www.ruicheng-china.cn/。
整個(gè)采集系統(tǒng)分散在橋梁的各個(gè)部位。橋梁按照區(qū)域劃分為若干區(qū)段，在主要幾個(gè)區(qū)段中安置著信號(hào)采集機(jī)站，每組采集機(jī)站均和時(shí)間同步服務(wù)器相連，GPS PPS接收器接受GPS時(shí)鐘同步信號(hào)，做相應(yīng)的處理得到時(shí)鐘同步信號(hào)和時(shí)間戳并發(fā)送給PXI采集設(shè)備，采集設(shè)備接收處理后的GPS同步信號(hào)，達(dá)到同步整個(gè)分布式采集系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)組成
1.所謂時(shí)鐘同步有以下2方面含義，只有2方面都達(dá)到同步，才能稱為真正的同步采集。
a） 數(shù)據(jù)采樣頻率的同步，包括采樣時(shí)鐘信號(hào)的脈沖同步以及相位同步。
b） 時(shí)間軸上的同步，即采樣點(diǎn)時(shí)間標(biāo)簽的同步。
2.GPS PPS時(shí)鐘同步技術(shù)的系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)主要由GPS接收器和NI PXI采集設(shè)備2大部分組成。結(jié)構(gòu)如圖1：
1.所謂時(shí)鐘同步有以下2方面含義，只有2方面都達(dá)到同步，才能稱為真正的同步采集。
a） 數(shù)據(jù)采樣頻率的同步，包括采樣時(shí)鐘信號(hào)的脈沖同步以及相位同步。
b） 時(shí)間軸上的同步，即采樣點(diǎn)時(shí)間標(biāo)簽的同步。
2.GPS PPS時(shí)鐘同步技術(shù)的系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)主要由GPS接收器和NI PXI采集設(shè)備2大部分組成。結(jié)構(gòu)如圖1：
圖1.GPS PPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)組成圖
時(shí)間同步服務(wù)器的輸入端連接著一個(gè)GPS信號(hào)接受天線，接受來自GPS衛(wèi)星發(fā)送的時(shí)鐘信號(hào)，輸出端分為3部分：
10MPPS（Pulse Per Second）信號(hào)：用于同步采集系統(tǒng)，作為采集系統(tǒng)的采樣基頻。此信號(hào)不包含任何的時(shí)間信息，僅僅為簡單的脈沖信號(hào)，脈沖間隔為10納秒。
1PPS（Pulse Per Second）信號(hào)：用于采集系統(tǒng)觸發(fā)采集使用。此信號(hào)是一個(gè)很簡單的，不包含任何時(shí)間信息（年或月之類）的脈沖信號(hào)，以1PPS為例，每秒發(fā)生1次脈沖，每個(gè)脈沖的寬度通常為100毫秒，PPS信號(hào)是一種較為簡單的同步技術(shù)，但其效果卻不亞于任何復(fù)雜的同步時(shí)鐘信號(hào)。
時(shí)間（GMT）信號(hào)：用于替代采集系統(tǒng)自身的時(shí)間標(biāo)簽。此信號(hào)采用NEMA標(biāo)準(zhǔn)，表現(xiàn)形式為GMT時(shí)間，以字符串方式顯示，例如“06.001…..”，其中*部分為年份，第二部分為年中天數(shù)，第三部分為一天的具體時(shí)間，到秒級(jí)。
PXI采集設(shè)備采用NI PXI 1045 18槽機(jī)箱，NI PXI 8187主控制器為主，采集卡為NI PXI 6652、6602、4472B，其中：
PXI 6652時(shí)鐘同步模塊采用NI提供的SMB（類似BNC同軸電纜的接口）接口于GPS接收器的10M PPS輸出端相連，接收10M PPS時(shí)鐘信號(hào)，并且將此時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，把分頻后的時(shí)鐘信號(hào)提供到PXI機(jī)箱背板，提供給高速同步采集卡PXI 4472B作為采樣時(shí)鐘頻率。
PXI 6602計(jì)數(shù)器采用接線端子板與時(shí)間同步服務(wù)器的1 PPS輸出端相連，需要同時(shí)接入2個(gè)輸入端口，都接收1 PPS信號(hào)，*個(gè)輸入端收到信號(hào)后，按1 PPS頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)，并設(shè)定采集時(shí)間，當(dāng)達(dá)到采集的起始時(shí)間，PXI 6602提供觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)PXI 4472B開始采集；第二個(gè)輸入端的1 PPS頻率脈沖為4472B提供相位同步觸發(fā)脈沖。
PXI 8187控制器的標(biāo)準(zhǔn)RS232串口與GPS接收器的時(shí)間輸出端相連，接收GPS接收器提供的時(shí)間信息，并計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔＋觸發(fā)開始的時(shí)間來獲取該采樣點(diǎn)的時(shí)間標(biāo)簽。
3.采用NI LABVIEW虛擬儀器編寫可視性較高的數(shù)據(jù)采集及處理軟件。
10MPPS（Pulse Per Second）信號(hào)：用于同步采集系統(tǒng)，作為采集系統(tǒng)的采樣基頻。此信號(hào)不包含任何的時(shí)間信息，僅僅為簡單的脈沖信號(hào)，脈沖間隔為10納秒。
1PPS（Pulse Per Second）信號(hào)：用于采集系統(tǒng)觸發(fā)采集使用。此信號(hào)是一個(gè)很簡單的，不包含任何時(shí)間信息（年或月之類）的脈沖信號(hào)，以1PPS為例，每秒發(fā)生1次脈沖，每個(gè)脈沖的寬度通常為100毫秒，PPS信號(hào)是一種較為簡單的同步技術(shù)，但其效果卻不亞于任何復(fù)雜的同步時(shí)鐘信號(hào)。
時(shí)間（GMT）信號(hào)：用于替代采集系統(tǒng)自身的時(shí)間標(biāo)簽。此信號(hào)采用NEMA標(biāo)準(zhǔn)，表現(xiàn)形式為GMT時(shí)間，以字符串方式顯示，例如“06.001…..”，其中*部分為年份，第二部分為年中天數(shù)，第三部分為一天的具體時(shí)間，到秒級(jí)。
PXI采集設(shè)備采用NI PXI 1045 18槽機(jī)箱，NI PXI 8187主控制器為主，采集卡為NI PXI 6652、6602、4472B，其中：
PXI 6652時(shí)鐘同步模塊采用NI提供的SMB（類似BNC同軸電纜的接口）接口于GPS接收器的10M PPS輸出端相連，接收10M PPS時(shí)鐘信號(hào)，并且將此時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，把分頻后的時(shí)鐘信號(hào)提供到PXI機(jī)箱背板，提供給高速同步采集卡PXI 4472B作為采樣時(shí)鐘頻率。
PXI 6602計(jì)數(shù)器采用接線端子板與時(shí)間同步服務(wù)器的1 PPS輸出端相連，需要同時(shí)接入2個(gè)輸入端口，都接收1 PPS信號(hào)，*個(gè)輸入端收到信號(hào)后，按1 PPS頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)，并設(shè)定采集時(shí)間，當(dāng)達(dá)到采集的起始時(shí)間，PXI 6602提供觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)PXI 4472B開始采集；第二個(gè)輸入端的1 PPS頻率脈沖為4472B提供相位同步觸發(fā)脈沖。
PXI 8187控制器的標(biāo)準(zhǔn)RS232串口與GPS接收器的時(shí)間輸出端相連，接收GPS接收器提供的時(shí)間信息，并計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔＋觸發(fā)開始的時(shí)間來獲取該采樣點(diǎn)的時(shí)間標(biāo)簽。
3.采用NI LABVIEW虛擬儀器編寫可視性較高的數(shù)據(jù)采集及處理軟件。
