基于CompactRIO的多通道24位數(shù)據(jù)采集模塊設計.pdf

1、隨著交通運輸中橋梁所占據(jù)的地位日益重要，不斷進步的橋梁設計水平和施工技術使得橋梁規(guī)模不斷有新的突破，所設計出來的橋梁也變得越來越復雜，橋梁建設正朝著規(guī)模大型化、形式輕巧化、功能和結(jié)構(gòu)復雜化等方向發(fā)展。但是，目前國內(nèi)交通運輸設施中中、老齡橋梁的數(shù)目相當巨大，隨著橋齡的不斷增長，加之各種自然因素以及各種人為事故的影響，很多橋梁已經(jīng)開始出現(xiàn)各種各樣的功能性衰退。
　　 在這種情勢下，建立一個與橋梁建設相適應相匹配的綜合評估與橋梁監(jiān)測系

2、統(tǒng)成為橋梁界研究的一個重要熱點，其意義極為重要。使用傳統(tǒng)的人工進行勘察和檢測的方式來維護和監(jiān)測大型橋梁需要耗費大量的財力、人力和物力，這種方式不僅效率低下，而且更是很難滿足日益增多的橋梁所需的橋梁監(jiān)測任務。
　　 與傳統(tǒng)的人工勘察和檢測的方式相比較，使用智能化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行橋梁振動監(jiān)測不僅可以大大減少監(jiān)測橋梁振動和橋梁異常的成本，而且智能化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實時的得到監(jiān)測結(jié)果，當橋梁運行出現(xiàn)異常時可以及時的發(fā)現(xiàn)并避免橋梁異常

3、導致的危害。
　　 CompactRIO即為智能化的可重復配置的控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，小巧而堅固的特性以及可重復配置的靈活性使得其適用于橋梁振動的檢測。CompactRIO系統(tǒng)可以針對不同的數(shù)據(jù)采集要求，選擇不同的數(shù)據(jù)采集模塊與CompactRIO機箱進行配合使用以達到應用要求，NI公司為CompactRIO系統(tǒng)提供了各種不同的數(shù)據(jù)采集模塊，但其中缺少專為橋梁或房屋振動監(jiān)測所需的采集模塊，其要求高精度、低噪聲、多通道。因此本設計即

4、為了滿足這樣的設計要求而單獨設計了基于CompactRIO系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊，本設計實現(xiàn)了一個帶自校準功能的高精度、低噪聲、多通道數(shù)據(jù)采集模塊。
　　 本設計所完成的數(shù)據(jù)采集模塊集成度高，在73.38mm×66.04mm的面積內(nèi)實現(xiàn)了6通道24位的數(shù)據(jù)采集，THD優(yōu)于-108dB，噪聲RMS低于1.2uV，采樣率從250SPS到4000SPS，可滿足橋梁振動監(jiān)測的要求。此外模塊還根據(jù)內(nèi)部精確參考源對ADC進行偏移和增益校準，提高

5、了通道的幅度一致性。測試表明經(jīng)過內(nèi)部增益校準可以將幅度一致性從1.5％以內(nèi)提高到5ppm以內(nèi)。論文將從橋梁振動監(jiān)測背景、采集模塊軟硬件結(jié)構(gòu)、采集系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn)、內(nèi)部自校準功能實現(xiàn)以及采集模塊性能測試和總結(jié)等方面對采集模塊進行闡述。
　　 第一章為緒論，對論文的應用背景做了簡要的介紹，包括橋梁監(jiān)測的發(fā)展狀況以及本文的研究內(nèi)容和研究意義。第二章主要內(nèi)容為CompactRIO和LabVIEW。介紹了CompactRIO系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及應

6、用范圍，LabVIEW的操作環(huán)境和虛擬儀器的發(fā)展。
　　 第三章的內(nèi)容為整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)，包括整個CompactRIO系統(tǒng)在不同工作模式下的整體硬件結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集模塊的硬件結(jié)構(gòu)，以及介紹了CompactRIO系統(tǒng)的軟件工作過程和模塊內(nèi)部FPGA上電后的軟件工作過程和模塊對主機發(fā)送的命令的響應過程。
　　 第四章為數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)內(nèi)部自校準功能的硬件結(jié)構(gòu)和軟件實現(xiàn)方式，包括硬件結(jié)構(gòu)選擇的依據(jù)和軟件實現(xiàn)的方式。<