本发明实施例涉及振动测试技术领域，尤其涉及振动加速度采集存储系统及方法。
背景技术：
传统的振动测试系统精度高且功能强大，适合对数据进行深度分析和挖掘，但这类系统使用复杂且成本较高，其功能和使用方式的复杂性不适宜于工程界简单易用的诉求，且过高的成本也不利于大型结构长期健康监测系统的搭建。
近几年来，国内外的学者，研究出了一种基于开源电子平台(arduino)的微控制器和微机电系统(microelectromechanicalsystems，简称mems)型加速度传感器的振动测试系统。其造价仅仅为传统商用振动采集系统的几百分之一，且由于其系统功能的单一性使其易用性大大提高，克服了传统商用振动测试系统成本高和使用复杂的缺点，适合于工程界简单易用且成本低的需求。
然而，这种基于arduino微控制器和mems型加速度传感器的振动测试系统，在进行数据采集时，需要连接采集电脑，通过采集电脑对系统各组件供电和进行数据存储。从而造成振动测试系统依赖于采集电脑进行供电和数据存储，当采集电脑出现故障或者无法使用时，振动测试系统就无法获取运行所需的电能，也无法对所采集的振动加速度数据进行离线存储，限制了振动测试系统的应用范围，同时无法对振动加速度数据进行离线存储。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的振动加速度采集存储系统及方法。
第一方面，本发明实施例提供一种振动加速度采集存储系统，包括：sd卡扩展板、sd卡和供电模块，sd卡扩展板与sd卡连接；sd卡扩展板用于存储采集得到的振动数字信号，并对振动数字信号进行同步采样处理；sd卡用于存储经过同步采样处理后得到的振动数字信号；供电模块用于为sd卡扩展板供电。
第二方面，本发明实施例提供一种振动加速度采集存储方法，包括：通过sd卡扩展板存储采集得到的振动数字信号，并对振动数字信号进行同步采样处理；通过sd卡存储经过同步采样处理后得到的振动数字信号；通过供电模块，为sd卡扩展板供电。
本发明实施例通过sd卡和sd卡扩展板对采集得到的振动数字信号进行存储，并通过供电模块为sd卡扩展板供电，可以避免现有技术中依赖采集电脑进行供电和数据存储而造成的应用的局限性和无法进行数据离线存储的问题，扩大了现有的振动测试系统的应用范围，并实现对振动加速度信号的离线存储。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的振动加速度采集存储系统的结构示意图；
图2为本发明又一实施例提供的振动加速度采集存储系统的结构示意图；
图3为本发明再一实施例提供的振动加速度采集存储系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的振动加速度采集存储方法的流程示意图。
图中，1：sd卡扩展板；2：sd卡；3：供电模块；31：太阳能供电子模块；311：太阳能电池板；312：电能存储单元；32：电池；4：微控制器；5：加速度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
基于arduino微控制器和mems型加速度传感器的振动测试系统，工作方式简单、使用方便且成本低。上述振动测试系统的成本只有传统系统的几百分之一，可克服传统振动测量采集存储系统造价过高的缺陷。虽然该振动测试系统的成本低，但其系统精度可以达到一般大型结构健康监测的使用要求，这将大大降低搭建大型结构健康监测网络/系统的成本。因此，基于arduino微控制器和mems型加速度传感器的振动测试系统，有利于低成本大型结构长期健康监测系统的搭建。
图1为本发明一实施例提供的振动加速度采集存储系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括：sd卡扩展板1、sd卡2和供电模块3，sd卡扩展板1与sd卡2连接；其中，sd卡扩展板1用于存储采集得到的振动数字信号，并对振动数字信号进行同步采样处理；sd卡2用于存储经过同步采样处理后得到的振动数字信号；供电模块3用于为sd卡扩展板1供电。
具体地，sd卡扩展板1与sd卡2连接。例如，在sd卡扩展板1上设置一个插卡槽，sd卡2通过插入插卡槽的方式，实现sd卡2与sd卡扩展板1的连接。
sd卡扩展板1对采集得到的振动数字信号进行读取和存储。当振动数字信号存储进入sd卡扩展板1后，sd卡扩展板1会对上述振动数字信号进行同步采样处理。对振动数字信号进行同步采样处理，即对在不同时刻采集得到的振动数字信号添加不同的时间标签。使得在不同时刻采集得到的振动数据信号携带有不同的时间标签。因此很容易将在不同时刻采集得到的振动数字信号进行区分，从而，保证振动数字信号的有序性。
sd卡2是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，主要有sd卡、minisd卡和mircosd卡三种。根据需要合理地选择sd卡的类型以及容量。sd卡2通过插入sd卡扩展板1上的插卡槽的方式，与sd卡扩展板1进行连接，对sd卡扩展板1内经过同步采样处理后的振动数字信号进行读取和存储。
供电模块3为sd卡扩展板1的工作提供电能。例如，如图1所示，供电模块3通过与微控制器4直接相连，实现与sd卡扩展板1的间接相连，从而为sd卡扩展板1的工作提供电能。供电模块主要包括发电装置和电池。常见的发电装置有风力发电装置、机械动力发电装置、太阳能发电装置等。电池主要包括充电电池和蓄电池。充电电池是充电次数有限的可充电的电池，需要配合充电器使用。常见的蓄电池有铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、金属氧化物蓄电池、锂离子蓄电池等。根据需要合理地选择供电模块的类型、类型的组合和容量。例如，选择太阳能供电装置作为供电模块，或者选择锂电池作为供电模块，或者选择太阳能供电装置和锂电池的组合作为供电模块。
本发明实施例，通过sd卡和sd卡扩展板对采集得到的振动数字信号进行存储，并通过供电模块为sd卡扩展板供电，可以避免现有技术中依赖采集电脑进行供电和数据存储而造成的应用的局限性和无法进行数据离线存储的问题，扩大了现有的振动测试系统的应用范围，并实现对振动加速度信号的离线存储。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，供电模块包括太阳能供电子模块；太阳能供电子模块，包括太阳能电池板和电能存储单元；太阳能电池板用于采集和转换太阳能，得到电能；电能存储单元用于存储太阳能电池板采集和转换得到的电能，为sd卡扩展板供电。
具体地，图2为本发明又一实施例提供的振动加速度采集存储系统的结构示意图。如图2所示，选择太阳能供电子模块31为sd卡扩展板1的工作提供电能。太阳能供电子模块31包括太阳能电池板311和电能存储单元312。太阳能电池板311是利用太阳光直接发电的半导体薄片。太阳能电池板由光伏材料制作而成，主要的光伏材料有单晶硅材料和多晶硅材料。常见的太阳能电池板为光电效应太阳能电池板，其工作原理为太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由p区流向n区，电子由n区流向p区，接通电路后就形成电流。电能存储单元312将太阳能电池板采集和转换得到的电能进行存储，为sd卡扩展板1的工作提供电能。
本发明实施例选择太阳能供电子模块作为供电模块，能够持续不断地为sd卡扩展板的工作提供电能。通过采集和转换太阳能供电，能够合理利用太阳能节约资源，又可以避免现有技术依赖采集电脑进行供电的局限性，既扩大了现有振动测试系统的应用范围，又有效地利用了自然资源，从而实现低成本大型结构长期健康监测任务。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，供电模块包括电池，电池的存储容量大于预设容量，持续一段时间为sd卡扩展板供电。
具体地，图3为本发明再一实施例提供的振动加速度采集存储系统的结构示意图。如图3所示，选择电池32为sd卡扩展板1的工作提供电能。在隧道、下水道等光线差的环境下，无法使用太阳能供电装置或者无法直接连接电源的情况下，选择电池32为sd卡扩展板1的工作提供电能。电池主要包括充电电池和蓄电池。根据需要合理选择电池的类型。如果电池容量小，那么就需要频繁地对电池进行更换或者充电，浪费人力物力，因此选择存储容量大于预设容量的电池作为供电模块。上述预设容量根据实际需要进行合理设置。
本发明实施例选择电池作为供电模块，为sd卡扩展板的工作提供电能。可以在光线环境差，无法利用太阳能的环境下，为sd卡扩展板的工作提供电能。又可以避免现有技术依赖采集电脑进行供电的局限性，扩大了现有振动存储测试系统的应用范围。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，sd卡扩展板包括正时芯片子模块；正时芯片子模块用于对不同时刻采集得到的振动数字信号添加不同的时间标签。
具体地，在sd卡扩展板里内置一个正时芯片子模块，对sd卡扩展板存储的振动数字信号进行同步采样处理。正时芯片子模块对sd卡扩展板里的存储的振动数字信号，即在不同时刻采集得到的振动数字信号，添加不同的时间标签。本发明对振动数字信号的来源不做限制，以通过加速度传感器采集得到的振动数字信号为例进行说明。例如，加速度传感器在a、b、c三个时刻，分别采集得到a、b、c三个振动数字信号。对加速度传感器在a时刻采集得到a振动数字信号添加a时间标签；对加速度传感器在b时刻采集得到b振动数字信号添加b时间标签；对加速度传感器在c时刻采集得到c振动数字信号添加c时间标签。这样通过判断振动数字信号上的时间标签，就可以把加速度传感器在不同时刻采集得到的振动数字信号进行区分。从而，保证振动数字信号的有序性。
本发明实施例通过正时芯片子模块对不同时刻采集得到的所述振动数字信号添加不同的时间标签，使得不同时刻采集得到的振动数字信号之间能够有效区分，保证了振动数字信号的有序性。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，还包括加速度传感器，加速度传感器与sd卡扩展板连接；加速度传感器用于采集得到振动数字信号。
具体地，加速度传感器与sd卡扩展板连接。例如，加速度传感器通过引脚的方式与sd卡扩展板连接。加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。在加速度传感器上分布有至少一个采集单元，用于采集振动的模拟信号，并对振动模拟信号进行数/模转换，得到相应的振动数字信号。加速度传感器在对振动模拟信号进行采集时，其采样的频率、采样的量程范围、采样时的测试方向以及灵敏度的大小等，都可以根据实际需要通过微控制器进行合理设置和选择。
其中mems加速度传感器，具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。常用的mems加速度传感器有mma8151q加速度传感器和mma8152q加速度传感器。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，还包括：微控制器，微控制器通过sd卡扩展板与sd卡连接，供电模块与微控制器连接；微控制器用于向加速度传感器发送采集转换指令，采集转换指令用于指示加速度传感器采集振动数字信号；微控制器用于向sd卡扩展板发送第一存储指令，第一存储指令用于指示sd卡扩展板采集存储振动数字信号，并对振动数字信号进行同步采样处理；微控制器，用于向sd卡发送第二存储指令，第二存储指令用于指示sd卡存储经过同步采样处理后得到的振动数字信号。
具体地，微控制器与sd卡扩展卡通过引脚等方式进行连接。sd卡扩展板与加速度传感器通过引脚等方式进行连接。如图1所示，sd卡扩展板1作为连接媒介，将微控制器4、加速度传感器5和sd卡2三者进行两两连接，微控制器4与供电模块3连接。
微控制器是整个振动加速度采集存储系统的控制模块。本发明对微控制器的类型不作限定，以一种arduino微控制器进行举例说明。常见的arduino微控制器有arduinodue微控制器和arduinouno微控制器。arduino微控制器包含硬件和软件。其中，硬件是各种型号的arduino板。软件是集成开发环境，一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面等工具。首先进行硬件的搭建，然后通过配套软件及植入的控制程序，实现对加速度传感器、sd卡扩展板和sd卡的控制。
微控制器通过控制程序生成采集转换指令，并向加速度传感器发送采集转换指令。上述采集转换指令对加速度传感器的采用频率、采样的量程范围、灵敏度大小、振动信号的输出单位以及采集时的采集方向等进行了预先规定。加速度传感器根据采集转换指令的上述规定，采集振动的模拟信号，并将振动模拟信号进行数/模转换，得出振动的数字信号。
微控制器通过控制程序生成第一存储指令，并向sd卡扩展板发送第一存储指令。第一存储指令，用于指示sd卡扩展板对加速度传感器采集得到的振动数字信号进行读取和存储。另外，第一存储指令还用于指示sd卡扩展板将上述振动数字信号进行同步采样处理。
微控制器通过控制程序生成第二存储指令，并向sd卡发送第二存储指令。第二存储指令，用于指示sd卡存储经过同步采样处理后得到的振动数字信号。第二存储指令，可以控制sd卡存储上述振动数字信号的条件、位置和格式等。例如，根据经验合理设置触发阈值，对经过同步采样处理后得到的振动数字信号强度进行判断，若判断获知上述振动信号强度大于或等于触发阈值，则将该时刻确定为第一时刻。sd卡2从第一时刻开始对振动信号进行存储。对经过同步采样处理后得到的振动数字信号强度再次进行判断，若判断获知上述振动信号强度小于触发阈值，则将该时刻至预设时长后的时刻确定为第二时刻。sd卡2在第二时刻停止存储振动数字信号。上述预设时长根据实际需要进行设置。例如，预设时长设为10秒。通过设置合理的触发阈值，对振动数字信号进行选择存储，从而滤除一些小的背景噪声信号。
本发明实施例通过微控制器向加速度传感器、sd卡扩展板和sd卡发送指令的方式，来控制振动加速度采集存储系统的工作。工作方式简单、使用方便且成本低。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，加速度传感器包括信号采集单元和信号转换单元；信号采集单元用于接收微控制器发送的采集指令，并根据采集指令采集振动模拟信号；信号转换单元用于接收微控制器发送的转换指令，并根据转换指令转换振动模拟信号，得到相应的振动数字信号。
具体地，加速度传感器包括采集单元和信号转换单元。常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。以压电式加速度传感器为例进行说明。
首先压电式加速度传感器的采集模块，根据微控制器的采集指令，对振动信号进行采集，并利用压电材料，例如，压电陶瓷和石英晶体的压电效应，将采集得到的振动信号转变为振动模拟信号。
接着压电式加速度传感器的信号转换模块，根据微控制器的采集指令，将振动数字信号进行数/模转换，得到相应的振动数字信号。
图4为本发明实施例提供的振动加速度采集存储方法的流程示意图。如图4所示，该方法包括：
步骤41，通过sd卡扩展板存储采集得到的振动数字信号，并对所述振动数字信号进行同步采样处理；
步骤42，通过sd卡存储经过所述同步采样处理后得到的所述振动数字信号；
步骤43，通过供电模块，为所述sd卡扩展板供电。
具体地，步骤41，将sd卡扩展板与sd卡进行连接。例如，在sd卡扩展板上设置一个插卡槽，sd卡通过插入插卡槽的方式，实现sd卡与sd卡扩展板的连接。通过sd扩展板对所采集得到的振动数字信号进行读取和存储。当上述振动数字信号存入sd卡扩展板后，对上述振动数字信号进行同步采样处理。对振动数字信号进行同步采样处理，即对在不同时刻采集得到的振动数字信号添加不同的时间标签。使得在不同时刻采集得到的振动数据信号携带有不同的时间标签。因此很容易将在不同时刻采集得到的振动数字信号进行区分，从而，保证振动数字信号的有序性。
步骤42，sd卡是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，主要有sd卡、minisd卡和mircosd卡三种。根据需要合理地选择sd卡的类型以及容量。通过sd卡插入sd卡扩展板上的插卡槽的方式，实现sd卡与sd卡扩展板连接。通过sd卡对sd卡扩展板内经过同步采样处理后的振动数字信号进行读取和存储。
步骤43，通过供电模块为sd卡扩展板的工作提供电能。供电模块包括发电装置和电池。常见的发电装置有风力发电装置、机械动力发电装置、太阳能发电装置等。电池主要包括充电电池和蓄电池。充电电池是充电次数有限的可充电的电池，需要配合充电器使用。常见的蓄电池有铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、金属氧化物蓄电池、锂离子蓄电池等。能够根据需要合理地选择供电模块的类型、类型的组合和容量。例如，选择太阳能供电装置作为供电模块，或者选择锂电池作为供电模块，或者选择太阳能供电装置和锂电池的组合作为供电模块。
本发明实施例，通过sd卡和sd卡扩展板对采集得到的振动数字信号进行存储，并通过供电模块为sd卡扩展板供电，可以避免现有技术中依赖采集电脑进行供电和数据存储而造成的应用的局限性和无法进行数据离线存储的问题，扩大了现有的振动测试系统的应用范围，并实现对振动加速度信号的离线存储。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，振动数字信号进行同步采样处理，包括：对不同时刻采集得到的振动数字信号添加不同的时间标签。
具体地，在同一时刻可能会采集得到多个振动数字信号。为了将不同时刻采集得到的振动数字信号进行区分，要对sd卡扩展板中存储的振动数字信号进行同步采样处理。以通过加速度传感器采集得到的振动数字信号为例进行说明。例如，加速度传感器在a、b、c三个时刻，分别采集得到a、b、c三个振动数字信号。对加速度传感器在a时刻采集得到a振动数字信号添加a时间标签；对加速度传感器在b时刻采集得到b振动数字信号添加b时间标签；对加速度传感器在c时刻采集得到c振动数字信号添加c时间标签。这样通过判断振动数字信号上的时间标签，就可以把加速度传感器在不同时刻采集得到的振动数字信号进行区分。从而，保证振动数字信号的有序性。
本发明实施例通过对在不同时刻采集得到的振动数字信号添加不同的时间标签，使不同时刻采集得到的振动数字信号之间能够有效区分，保证了振动数字信号的有序性。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，通过sd卡存储经过同步采样处理后得到的振动数字信号，包括：sd卡从第一时刻开始存储振动数字信号，直至第二时刻停止存储振动数字信号；第一时刻为振动数字信号的强度开始大于或等于触发阈值的时刻；第二时刻为振动数字信号的强度开始小于触发阈值的时刻至预设时长后的时刻。
具体地，由于采集得到的振动数字信号，里面会存在一些无用的背景噪声信号等。通过设置合理的触发阈值，对振动数字信号进行选择存储。对经过同步采样处理后得到的振动数字信号强度进行判断，若判断获知上述振动信号强度大于或等于触发阈值，则将该时刻确定为第一时刻。sd卡从第一时刻开始对振动信号进行存储。对经过同步采样处理后得到的振动数字信号强度再次进行判断，若判断获知上述振动信号强度小于触发阈值，则将该时刻至预设时长后的时刻确定为第二时刻。sd卡在第二时刻停止存储振动数字信号。上述预设时长根据实际需要进行设置。例如，预设时长设为10秒。其中触发阈值的大小，可以根据加速度传感器实际的应用环境以及经验值进行设置。例如，进行测试的振动强烈，触发阈值可以根据经验设置大一些；进行测试的振动微弱，触发阈值可以根据经验设置小一些。
本发明实施例通过设置触发阈值，指示sd卡对振动数字信号进行选择存储。有效地降低了sd卡中振动数字信号的干扰信号，保证了sd卡中振动数字信号的可信性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。