专利名称：一种桥梁健康监测系统的时钟同步装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动化实时监测技术领域，尤其是一种桥梁健康监测系统的时钟同步
直O
背景技术：
对桥梁进行实时监测，能及时获知桥梁的健康状况，以便对各种突发事件能够及 时作出响应，进行必要的养护工作，对延长桥梁的使用寿命起很大作用。另外，对桥梁监测 的数据作进一步的研究和分析，对桥梁的基础研究具有重要的意义。由于桥梁监测点分散 在各处，很多监测分析具有实时性的特点，例如；地震、台风和交通事故等，对于各部位监测 数据需要非常准确的时间同步。但是，现有的采集技术很难以达到上述的监测要求，如果不 采用同步技术，极有可能造成各个监测点采集数据时间上的微小误差，这不仅造成监测结 果的不准确，还严重影响了对桥梁健康的研究分析。同步技术应包括为数据采样频率的同 步和时间轴上的同步，采样频率的同步为采样时钟信号的脉冲同步以及相位同步，时间轴 上的同步为采样点时间标签的同步。目前，数据采集的同步主要采用的是机箱同步技术，即为时钟同步模块的 时钟频率共享技术，每个PXI计算机中都装有时钟同步模块，然后用同轴电缆把各个
时钟同步模块相连，以其中一个时钟同步模块作为主模块，其余的作为从模块，主模块内部 的时钟信号通过同轴电缆同步从模块内部的时钟信号，动态信号采集卡都用次信号作为采 样时钟，时间戳同步可以采用网络时间服务器。但是，机箱同步技术由于电缆的局限性，距 离过长会导致信号衰减，很难做到公里级数的时钟同步采集。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种桥梁健康监测系统的时钟同 步装置，它采用PXI采集卡与GPS时钟同步，实现对分布在桥体各个位置的工作站进行真正 意义上的数据同步采集，具有结构简单，实施方便。实现本发明目的的技术方案是一种桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特点 是该装置由同步时钟接收器、PXI计算机、交换机和服务器组成，PXI计算机设有主控器、 同步时钟模块、计数器/定时器和动态信号采集卡；服务器设有为接收器上开启NTP服务 对象的采集软件；接收器由天线接受来自GPS卫星发送的10MPPSUPPS和绝对时间信号， IOMPPS时间信号接入与动态信号采集卡连接的同步时钟模块；IPPS时间信号接入与动态 信号采集卡连接的计数器/定时器；绝对时间信号分别接入与动态信号采集卡连接的主控 制器和与服务器连接的交换机，实现PXI计算机的时钟同步采集与存储。所述IOMPPS时间信号为间隔10纳秒的脉冲信号。所述IPPS时间信号为间隔1秒、宽度100毫秒的脉冲信号。所述同步时钟模块将IOMPPS信号分频为动态信号采集卡的采样基频。所述计数器/定时器以IPPS频率进行计数并设定采集时间，为动态信号采集卡提供开始采集和相位同步的触发脉冲信号。所述主控器将接收的绝对时间信号转换为动态信号采集卡的绝对时间标签。所述服务器设有同步时钟软件并存储传感器数据。所述动态信号采集卡为同步采集电压、电流和484通讯类传感器数据模块。本发明与现有技术相比具有结构简单，实施方便，实现对分布在桥体各个位置的 工作站进行真正意义上的数据同步采集，对桥梁的各种突发事件能在第一时间内及时、正 确作出响应，进行必要的养护工作，延长桥梁的使用寿命，而且，同步采集的桥梁监测数据 对桥梁的研究和分析具有重要的意义。
图1为本发明结构示意图。
具体实施例方式参阅附图1，本发明由同步时钟接收器1、PXI计算机2、交换机3和服务器4组成， PXI计算机2设有主控器21、同步时钟模块22、计数器/定时器23和动态信号采集卡M ； 动态信号采集卡M为同步采集电压、电流和484通讯类传感器数据模块；服务器4设有为 接收器1上开启NTP服务对象的同步软件，并储存传感器数据；接收器1由天线5接受来 自GPS卫星信号，向外部发送10MPPSUPPS和绝对时间信号，10MPPS时间信号为间隔10 纳秒的脉冲信号，接入与动态信号采集卡24连接的同步时钟模块22 ；同步时钟模块22将 10MPPS信号分频为动态信号采集卡M的采样基频；IPPS时间信号为间隔1秒、宽度100毫 秒的脉冲信号，接入与动态信号采集卡M连接的计数器/定时器23，计数器/定时器23以 IPPS频率进行计数并设定采集时间，为动态信号采集卡M提供开始采集和相位同步的触 发脉冲信号；绝对时间信号分别接入与动态信号采集卡M连接的主控制器21和与服务器 4连接的交换机3 ；主控器21将接收的绝对时间信号转换为动态信号采集卡M的绝对时间 标签，实现PXI计算机2的时钟同步以及桥梁健康监测系统的数据同步采集；服务器4存储 动态信号采集卡M所采集的传感器数据。下面以一座主跨708米双层桥面斜拉桥，一共布置有3个外场机柜采集桥上各个 界面的风速风向、加速度和索力数据的具体实施例作对本发明进一步的详细说明。实施例1
本发明由同步时钟接收器1、PXI计算机2、交换机3和服务器4组成，与每个外场机柜 配套使用，其中服务器4设置在监控中心，为3个外场机柜共用。PXI计算机2设有PXI-8110 主控制器21、PXI-6652同步时钟模块22、PXI-6602计数器/定时器23、PXI-4472动态信 号采集卡24，同步时钟接收器1开启NTP服务为服务器4的时间同步源。将设置在桥上的 风速风向、加速度和索力传感器由线缆与动态信号采集卡M连接，由动态信号采集卡对采 集桥上各个截面上的风速风向、加速度和索力数据，由交换机3将动态信号采集卡M采集 到的传感器数据传回至服务器4进行存储，本发明硬件连接和软件配置如下 ⑴、硬件连接
接收器1由天线5接受来自GPS卫星发送的IPPS时间信号接口通过BNC转SMB线与 PXI-6602计数器/定时器23连接；接收器1由天线5接受来自GPS卫星发送的10MPPS时间信号接口通过BNC转SMB线与PXI-6652同步时钟模块22连接；接收器1由天线5接受 来自GPS卫星发送的绝对时间信号接口通过串口 DB9母线与PXI-8110主控制器21串口连 接，接收器1由天线5接受来自GPS卫星发送的绝对时间信号通过网线接入交换机3。⑵、PXI软件配置 a、对同步时钟模块配置
接收器1将获取的GPS时钟同步信号首先通过NI-SYNC开发工具包提供的编程模块对 PXI-6652同步时钟模块22进行相应配置，开启PLL锁相环以及PLL频率，设置10MPPS信号 的输入端获取同步时钟信号，对时钟信号分频，将分频后时钟信号发送到PXI_STAR信号线 上进行时钟频率脉冲同步，并将PXI_Trig II触发线(源)连接到PXI_Trig V触发线上，以同 步频率时钟为触发频率进行相位同步的设置。b、对计数器/定时器配置
通过LabVIEWDAQmx模块对PXI-6602计数器/定时器23进行配置，首先设置第2个 IPPS输入端，将信号发送到PXIjrig II给相位同步做准备，然后设置第1个IPPS输入端， 将信号发送给PXIjrigO作为触发采集信号，最后根据定时触发采样的时间戳，设置倒计 时器的初始数值，倒计时开启触发采样。c、PXI-4472动态信号采集卡M通过LabVIEWDAQmx模块，将PXI_STAR信号线作 为采样时钟频率源的时钟频率，将PXI_Ttrig V信号线作为相位同步源，并设置PXIjRIGO 信号通过计时触发信号开启采集工作。⑶、时钟同步软件配置
在其中一个同步时钟接收器ι上开启NTP服务，同时在服务器4上安装时钟同步软件， 通过时钟同步软件设置时区中国模式，设置时间服务器的IP连接地址为已开启NTP服务的 同步时钟接收器1的IP，设置对时间隔。以上各实施例只是对本发明做进一步说明，并非用以限制本发明专利，凡为本发 明的等效实施，均应包含于本发明专利的权利要求范围之内。
权利要求
1.一种桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特征在于该装置由同步时钟接收器、PXI 计算机、交换机和服务器组成，PXI计算机设有主控器、同步时钟模块、计数器/定时器和动 态信号采集卡；服务器设有为接收器上开启NTP服务对象的时钟同步软件；接收器由天线 接受来自GPS卫星发送的10MPPSUPPS和绝对时间信号，10MPPS时间信号接入与动态信 号采集卡连接的同步时钟模块；IPPS时间信号接入与动态信号采集卡连接的计数器/定时 器；绝对时间信号分别接入与动态信号采集卡连接的主控制器和与服务器连接的交换机， 实现PXI计算机的时钟同步采集与存储。
2.根据权利要求1所述桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特征在于所述10MPPS时 间信号为间隔10纳秒的脉冲信号。
3.根据权利要求1所述桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特征在于所述IPPS时间 信号为间隔1秒、宽度100毫秒的脉冲信号。
4.根据权利要求1所述桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特征在于所述同步时钟 模块将10MPPS信号分频为动态信号采集卡的采样基频。
5.根据权利要求1所述桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特征在于所述计数器/ 定时器以IPPS频率进行计数并设定采集时间，为动态信号采集卡提供开始采集和相位同 步的触发脉冲信号。
6.根据权利要求1所述桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特征在于所述主控器将 接收的绝对时间信号转换为动态信号采集卡的绝对时间标签。
7.根据权利要求1所述桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特征在于所述服务器设 有时钟同步软件并存储传感器数据。
8.根据权利要求1所述桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特征在于所述动态信号 采集卡为同步采集电压、电流和484通讯类传感器数据模块。
全文摘要
本发明公开了一种桥梁健康监测系统的时钟同步装置，其特点是该装置由同步时钟接收器、PXI计算机、交换机和服务器组成，PXI计算机设有主控器、同步时钟模块、计数器/定时器和动态信号采集卡；接收器将GPS卫星发送的时间信号接入与动态信号采集卡连接的同步时钟模块、计数器/定时器和主控制器以及与服务器连接的交换机，实现PXI计算机的时钟同步采集与存储。本发明与现有技术相比具有结构简单，实施方便，实现了真正意义上的数据同步采集，对桥梁的各种突发事件能在第一时间内及时、正确地作出响应，以延长桥梁的使用寿命，而且，对桥梁的研究和分析具有重要的意义。
文档编号H04L7/00GK102082656SQ20111002967
公开日2011年6月1日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者刘学, 周哲峰, 张峰, 徐刚, 査正军, 汪洋, 詹永麟 申请人:上海巨一科技发展有限公司