【摘要】：橋梁支座是連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)部件,它可以將橋梁上部結(jié)構(gòu)的受力和變形傳遞給墩臺,而支座內(nèi)部的應(yīng)力分布能有效反映橋梁支座的工作狀態(tài)和整體橋梁的健康情況,支座的受力監(jiān)測對橋梁健康維護具有重要意義。因此本課題采用數(shù)據(jù)采集與信號處理相關(guān)技術(shù)設(shè)計并實現(xiàn)一種智能橋梁支座受力監(jiān)測的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),具有模擬前端調(diào)理電路,內(nèi)置數(shù)字濾波模塊,輸入通道為36通道,采用低功耗器件,測試誤差最大為1.2mV。本課題使用FPGA來實現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集方案,可以克服傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術(shù)繁瑣復(fù)雜,采樣效率低以及DSP對于復(fù)雜的硬件邏輯控制技術(shù)局限等問題,達到減小內(nèi)部延時、簡化電路、提高抗干擾能力以及保證ADC所有通道實時同步采樣的效果。首先,本課題提出智能橋梁支座受力監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案,將設(shè)計分為硬軟兩部分研究,介紹數(shù)據(jù)采集技術(shù),并根據(jù)支座受力監(jiān)測具體工況分析選用主要的器件,包括智能橋梁支座模型、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7795以及XILINX SPART AN-6 系列 FPGA。其次,根據(jù)所選器件進行硬件設(shè)計,系統(tǒng)主要由模擬前端調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集電路、FPGA外圍及配置電路、數(shù)據(jù)傳輸電路和電源電路構(gòu)成,并利用Cadence軟件進行PCB的設(shè)計。然后,介紹FPGA的開發(fā)流程以及設(shè)計思想,通過ISE集成開發(fā)環(huán)境利用VHDL硬件描述語言完成支座受力監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計,主要包括AD采樣模塊、數(shù)字濾波、FIFO模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊,并對系統(tǒng)各部分進行仿真測試。最后,對系統(tǒng)進行調(diào)試,驗證系統(tǒng)的可行性,完成以FPGA為中心的基于智能橋梁支座的受力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
【圖文】：

成為時間上離散的抽樣信號，但其取值仍然是連續(xù)的，量化使抽樣信逡逑號成為取值離散的量化信號。最后進行編碼，最基本和最常用的編碼方法是脈沖逡逑編碼調(diào)制。它將量化信號變成二進制碼元。模擬信號數(shù)字化過程如圖２－１所示。逡逑ｎＨ＾＼ｊ邋Ｌｉ逡逑ｊＬｉ．Ｉ）逡逑Ｉ邋Ｉ邋Ｊ邋．１逡逑量化…—」Ｌ］邐」逡逑４邐４邐３邐４邐２邐３邐４逡逑編碼邋１００邋１００邋Ｏｉｌ邋１００邋０１０邋Ｏｉｌ邋１００逡逑圖２－１模擬信號數(shù)字化逡逑２．１．１奈奎斯特抽樣定理逡逑抽樣定理是模擬信號數(shù)字化的理論基礎(chǔ)。抽樣定理指出：設(shè)一個連續(xù)模擬信逡逑號中的最高頻率小于厶，那么以間隔時間為■的周期性沖擊脈沖對逡逑它抽樣時，將被這些抽樣值完全確定，即可以根據(jù)這些抽樣信號的樣本來逡逑還原原來的連續(xù)信號［３３］。根據(jù)此定理，可以實現(xiàn)信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換過程。逡逑５逡逑

在低通模擬信號的抽樣過程中，為無失真的恢復(fù)原信號，應(yīng)滿足最低抽樣頻逡逑率／ｓ＞２／ｆｌ或叫＞２％，這個２／／／稱為奈奎斯特抽樣速率，對應(yīng)的最大抽樣時間逡逑間隔稱為奈奎斯特抽樣間隔，如圖２－２中的（ｂ）和（ｃ）所示，其中叫為低通信號上逡逑限截止頻率。若／ｓ＜２／ｗ，相鄰周期的頻譜間將會發(fā)生頻譜混疊，導(dǎo)致不能正確逡逑的分離出原始信號，如圖２－２中的（ｄ）。抽樣頻率／ｓ不是越高越好，太高時會使逡逑數(shù)據(jù)傳輸速率變大，，使數(shù)字信號帶寬變寬，從而使信道利用率降低，也不能等于逡逑２義，因為理想濾波器是不能實現(xiàn)的，實際濾波器的截止邊緣不可能想理想濾波逡逑器陡峭，因此抽樣頻率／ｓ—定比２么大多一些。逡逑Ｆ（ｃｏ）逡逑Ａ逡逑邐０邐，逡逑０邋0）＊逡逑（ａ）低通信號頻帶逡逑ｃ（？）逡逑Ａ逡逑／ｉ＼邋Ａ邋Ａ邋ｍ邋Ａ．逡逑－２（0ｓ邋－（0ｓ邋－（0ｋ邋0邋ｃｏ＊邋ｃｏ５邐２ｇ）ｓ逡逑（ｂ）邐ｃｏｓ邋＞邋２ｃｏｈ逡逑６（０）逡逑Ａ逡逑－２（0ｓ邐－（0－（0ｋ邋0邋ｃｏ＾邋ｃｄ５邋２ｃｏ５逡逑（ｃ）邐Ｃ0ｓ邋＝邋２ｃ0ｈ逡逑ｆ）邐’逡逑（ｄ）邐ｃｏｓ邋＜邋２ｃｏ？逡逑圖２－２低通模擬信號抽樣逡逑對于帶通模擬信號的抽樣過程，由于帶通信號的焱較高，若按照低通信號逡逑定理抽樣
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP274.2;U446

【參考文獻】

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本文編號：2652828