[发明专利]多路光栅尺信号采集测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种位移数据自动采集分析系统，尤其是一种运用于地质力学模型试验柔性传递式内置微型多点位移数据的多路光栅尺信号采集测量系统。

背景技术

目前，国内外应用于实际工程现场的多点位移测试方法已有很多种，但运用于地质力学模型试验的微型多点位移测试系统尚不多见。

国内比较成功的范例是清华大学李仲奎教授所发明的差动变压器式的多点位移测试系统，并应用到溪洛度水电站洞室群地质力学模型试验中。采用电阻传感器量测位移，测量精度较高可达0.001mm，但电阻传感器易受外界电磁场的影响而降低精度。可实现数据自动采集，但位移数据自动采集分析系统画面不友好，功能简单。

山东大学朱维申教授发明的用于模型试验的柔性传递式内置微型多点位移测试系统（申请号为200810138975.5），采用高精度的光栅尺作为位移测量仪器，精度可达1μm以下；多点位移计为柔性传递式，能实时测试模型试验中拐弯测点位移；具有数据采集处理方便等优点。但存在如下缺点：

1．信号转换系统、数据采集硬件系统（数据采集柜）是分离的，数据信号线的连接不方便，不利于模型试验位移测量结果的精确测量；

2．信号采集处理采用PLC进行，反应速度慢，当光栅尺移动较快时容易丢帧，位移测量不准，严重影响试验结果；

3．数据采集分析软件系统界面较简单，仅具有数据清零、数据采集显示和简单历史曲线功能，采样周期不可调。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种操作方便、功能强大、高精度和高速响应的多路光栅尺信号采集测量系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种多路光栅尺信号采集测量系统，包括光栅尺，多路光栅信号采集测量装置和计算机数据采集处理系统，多个光栅尺通过光栅尺信号线与多路光栅信号采集测量装置的航空插口连接，多路光栅信号采集测量装置通过信号输出连接线、高速连接串口与计算机数据采集处理系统连接。

所述光栅尺的信号线外部采用多层隔离线网及金属软外壳，所述信号线的端部设有航空插头。

所述多路光栅信号采集测量装置的面板上设有多个航空插口，光栅尺信号线端部的航空插头插入航空插口，将光栅尺与多路光栅信号采集测量装置连接起来。

所述多路光栅信号采集测量装置包括：

截止频率达20MHz的高速光电耦合器，对光栅尺的信号做高速光栅信号采集；

反相器，对高速光电耦合器采集到的光栅信号做进一步的整型，以保证进入ARM芯片的高速数据模块之前的光栅信号是干净、完整的；

ARM芯片，将经过反相器对信号采集整形处理的光栅信号采用ARM芯片中的高速正交编码采集模块QEI对经过滤波、整型后的信号做计数、判向和4倍频处理；

同步串行接口SSI，将每一片ARM芯片采集处理后的数据发送至主ARM芯片；

主ARM芯片，通过RS485接口与计算机数据采集处理系统通讯。

所述计算机数据采集处理系统为MOXO多串口卡拓展出多个高速串口，能够分别连接多个采集箱。

本发明的计算机数据采集处理系统，能够对多个光栅数据采集箱的参数进行设置和对采集的位移信号进行数据显示、曲线绘制、分段数据保存、打印等。

本发明试验时将多路光栅尺的数据线的航空插头按照采集仪编号的对应关系插入采集仪的插孔内，通过数据线连接采集装置与计算机，打开计算机数据采集处理系统即可进行位移测量。该系统可实现如下功能：

1．可采集8路、16路或32路光栅尺信号数据；

2．对采集的数据行进实时记录并进行存档；，

3．存档数据即可在线查询又可以EXCEL形式导出；

4．包含存档数据的历史曲线和时程曲线；

5．有数据查询功能；

6．通过用户管理对用户的操作权限进行控制，防止误操作。

7.可以对多个光栅数据采集箱的信号进行数据显示、曲线绘制、分段数据保存、打印等。

本发明与国内外同类产品相比具有如下显著的技术优势：

（1）能连接不同分辨率和量程的光栅尺，在计算机数据采集处理系统中设置，仅需将光栅尺的数据线插头插入操作台的链接插口；实现了光栅尺信号转换系统、数据采集、分析系统的统一结合，可实现位移的实时监测、保存和分析，并具有数据导出、查询和权限设置功能。

（2）采用ARM高速处理模块，采样频率高达20MHz，适用于瞬间动态位移量测和静态位移量测；系统采用计算机控制，测试精度可达0.1μm，界面友好、直观，操作简便.