[实用新型]一种用于土木结构健康监测的MEMS传感器GPRS采集节点

说明书

技术领域

本实用新型属于结构健康监测技术领域，具体涉及一种用于土木结构健康监测的MEMS传感器GPRS采集节点。

背景技术

目前，MEMS传感器是一种新型的微机械器件，极大促进传感器的微型化、智能化和网络功能化发展。其种类繁多，在物理、化学、生物领域都有显著发展，有运动式、支承式、控制式检测质量的MEMS传感器。制造技术的日益精进使MEMS传感器的参数指标和性能不断提高，与多种学科的价差融合又使传感器不断推陈出新，应用领域不断拓宽。

MEMS加速度计用于测量载体的加速度，并提供相关的速度和位移信息。MEMS加速度计的主要性能指标包括测量范围、分辨率、刚度因数稳定性、轴向交叉效应、噪声、零偏稳定性等。该传感器具有尺寸小、重量轻和结构简单的优点，易于实现高精度的微型传感器，应用于稳定性较高的领域。另外，长电缆在传输理论中线路阻抗的变化受频率信号幅值影响而变化，对于复杂环境的工程布设存在一定难题，接线繁琐、复杂，后期维护耗费大量时间、成本。

现提出利用高精度的MEMS传感器GPRS采集节点，该设备具有长期的稳定可靠性、抗干扰能力强，采集接口简单等特点，所以广泛应用测量于桥梁、边坡等工程中。因此，一种具有稳定可靠、抗振动和冲击、小型应用的MEMS传感器GPRS采集节点亟待提出，能广泛应用于桥梁、隧道、边坡等技术要求高的恶劣环境监测点。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种性能优越、安装简便的用于土木结构健康监测的MEMS传感器GPRS采集节点，该应变采集节点可接入不 同阻值的应变片，监测更全面准确，兼容性好，体积小，易布置，易拆装，功耗低，可靠性高。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于土木结构健康监测的MEMS传感器GPRS采集节点，包括时钟电路、MCU微处理器和MEMS电路，所述MEMS电路的输出端电性连接有滤波电路，所述滤波电路的输出端电性连接有AD转换电路，所述AD转换电路和时钟电路的输出端与MCU微处理器的输入端电性连接，且AD转换电路与MCU微处理器连接，用于加速度信号转换成数字信号供MCU微处理器分析,所述MCU微处理器的信号连接端信号连接有GPRS无线模块，所述MEMS电路、MCU微处理器和GPRS无线模块的电源输入端均电性连接于电源管理电路,所述GPRS无线模块(7)输出的信号与外置的监测平台输入的信号连接,且其GPRS无线模块采用基于TCP/IP模式组建的无线GPRS网络，其载波频段带宽大，射频信号及数据传输速率高，能实现透传传输，所述GPRS无线模块输出的信号与外置的监测平台输入的信号连接，所述应变采集节点的电压信号通过GPRS无线模块建立TCP服务器，等待连接后上位机发送控制指令，MEMS采集到的数据传输至监测平台。

优选的，所述MCU微处理器包括：MSP430F5438微处理芯片、时钟电路模块、GPRS无线模块电路，且MSP430F5438微处理芯片分别与时钟电路模块和GPRS无线模块电路电性连接,用于传输处理过的加速度信号，MEMS采用LIS344ALH芯片作为自振元件，在轴向上的静态灵敏度达到0.66mV/g，精度在+1％，可承受±2g的加速度信号冲击，工作采样频率带宽1-500Hz，零偏稳定性仅为0.5°/h，每轴加速度响应3000g/0.5ms，能够满足高分率的实用场合。

优选的，所述MEMS电路采用压电效应的加速度计和LIS344ALH芯片作为自振元件，且MEMS电路内置了调理电路，其MEMS利用振梁的力频特性，检测谐振频率变化，且MEMS内置了调理电路，输出端直接与滤波电路连接，用 于滤除加速度的谐波分量，获得最佳的品质因数和截止频率。

优选的，所述电源管理电路为TLC2154的单供电电源，且电源管理电路的电压输出端设有低压差线性稳压器芯片，电源管理电路电压采用低压差线性稳压器芯片实现±15V到±12V的转变和12V到4V的转变，以便对不同供电电压的电路进行供电，提高电路电压的稳定性；该TLC2154的单供电电源能够避免抗电磁干扰，得到高阻抗源、低噪声的稳定性，采用TLC2154单电源供电的高精度运放，与电阻电容构成滤波电路。