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时间同步服务器在桥梁检测中的解决方案
浏览次数:2197发布日期:2010-12-12

 

一、系统概述
  桥梁构造范围很广、结构较为特殊,监测点分散在各处,很多监测项目又具有实时性的特点,例如地震、交通事故等。因此对于各部位监测数据需要非常准确的时间同步,一般的数据采集技术难以达到监测要求,如果不采用一种同步技术,极有可能造成各个监测点采集数据时间上的微小误差,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。而通过时间同步服务器完全可以避免这些问题。 关于时间同步服务器的详细介绍,请参考http://www.ruicheng-china.cn/
  整个采集系统分散在桥梁的各个部位。桥梁按照区域划分为若干区段,在主要几个区段中安置着信号采集机站,每组采集机站均和时间同步服务器相连,GPS PPS接收器接受GPS时钟同步信号,做相应的处理得到时钟同步信号和时间戳并发送给PXI采集设备,采集设备接收处理后的GPS同步信号,达到同步整个分布式采集系统。
二、系统组成
  1.所谓时钟同步有以下2方面含义,只有2方面都达到同步,才能称为真正的同步采集。
  a) 数据采样频率的同步,包括采样时钟信号的脉冲同步以及相位同步。
  b) 时间轴上的同步,即采样点时间标签的同步。
  2.GPS PPS时钟同步技术的系统组成
  该系统主要由GPS接收器和NI PXI采集设备2大部分组成。结构如图1

1.GPS PPS时钟同步系统组成图
  时间同步服务器的输入端连接着一个GPS信号接受天线,接受来自GPS卫星发送的时钟信号,输出端分为3部分:
  10MPPSPulse Per Second)信号:用于同步采集系统,作为采集系统的采样基频。此信号不包含任何的时间信息,仅仅为简单的脉冲信号,脉冲间隔为10纳秒。
  1PPSPulse Per Second)信号:用于采集系统触发采集使用。此信号是一个很简单的,不包含任何时间信息(年或月之类)的脉冲信号,以1PPS为例,每秒发生1次脉冲,每个脉冲的宽度通常为100毫秒,PPS信号是一种较为简单的同步技术,但其效果却不亚于任何复杂的同步时钟信号。
  时间(GMT)信号:用于替代采集系统自身的时间标签。此信号采用NEMA标准,表现形式为GMT时间,以字符串方式显示,例如“06.001…..”,其中*部分为年份,第二部分为年中天数,第三部分为一天的具体时间,到秒级。
  PXI采集设备采用NI PXI 1045 18槽机箱,NI PXI 8187主控制器为主,采集卡为NI PXI 665266024472B,其中:
  PXI 6652时钟同步模块采用NI提供的SMB(类似BNC同轴电缆的接口)接口于GPS接收器的10M PPS输出端相连,接收10M PPS时钟信号,并且将此时钟信号进行分频,把分频后的时钟信号提供到PXI机箱背板,提供给高速同步采集卡PXI 4472B作为采样时钟频率。
  PXI 6602计数器采用接线端子板与时间同步服务器1 PPS输出端相连,需要同时接入2个输入端口,都接收1 PPS信号,*个输入端收到信号后,按1 PPS频率进行计数,并设定采集时间,当达到采集的起始时间,PXI 6602提供触发信号,触发PXI 4472B开始采集;第二个输入端的1 PPS频率脉冲为4472B提供相位同步触发脉冲。
  PXI 8187控制器的标准RS232串口与GPS接收器的时间输出端相连,接收GPS接收器提供的时间信息,并计算每个采样点的时间间隔+触发开始的时间来获取该采样点的时间标签。
  3.采用NI LABVIEW虚拟仪器编写可视性较高的数据采集及处理软件。

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