沉降传感器用信号处理装置、系统及信号处理方法与流程

1.本发明属于沉降传感设备技术领域，具体涉及一种沉降传感器用信号处理装置、系统及信号处理方法。


背景技术：

2.传统沉降传感器输出模拟信号，需要特定的检测设备才能检测到信号，检测难度高，模拟信号在传输过程中容易受环境干扰，传输线路对模拟信号衰减大，造成沉降测量精度不高。
3.同时模拟信号不易组网，妨碍大规模应用。
4.因此，亟需开发一种新的沉降传感器用信号处理装置、系统及信号处理方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种沉降传感器用信号处理装置、系统及信号处理方法，以解决如何实现沉降传感器输出数字信号的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种沉降传感器用信号处理装置，其包括：处理单元、与所述处理单元电性相连的检测单元和通信单元；其中所述检测单元的输入端连接沉降传感器，所述通信单元与采集中心相连；所述检测单元适于接收沉降传感器输出的模拟信号，并向所述处理单元输出变化的频率信号，即所述处理单元适于根据变化的频率信号得出沉降数据，并通过所述通信单元将该沉降数据发送至采集中心。
7.在其中一个实施例中，所述处理单元包括：多谐振荡器；所述多谐振荡器接收沉降传感器输出的模拟信号，即所述多谐振荡器向处理单元输出变化的频率信号。
8.在其中一个实施例中，所述多谐振荡器内设置555芯片。
9.在其中一个实施例中，所述处理单元通过3σ准则滤除频率信号中的异常值，以确定频率信号的波动范围为其中σi分别是频率信号的均值、标准差；所述处理单元将处于波动范围内的频率信号进行小波变换以滤除频率信号中的噪声，即所述处理单元将滤除噪声后的频率信号与频率对应的沉降距离表格来计算出对应的频率变化量导致的沉降变化量，即所述处理单元将沉降变化量打包为modbus协议帧，并通过所述通信单元传送至采集中心。
10.在其中一个实施例中，所述通信单元包括：rs485芯片；所述处理单元通过rs485芯片将modbus协议帧传输至采集中心。
11.另一方面，本发明提供一种数字式电感沉降测量系统，其包括：处理单元、与所述处理单元电性相连的沉降传感器、检测单元和通信单元；其中所述检测单元的输入端连接沉降传感器，所述通信单元与采集中心相连；所述检测单元适于接收沉降传感器输出的模拟信号，并向所述处理单元输出变化的频率信号，即所述处理单元适于根据变化的频率信
号得出沉降数据，并通过所述通信单元将该沉降数据发送至采集中心。
12.在其中一个实施例中，所述处理单元包括：多谐振荡器；所述多谐振荡器接收沉降传感器输出的模拟信号，即所述多谐振荡器向处理单元输出变化的频率信号。
13.在其中一个实施例中，所述多谐振荡器内设置555芯片。
14.在其中一个实施例中，所述处理单元通过与频率对应的沉降距离表格来计算出对应的频率变化量导致的沉降变化量，即所述处理单元将沉降变化量打包为modbus协议帧，并通过所述通信单元传送至采集中心。
15.在其中一个实施例中，所述通信单元包括：rs485芯片；所述处理单元通过rs485芯片将modbus协议帧传输至采集中心。
16.第三方面，本发明提供一种沉降传感器用信号处理方法，其包括：通过检测单元接收沉降传感器输出的模拟信号，并向处理单元输出变化的频率信号；由处理单元通过3σ准则滤除频率信号中的异常值，以确定频率信号的波动范围为其中σi分别是频率信号的均值、标准差；由处理单元将处于波动范围内的频率信号进行小波变换以滤除频率信号中的噪声；通过处理单元将滤除噪声后的频率信号与频率对应的沉降距离表格来计算出对应的频率变化量导致的沉降变化量；通过处理单元将沉降变化量打包为modbus协议帧，并通过通信单元传送至采集中心。
17.本发明的有益效果是，本发明通过设置在沉降传感器的输出端依次连接检测单元、处理单元、通信单元，能够对沉降传感器进行数字化改造，把原有沉降传感器检测的模拟信号转换为标准的数字信号，然后再进行传输，避免传输过程中易受干扰，衰减大等缺点，提高检测精度。
18.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
19.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明的沉降传感器用信号处理装置的原理框图；
22.图2是本发明的检测单元的电路图；
23.图3是本发明的处理单元的电路图；
24.图4是本发明的通信单元的电路图；
25.图5是本发明的处理单元的工作流程图；
26.图6是本发明的数字式电感沉降测量系统的原理框图。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.实施例1
29.在本实施例中，如图1至图5所示，本实施例提供了一种沉降传感器用信号处理装置，其包括：处理单元u1、与所述处理单元u1电性相连的检测单元和通信单元；其中所述检测单元的输入端连接沉降传感器，所述通信单元与采集中心相连；所述检测单元适于接收沉降传感器输出的模拟信号，并向所述处理单元u1输出变化的频率信号，即所述处理单元u1适于根据变化的频率信号得出沉降数据，并通过所述通信单元将该沉降数据发送至采集中心。
30.在本实施例中，处理单元u1采用stc12系列单片机，且stc12系列单片机为单时钟/机器周期的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，完全兼容mcs-51指令系统，适宜用于传感器领域，flash空间从1k字节到12k字节可选，利用后续传感器升级换代而不需要替换mcu，集成pca模块，可同时支持上升沿下降沿中断，可用于实现传感器的信号捕获计量，通用全双工异步串行口，为传感器提供外界联系的功能，便于组网，工作温度范围-40度～ 85度工业级范围，适应大部分场合的应用。
31.在本实施例中，本实施例通过设置在沉降传感器的输出端依次连接检测单元、处理单元u1、通信单元，能够对沉降传感器进行数字化改造，把原有沉降传感器检测的模拟信号转换为标准的数字信号，然后再进行传输，避免传输过程中易受干扰，衰减大等缺点，提高检测精度。
32.在本实施例中，所述处理单元u1包括：多谐振荡器；所述多谐振荡器接收沉降传感器输出的模拟信号，即所述多谐振荡器向处理单元u1输出变化的频率信号。
33.在本实施例中，所述多谐振荡器内设置555芯片u2。
34.在本实施例中，电感沉降带来的电感量的变化，促使多谐振荡器频率变化，频率变化就可以换算出电感变化多少，电感变化多少换算出沉降距离。
35.在本实施例中，555芯片u2输出变化的频率信号传给处理单元u1，处理单元u1对传过来的变化的频率进行监频，计算出频率大小，并调用内部事先学习好的频率对应的沉降距离表格来计算出对应的频率变化导致沉降变化多少，最后把沉降位移打包为modbus协议帧通过通信单元传送出去。
36.在本实施例中，所述处理单元u1通过3σ准则滤除频率信号中的异常值，以确定频率信号的波动范围为其中σi分别是频率信号的均值、标准差；所述处理单元u1将处于波动范围内的频率信号进行小波变换以滤除频率信号中的噪声，即所述处理单元u1将滤除噪声后的频率信号与频率对应的沉降距离表格来计算出对应的频率变化量导致的沉降变化量，即所述处理单元u1将沉降变化量打包为modbus协议帧，并通过所述通信单元传送至采集中心。
37.在本实施例中，由于是将模拟信号转换为标准的数字信号，会存在信号干扰、衰减
大、精度低的问题，本实施例通过确定频率信号的波动范围能够提高沉降传感器检测精度，能够初步滤除信号中的干扰，并通过小波变换进一步滤除噪声，能够避免传输过程中易受干扰，衰减大等缺点，提高检测精度，从而起到将传统沉降传感器只能输出模拟信号升级为输出数字信号的作用。
38.在本实施例中，所述通信单元包括：rs485芯片u3；所述处理单元u1通过rs485芯片u3将modbus协议帧传输至采集中心。
39.在本实施例中，rs485芯片u3采用自身具备抗浪涌功能的sn75lbc184型rs-485芯片，采用差分信号进行传输，最大传输距离可以达到1.2km，最大可链接32个驱动器和收发器，接收器最小的灵敏度可达正负200mv，最大传输速率可达2.5mb/s，采用rs485芯片u3进行通信，对远距离采集、高零度采集、组网采集来说是最恰当不过的选择。
40.工作原理处理单元u1通过检测单元进行频率侦测，当接收到频率信号后进行频率计算，即计算出对应的频率变化量导致的沉降变化量，将沉降变化量打包为modbus协议帧，通过rs485芯片u3发送数据。
41.实施例2
42.在实施例1的基础上，如图1至图6所示，本实施例提供一种数字式电感沉降测量系统，其包括：处理单元u1、与所述处理单元u1电性相连的沉降传感器、检测单元和通信单元；其中所述检测单元的输入端连接沉降传感器，所述通信单元与采集中心相连；所述检测单元适于接收沉降传感器输出的模拟信号，并向所述处理单元u1输出变化的频率信号，即所述处理单元u1适于根据变化的频率信号得出沉降数据，并通过所述通信单元将该沉降数据发送至采集中心。
43.在本实施例中，所述处理单元u1包括：多谐振荡器；所述多谐振荡器接收沉降传感器输出的模拟信号，即所述多谐振荡器向处理单元u1输出变化的频率信号。
44.在本实施例中，所述多谐振荡器内设置555芯片u2。
45.在本实施例中，所述处理单元u1通过与频率对应的沉降距离表格来计算出对应的频率变化量导致的沉降变化量，即所述处理单元u1将沉降变化量打包为modbus协议帧，并通过所述通信单元传送至采集中心。
46.在本实施例中，所述通信单元包括：rs485芯片u3；所述处理单元u1通过rs485芯片u3将modbus协议帧传输至采集中心。
47.实施例3
48.在上述实施例的基础上，本实施例提供一种沉降传感器用信号处理方法，其包括：通过检测单元接收沉降传感器输出的模拟信号，并向处理单元u1输出变化的频率信号；由处理单元u1通过3σ准则滤除频率信号中的异常值，以确定频率信号的波动范围为其中σi分别是频率信号的均值、标准差；由处理单元u1将处于波动范围内的频率信号进行小波变换以滤除频率信号中的噪声；通过处理单元u1将滤除噪声后的频率信号与频率对应的沉降距离表格来计算出对应的频率变化量导致的沉降变化量；通过处理单元u1将沉降变化量打包为modbus协议帧，并通过通信单元传送至采集中心。
49.综上所述，本发明通过设置在沉降传感器的输出端依次连接检测单元、处理单元、
通信单元，能够对沉降传感器进行数字化改造，把原有沉降传感器检测的模拟信号转换为标准的数字信号，然后再进行传输，避免传输过程中易受干扰，衰减大等缺点，提高检测精度。
50.本技术中选用的各个器件(未说明具体结构的部件)均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。并且，本技术所涉及的软件程序均为现有技术，本技术不涉及对软件程序作出任何改进。
51.在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
53.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
54.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
55.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。