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技術文章
時間同步服務器在橋梁檢測中的解決方案
點擊次數(shù)：3941 發(fā)布時間：2010-12-12
一、系統(tǒng)概述
橋梁構造范圍很廣、結構較為特殊，監(jiān)測點分散在各處，很多監(jiān)測項目又具有實時性的特點，例如地震、交通事故等。因此對于各部位監(jiān)測數(shù)據(jù)需要非常準確的時間同步，一般的數(shù)據(jù)采集技術難以達到監(jiān)測要求，如果不采用一種同步技術，極有可能造成各個監(jiān)測點采集數(shù)據(jù)時間上的微小誤差，不僅造成監(jiān)測結果的不準確，還嚴重影響了對橋梁健康的研究分析。而通過時間同步服務器*可以避免這些問題。 關于時間同步服務器的詳細介紹，請參考http://www.ruicheng-china.cn/。
整個采集系統(tǒng)分散在橋梁的各個部位。橋梁按照區(qū)域劃分為若干區(qū)段，在主要幾個區(qū)段中安置著信號采集機站，每組采集機站均和時間同步服務器相連，GPS PPS接收器接受GPS時鐘同步信號，做相應的處理得到時鐘同步信號和時間戳并發(fā)送給PXI采集設備，采集設備接收處理后的GPS同步信號，達到同步整個分布式采集系統(tǒng)。
橋梁構造范圍很廣、結構較為特殊，監(jiān)測點分散在各處，很多監(jiān)測項目又具有實時性的特點，例如地震、交通事故等。因此對于各部位監(jiān)測數(shù)據(jù)需要非常準確的時間同步，一般的數(shù)據(jù)采集技術難以達到監(jiān)測要求，如果不采用一種同步技術，極有可能造成各個監(jiān)測點采集數(shù)據(jù)時間上的微小誤差，不僅造成監(jiān)測結果的不準確，還嚴重影響了對橋梁健康的研究分析。而通過時間同步服務器*可以避免這些問題。 關于時間同步服務器的詳細介紹，請參考http://www.ruicheng-china.cn/。
整個采集系統(tǒng)分散在橋梁的各個部位。橋梁按照區(qū)域劃分為若干區(qū)段，在主要幾個區(qū)段中安置著信號采集機站，每組采集機站均和時間同步服務器相連，GPS PPS接收器接受GPS時鐘同步信號，做相應的處理得到時鐘同步信號和時間戳并發(fā)送給PXI采集設備，采集設備接收處理后的GPS同步信號，達到同步整個分布式采集系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)組成
1.所謂時鐘同步有以下2方面含義，只有2方面都達到同步，才能稱為真正的同步采集。
a） 數(shù)據(jù)采樣頻率的同步，包括采樣時鐘信號的脈沖同步以及相位同步。
b） 時間軸上的同步，即采樣點時間標簽的同步。
2.GPS PPS時鐘同步技術的系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)主要由GPS接收器和NI PXI采集設備2大部分組成。結構如圖1：
1.所謂時鐘同步有以下2方面含義，只有2方面都達到同步，才能稱為真正的同步采集。
a） 數(shù)據(jù)采樣頻率的同步，包括采樣時鐘信號的脈沖同步以及相位同步。
b） 時間軸上的同步，即采樣點時間標簽的同步。
2.GPS PPS時鐘同步技術的系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)主要由GPS接收器和NI PXI采集設備2大部分組成。結構如圖1：
圖1.GPS PPS時鐘同步系統(tǒng)組成圖
時間同步服務器的輸入端連接著一個GPS信號接受天線，接受來自GPS衛(wèi)星發(fā)送的時鐘信號，輸出端分為3部分：
10MPPS（Pulse Per Second）信號：用于同步采集系統(tǒng)，作為采集系統(tǒng)的采樣基頻。此信號不包含任何的時間信息，僅僅為簡單的脈沖信號，脈沖間隔為10納秒。
1PPS（Pulse Per Second）信號：用于采集系統(tǒng)觸發(fā)采集使用。此信號是一個很簡單的，不包含任何時間信息（年或月之類）的脈沖信號，以1PPS為例，每秒發(fā)生1次脈沖，每個脈沖的寬度通常為100毫秒，PPS信號是一種較為簡單的同步技術，但其效果卻不亞于任何復雜的同步時鐘信號。
時間（GMT）信號：用于替代采集系統(tǒng)自身的時間標簽。此信號采用NEMA標準，表現(xiàn)形式為GMT時間，以字符串方式顯示，例如“06.001…..”，其中*部分為年份，第二部分為年中天數(shù)，第三部分為一天的具體時間，到秒級。
PXI采集設備采用NI PXI 1045 18槽機箱，NI PXI 8187主控制器為主，采集卡為NI PXI 6652、6602、4472B，其中：
PXI 6652時鐘同步模塊采用NI提供的SMB（類似BNC同軸電纜的接口）接口于GPS接收器的10M PPS輸出端相連，接收10M PPS時鐘信號，并且將此時鐘信號進行分頻，把分頻后的時鐘信號提供到PXI機箱背板，提供給高速同步采集卡PXI 4472B作為采樣時鐘頻率。
PXI 6602計數(shù)器采用接線端子板與時間同步服務器的1 PPS輸出端相連，需要同時接入2個輸入端口，都接收1 PPS信號，*個輸入端收到信號后，按1 PPS頻率進行計數(shù)，并設定采集時間，當達到采集的起始時間，PXI 6602提供觸發(fā)信號，觸發(fā)PXI 4472B開始采集；第二個輸入端的1 PPS頻率脈沖為4472B提供相位同步觸發(fā)脈沖。
PXI 8187控制器的標準RS232串口與GPS接收器的時間輸出端相連，接收GPS接收器提供的時間信息，并計算每個采樣點的時間間隔＋觸發(fā)開始的時間來獲取該采樣點的時間標簽。
3.采用NI LABVIEW虛擬儀器編寫可視性較高的數(shù)據(jù)采集及處理軟件。
10MPPS（Pulse Per Second）信號：用于同步采集系統(tǒng)，作為采集系統(tǒng)的采樣基頻。此信號不包含任何的時間信息，僅僅為簡單的脈沖信號，脈沖間隔為10納秒。
1PPS（Pulse Per Second）信號：用于采集系統(tǒng)觸發(fā)采集使用。此信號是一個很簡單的，不包含任何時間信息（年或月之類）的脈沖信號，以1PPS為例，每秒發(fā)生1次脈沖，每個脈沖的寬度通常為100毫秒，PPS信號是一種較為簡單的同步技術，但其效果卻不亞于任何復雜的同步時鐘信號。
時間（GMT）信號：用于替代采集系統(tǒng)自身的時間標簽。此信號采用NEMA標準，表現(xiàn)形式為GMT時間，以字符串方式顯示，例如“06.001…..”，其中*部分為年份，第二部分為年中天數(shù)，第三部分為一天的具體時間，到秒級。
PXI采集設備采用NI PXI 1045 18槽機箱，NI PXI 8187主控制器為主，采集卡為NI PXI 6652、6602、4472B，其中：
PXI 6652時鐘同步模塊采用NI提供的SMB（類似BNC同軸電纜的接口）接口于GPS接收器的10M PPS輸出端相連，接收10M PPS時鐘信號，并且將此時鐘信號進行分頻，把分頻后的時鐘信號提供到PXI機箱背板，提供給高速同步采集卡PXI 4472B作為采樣時鐘頻率。
PXI 6602計數(shù)器采用接線端子板與時間同步服務器的1 PPS輸出端相連，需要同時接入2個輸入端口，都接收1 PPS信號，*個輸入端收到信號后，按1 PPS頻率進行計數(shù)，并設定采集時間，當達到采集的起始時間，PXI 6602提供觸發(fā)信號，觸發(fā)PXI 4472B開始采集；第二個輸入端的1 PPS頻率脈沖為4472B提供相位同步觸發(fā)脈沖。
PXI 8187控制器的標準RS232串口與GPS接收器的時間輸出端相連，接收GPS接收器提供的時間信息，并計算每個采樣點的時間間隔＋觸發(fā)開始的時間來獲取該采樣點的時間標簽。
3.采用NI LABVIEW虛擬儀器編寫可視性較高的數(shù)據(jù)采集及處理軟件。
