时间同步服务器在桥梁检测中的解决方案
时间：2010-12-12 阅读：3988
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*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。
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*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.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：
图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：
10MPPS（Pulse 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。
1PPS（Pulse 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 6652、6602、4472B，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的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。
10MPPS（Pulse 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。
1PPS（Pulse 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 6652、6602、4472B，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的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。
