《電子技術(shù)應(yīng)用》
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軌道動(dòng)靜結(jié)合快速檢測(cè)多源數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)
2021年電子技術(shù)應(yīng)用第7期
陳小宇1,汪 歆1,武瑞宏2,任曉春2,鄧 川2
1.華中師范大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,湖北 武漢430079;2.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,陜西 西安710043
摘要: 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的高精度同步采集是軌道動(dòng)靜結(jié)合快速檢測(cè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。設(shè)計(jì)了一套軌道動(dòng)靜結(jié)合快速檢測(cè)多源數(shù)據(jù)采集模塊,該模塊以Xilinx公司的Artix-7系列FPGA為主控芯片,以英偉達(dá)TX2高性能計(jì)算機(jī)為核心數(shù)據(jù)處理單元,利用高穩(wěn)晶振、結(jié)合GPS輸出的PPS脈沖和NEMA數(shù)據(jù)建立高精度時(shí)間基準(zhǔn),通過(guò)控制AD采樣頻率實(shí)現(xiàn)位移傳感器、溫度傳感器、激光位移傳感器等多傳感器數(shù)據(jù)的高精度實(shí)時(shí)同步采集。該模塊體積小、成本低。測(cè)試表明,該模塊可實(shí)現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)高精度同步采集,同步精度達(dá)微秒級(jí)。
中圖分類號(hào): TN709文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: ADOI:10.16157/j.issn.0258-7998.201033

中文引用格式: 陳小宇,汪歆,武瑞宏,等. 軌道動(dòng)靜結(jié)合快速檢測(cè)多源數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2021,47(7):111-117,124.
英文引用格式: Chen Xiaoyu,Wang Xin,Wu Ruihong,et al. Design of multi-source data acquisition module for rapid detection of track dynamics and statics[J]. Application of Electronic Technique,2021,47(7):111-117,124.
Design of multi-source data acquisition module for rapid detection of track dynamics and statics
Chen Xiaoyu1,Wang Xin1,Wu Ruihong2,Ren Xiaochun2,Deng Chuan2
1.College of Physical Science and Technology,Central China Normal University,Wuhan 430079,China; 2.China Railway First Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Xi′an 710043,China
Abstract: The high-precision synchronous collection of multi-source heterogeneous data is a key technology in the rapid detection system of combined track motion and static. In this paper, a set of track dynamic and static combined rapid detection multi-source data acquisition module is designed. This module uses Xilinx′s Artix-7 series FPGA as the main control chip, NVIDIA TX2 high-performance computer as the core data processing unit, and uses high-stability crystal oscillators and PPS pulse and NEMA data output by GPS establish a high-precision time reference, and realize high-precision real-time synchronous collection of multi-sensor data such as displacement sensors, temperature sensors, and laser displacement sensors by controlling AD sampling frequency. The module is small in size and low in cost. Tests show that the module can achieve high-precision synchronous collection of multi-sensor data, with a synchronization accuracy of microseconds.
Key words : track detection;multi-sensor integration;synchronous acquisition;FPGA

0 引言

    多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的高精度同步采集是軌道動(dòng)靜結(jié)合檢測(cè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一[1-3]。軌道動(dòng)靜結(jié)合檢測(cè)系統(tǒng)是以慣性測(cè)量系統(tǒng)為核心測(cè)量單元,并輔以全站儀、GPS、軌距、傾角、里程計(jì)、軌枕識(shí)別等多類高精度傳感器,實(shí)現(xiàn)鐵路軌道幾何尺寸的快速檢測(cè)。隨著高鐵的迅猛發(fā)展,列車的速度不斷提高,在列車提速的同時(shí),會(huì)對(duì)鐵軌造成更大的傷害,鐵路軌道會(huì)發(fā)生形變、磨耗等現(xiàn)象,而軌道結(jié)構(gòu)的各個(gè)部件產(chǎn)生的形變都會(huì)直接或間接影響列車運(yùn)營(yíng)的平穩(wěn)性和安全性[4-9]。由于軌道動(dòng)靜結(jié)合快速檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測(cè)量模式,測(cè)量速率快,采樣頻率高,大量多源數(shù)據(jù)需要同步采集、處理與存儲(chǔ),并實(shí)時(shí)上傳至控制中心,用于后續(xù)綜合解算,因此,對(duì)多源數(shù)據(jù)采集模塊提出了更高的性能需求[10]。針對(duì)上述問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)了一套軌道動(dòng)靜結(jié)合快速檢測(cè)多源數(shù)據(jù)采集模塊,該模塊以FPGA為主控芯片,利用高穩(wěn)晶振、結(jié)合GPS輸出的PPS脈沖建立高精度時(shí)間基準(zhǔn),通過(guò)控制AD采樣頻率實(shí)現(xiàn)位移傳感器、溫度傳感器、激光位移傳感器等多傳感器數(shù)據(jù)的高精度實(shí)時(shí)同步采集[11-12],將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)USB實(shí)時(shí)傳輸至Jetson TX2[13],進(jìn)行融合處理后,實(shí)現(xiàn)鐵軌幾何尺寸、形變及磨損的快速檢測(cè)。




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作者信息:

陳小宇1,汪  歆1,武瑞宏2,任曉春2,鄧  川2

(1.華中師范大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,湖北 武漢430079;2.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,陜西 西安710043)




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