轨道动静结合快速检测多源数据采集模块设计
2021年电子技术应用第7期
陈小宇1，汪 歆1，武瑞宏2，任晓春2，邓 川2
1.华中师范大学 物理科学与技术学院，湖北 武汉430079；2.中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安710043
摘要： 多源异构数据的高精度同步采集是轨道动静结合快速检测系统中的关键技术。设计了一套轨道动静结合快速检测多源数据采集模块，该模块以Xilinx公司的Artix-7系列FPGA为主控芯片，以英伟达TX2高性能计算机为核心数据处理单元，利用高稳晶振、结合GPS输出的PPS脉冲和NEMA数据建立高精度时间基准，通过控制AD采样频率实现位移传感器、温度传感器、激光位移传感器等多传感器数据的高精度实时同步采集。该模块体积小、成本低。测试表明，该模块可实现多传感器数据高精度同步采集，同步精度达微秒级。
中圖分類號： TN709文獻標識碼： ADOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201033
中文引用格式： 陳小宇，汪歆，武瑞宏，等. 軌道動靜結合快速檢測多源數據采集模塊設計[J].電子技術應用，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.
中文引用格式： 陳小宇，汪歆，武瑞宏，等. 軌道動靜結合快速檢測多源數據采集模塊設計[J].電子技術應用，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
多源異構數據的高精度同步采集是軌道動靜結合檢測系統中的關鍵技術之一[1-3]。軌道動靜結合檢測系統是以慣性測量系統為核心測量單元，并輔以全站儀、GPS、軌距、傾角、里程計、軌枕識別等多類高精度傳感器，實現鐵路軌道幾何尺寸的快速檢測。隨著高鐵的迅猛發展，列車的速度不斷提高，在列車提速的同時，會對鐵軌造成更大的傷害，鐵路軌道會發生形變、磨耗等現象，而軌道結構的各個部件產生的形變都會直接或間接影響列車運營的平穩性和安全性[4-9]。由于軌道動靜結合快速檢測系統的動態測量模式，測量速率快，采樣頻率高，大量多源數據需要同步采集、處理與存儲，并實時上傳至控制中心，用于后續綜合解算，因此，對多源數據采集模塊提出了更高的性能需求[10]。針對上述問題，本文設計了一套軌道動靜結合快速檢測多源數據采集模塊，該模塊以FPGA為主控芯片，利用高穩晶振、結合GPS輸出的PPS脈沖建立高精度時間基準，通過控制AD采樣頻率實現位移傳感器、溫度傳感器、激光位移傳感器等多傳感器數據的高精度實時同步采集[11-12]，將采集的數據通過USB實時傳輸至Jetson TX2[13]，進行融合處理后，實現鐵軌幾何尺寸、形變及磨損的快速檢測。
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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 物理科學與技術學院，湖北 武漢430079；2.中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安710043)
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