摘要：橋梁分布在廣闊的空間范圍內，給數據的采集帶來了一定的困難。尤其對于振動信號，根據模態分析的需要，需要各采集點的時間嚴格同步。該文利用虛擬儀器開發的數據采集系統，可以滿足分布各點的振動信號的同步采集。同時，該文利用LabVIEW開發了數據處理系統，可以對信號進行存儲顯示及頻譜分析，通過對實驗平臺的振動數據采集處理結果顯示，系統運行正常、處理結果正確。
關鍵詞：虛擬儀器；同步數據采集；環境激勵；頻譜分析

0 引言
橋梁健康監測通過對橋梁結構狀態的監測與評估，為其在特殊氣候、特殊交通條件下或運營狀況嚴重異常時觸發預警信號，分析評估橋梁使用壽命，并為橋梁的養護、維修與管理決策等提供科學的依據。
橋梁健康監測需要大量的硬件和軟件支持，傳統儀器雖然有很多優點，但是使用功能單一，價格昂貴，虛擬儀器已經在測量控制行業得到了迅速的發展，其綜合了計算機強大的計算功能，以及和通信網絡的技術融合，使得橋梁的遠程實時監測成為現實。
LabVIEW作為一款圖形化編程平臺，它在數據采集(DAQ)、虛擬儀器軟件框架(VISA)、通用接口總線(GPIB)及串口儀器控制、圖像處理、數據分析和圖表顯示方面都具有強大的優勢。
該文主要利用虛擬儀器搭建了橋梁振動信號的采集系統，利用LabVIEW實現了信號處理系統的設計。最后通過實驗驗證了系統的性能。

1 系統整體方案
橋梁的固有頻率是橋梁健康評價的重要指標，通過對橋梁在自然環境激勵下振動信號的同步采集和分析，可以得到橋梁的固有頻率。該文所設計的振動信號采集與處理系統屬于橋梁健康監測系統的一部分，主要包括傳感器子系統、數據同步采集與傳輸子系統、數據存儲與顯示子系統、數據處理子系統。振動數據采集處理系統結構圖如圖1所示。

2 同步采集系統搭建
同步采集技術根據同步基準的不同，可以分為基于信號的同步和基于時間的同步。基于信號的同步，子系統的時鐘和觸發信號通過物理連接分享，而對于空間距離較大的數據同步，由于信號同步最大距離的限制，使用基于時間的同步更為合適。
PXI是多通道同步采集最理想的平臺，PXI的背板提供多種基于信號的同步選項，其中包括一個系統定時槽位、星形觸發總線、一個10 MHz的系統參考時鐘、同步脈沖和觸發總線等。一座橋梁分布在廣闊的地理空間中，致使傳感器之間的距離較大，這樣通過電纜傳輸采樣信號和觸發信號并不實際可行。可以通過GPS進行基于時間的同步采集。GPS衛星上有準確時鐘，可以同時用于定時和時間同步。GPS用戶通過GPS衛星接收機獲取空間位置信息，同步時標和標準時間。基于上述分析，可以搭建出合理的橋梁分布式數據采集系統，以振動信號為例，其基于GPS時間同步的數據采集系統如圖2所示。其中PXI-6143同步采集卡負責采集來自加速度傳感器的測量數據，PXI-6682接收來自GPS天線的同步時間作為各采集站的時間基，并產生觸發信號。