《分散式結構健康監測數據同步採集儀器的研製》是依託大連理工大學,由李宏男擔任醒目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：分散式結構健康監測數據同步採集儀器的研製
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：專項基金項目
- 項目負責人：李宏男
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
重大工程結構的健康監測項目具有感測器容量大、信號同步採集精度需求高、長期穩定性好、數據採集及分析實時性要求高的特點。本項目針對重大工程結構健康監測的需求，開發一款基於PAC平台分散式多類感測器同步採集儀器,實現多類感測器(光纖光柵、電壓、電流和數字I/O)和多終端設備的精準同步採集，信號實時“硬”處理分析功能以及多執行緒運行的模組化、規範化的軟體平台。本儀器的開發完成，可以滿足結構健康監測的數據採集需求，為結構分析提供詳實準確的數據，提高現有結構健康監測的技術水平。
結題摘要
針對重大工程結構健康監測中的感測器種類多、數量大、分布廣、信號測量精度和同步性要求高、信號分析處理實時性強的需求，本項目自主研發完成了“分散式多類型感測器同步採集儀”，實現了僅用一台設備就能對“光纖、電壓、電流、電橋和IEPE”五類監測信號的同時控制、同步採集、高速解調、即時分析四項功能。形成了以下創新點： 1.硬體平台設計模式的創新：設計出了基於PAC平台的模組化、嵌入式硬體平台架構；內嵌的FPGA實時批處理程式實現了不同信號調理模組的高速同步採集功能、基於TCP/IP的數據傳輸協定和無損壓縮算法。 2.電類信號同步模組的創新:自行研製了橋式電路、IEPE感測信號、電壓 和電流感測器信號的同步調理模組；開發了自主IP核的高速全雙工並行控制協定及控制電路，解決了單通道難以自由切換信號類型以及通道間信號串擾的監測難題，實現了由用戶自主定義每個感測器採集通道信號類型的功能。 3.光纖光柵解調模組化設計與解調技術創新:設計了基於寬光譜波長掃描 型光纖雷射器的光纖光柵解調模組，其光譜動態範圍可達90nm，掃描光脈衝功率為1dbm；自主研發了高速全雙工協定的光纖弱信號轉換放大電路模組，實現了30dB的弱光信號增益。 4.信號實時硬處理功能創新:針對大型結構安全監測常用的感測器信號類型，研製出了具有自主IP核基於FPGA的信號實時自適應濾波、時頻分析和動態閾值觸發算法，利用硬體並行優勢和硬體定時的速度與穩定性，實現了真正意義上的無延時、高速度、分散式的監測信號實時“硬”處理功能。 5.嵌入式操作平台架構創新:開發了與硬體設備配套的狀態機和循環事件結構互耦合的軟體架構，設計出了結構安全監測中的基本域，給出了各個域內部數據特性及相應的狀態和偽狀態，並建立了相應的轉換和連線機制，實現了與嵌入式硬體平台無縫結合、程式功能模組化、多執行緒並行運行的功能。 本項目研究成果已經在多項重大工程結構安全監測系統的設計與實施中取得了良好的效果，產生了顯著的經濟和社會效益，提高了我國在結構健康監測領域的研究水平。
