多参量光纤传感远程监测系统软件平台设计与实现

发布时间：2020-10-31 15:51

　　 大型土木工程的建设,如桥梁、隧道、高层建筑等,不仅推动着国民经济的发展,也与人民的生活息息相关。一旦发生突发性的安全事故,必将产生难以预估的生命财产损失,大型土木工程的健康监测就显得尤为重要。相较于传统的监测手段,光纤光栅传感器凭借其优良的性能,被广泛应用于大型土木工程的结构健康监测。本课题在现有光纤传感硬件的基础上,搭建了系统的硬件平台,并开发了一套适用于大型土木工程健康监测的上位机软件平台,实现了对应变、应力、位移、温度、渗压等多参量的远程实时监测。本文根据大型土木工程健康监测的实际应用需求对系统进行了需求分析,明确了系统的设计目标,并据此给出了系统的整体设计方案,将整个系统划分为本地监测系统、数据远传模块和远程监测系统三部分。本地监测系统通过使用MOI公司的光纤光栅解调仪采集布设在现场的传感器的波长数据,并由上位机软件进行波长解析,获取测量数据。本地监测系统将获取到的测量数据转发至数据远传模块,并由数据远传模块通过GPRS网络发送至远程监测系统,最终实现大型土木工程结构健康的远程实时监测。本课题的主要工作是多参量光纤传感远程监测系统上位机软件平台设计与实现。使用Visual Studio 2010作为软件的开发工具,C++作为开发语言,根据面向对象的编程思想进行模块化编程。使用单例模式、观察者模式等设计模式优化软件性能架构,还综合了多线程技术、数据库技术、GPRS通信技术等共同实现了数据的采集、显示、远传和存储等多项功能。系统上位机软件平台分为本地监测系统上位机软件和远程监测系统上位机软件两部分。本地监测系统软件平台兼容了动态解调仪和静态解调仪两种工作模式,分别设计了适用于不同工作模式下的参数配置模块,对解调仪运行参数进行配置。数据采集模块通过网口与解调仪通信,采集传感器的全光谱数据和波长数据,并交由数据解析模块计算出实际测量数据,进行数据显示和数据存储。这种模块化的方法进行编程,使软件各功能模块之间既彼此既相对独立又相互协作共同完成系统工作。远程监测系统上位机软件通过GPRS网络通信技术接收来自本地监测系统的配置信息和实时数据信息帧,并由数据解析模块按照既定的通信规约进行数据解析,得到的数据信息进行界面显示的同时通过数据连接池技术存储至Access数据库。使用Access数据库,对数据库中的数据表进行合理的表关系设计,消除了大量的数据冗余,实现了系统信息的集中管理。最终,本课题完成了对系统软件平台的设计与实现,并搭建了系统的硬件平台。系统在实验测试阶段性能稳定、运行状态良好,可以满足监测需求。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP311.52;TP212
【部分图文】：

本地监测系统??图２－１系统结构图??第一部分为本地监测系统。以本地上位机监测软件为核心，配合现场各类传??感器和光纤光栅解调设备实现工程现场安全监测参数（温度、气体浓度、渗压等）??的实时采集。由本地上位机监测软件将采集到的数据通过串口发送到ＲＴＵ，并??等待来自ＲＴＵ的控制命令。??第二部分为数据远传模块。数据远传模块是基于无线数据分组技术的远传通??讯，即在本地监测中心和远程监测中心之间建立ＧＰＲＳ无线通信连接，实现数据??的远程传输。数据远传模块的核心是ＲＴＵ。??第三部分为远程监测系统，安装在ＰＣ上的上位机软件是远程监测系统的核??心部分。上位机软件接收本地监测数据、处理数据，并显示数据。工作人员可以??在远程监测中心内实时掌握现场的状况，提高了效率。??

对各种类型的传感器进行解调，并最终将解调数据传输至本地计算机。??安装在本地计算机上的监测软件是系统的第三部分，获取来自解调仪的全光谱数??据和波长数据，并进行解析和显示。本地监测系统的结构组成如图３－１所示。??——??本地主机??１?＃关?１??｜?￣￣Ｉ?＾?「??？?－?？?＠?＠?＇＾）?－??光纤光栅?光纤光栅?光纤光册??传感器?传感器?传感器??图３－１本地监测系统结构组成??本地监测系统的硬件组成主要有各类光纤光栅传感器、光开关、光纤光栅静??态和动态解调仪，软件部分就是木地监测系统上位机软件平台。下面将详细介绍??其设计方案和功能实现。??１７??

监测；ＳＭ１３０解调仪的频率可达１ｋＨｚ，可用于动态高频监测。系统实际使用过??程中可根据不同传感器的监测需求选择不同的解调仪。本系统使用的解调仪外观??如图３－２所示：??ｉｈ｜??图３－２光纤光栅传感解调仪ＳＭ１２５?（左）ＳＭ１３０?（右）??ＳＭ１２５和ＳＭ１３０解调仪的具体指标参数，如表３－１所示，可以满足实际监??测的使用盖求。??表３－１光纤光栅解调仪技术指标??指标?ＳＭ１２５?ＳＭ１３０??通道数?４?￣??波长范围?１５１０?？１５９０ｎｍ?１５１（Ｔｌ５９０ｎｍ??稳定性?１ｐｍ?２．５ｐｍ典型，５ｐｍ最大??动态范围?５０ｄＢ?２５ｄＢ??１９??
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 贺映候;李秋胜;朱宏平;周康;韩旭亮;;深圳平安金融中心结构健康监测系统应用[J];土木工程与管理学报;2017年05期

2 王博文;盛枫;窦亮;杨宗源;;UML类图的形式规约与精化研究[J];计算机应用与软件;2017年02期

3 李晓军;洪弼宸;杨志豪;;盾构隧道结构健康监测系统设计及若干关键问题的探讨[J];现代隧道技术;2017年01期

4 杨帆;;浅析数字微波通信与卫星数字通信技术在广播传输中的运用[J];中国新通信;2016年08期

5 余加勇;邵旭东;晏班夫;朱平;;基于全球导航卫星系统的桥梁健康监测方法研究进展[J];中国公路学报;2016年04期

6 于锐;路正航;刘铭;;有线通信技术与无线通信技术对比[J];通讯世界;2016年07期

7 易克初;李怡;孙晨华;南春国;;卫星通信的近期发展与前景展望[J];通信学报;2015年06期

8 吴晶;吴晗平;黄俊斌;顾宏灿;;光纤光栅传感信号解调技术研究进展[J];中国光学;2014年04期

9 曹长城;田石柱;王大鹏;;光纤传感器在土木工程健康监测中的发展与应用[J];四川建筑科学研究;2013年03期

10 孟培超;胡圣波;舒恒;鄢富玉;;基于ADO数据库连接池优化策略[J];计算机工程与设计;2013年05期

相关博士学位论文 前4条

1 庞丹丹;新型光纤光栅传感技术研究[D];山东大学;2014年

2 胡军;荆岳大桥结构健康监测系统研究及应用[D];武汉理工大学;2012年

3 刘宏月;光纤光栅传感器在结构健康监测中的应用研究[D];南京航空航天大学;2012年

4 王莹;卫星移动通信网若干理论和技术研究[D];华中科技大学;2008年

相关硕士学位论文 前6条

1 陈敏;基于射频能量收集的结构健康监测系统设计与研究[D];浙江大学;2017年

2 李典贤;灌区水情监控系统的设计与软件实现[D];西南交通大学;2013年

3 朱清;大型桥梁结构健康监测技术[D];天津大学;2012年

4 张丹丹;土木工程及模型试验中的光纤光栅传感技术研究[D];大连理工大学;2009年

5 黄蒙;基于光纤光栅的铝电解槽高温在线监测技术研究与应用[D];山东大学;2009年

6 阎兆允;光纤光栅传感器在地铁车站结构健康监测中的应用研究[D];北京交通大学;2008年

本文编号：2864156