一种FAST望远镜馈源支撑系统的动态监测方法技术方案

FAST馈源支撑系统分布跨度大、组成结构复杂，如果馈源支撑系统在望远镜运行过程中出现故障，会导致天文观测的中断，严重时甚至会造成结构破坏，发生灾难性事件。因此，本发明专利技术提供一种FAST望远镜馈源支撑系统的动态监测方法，能够对馈源支撑系统关键部件的运行状态进行监测，当监测到结构工作状态异常时及时发出报警信号，为管理决策及结构的及时维护提供依据，保障馈源支撑系统的安全运行。

A Dynamic Monitoring Method for Feed Support System of FAST Telescope

FAST feeder support system has a large distribution span and complex structure. If the feeder support system fails during the operation of the telescope, astronomical observation will be interrupted, even the structure will be damaged and catastrophic events will occur. Therefore, the invention provides a dynamic monitoring method for the feed support system of FAST telescope, which can monitor the operation status of key components of the feed support system, send out alarm signals in time when abnormal working status of the structure is monitored, provide basis for management decision and timely maintenance of the structure, and ensure the safe operation of the feed support system.

【技术实现步骤摘要】
一种FAST望远镜馈源支撑系统的动态监测方法
：本专利技术涉及FAST监控
，尤其涉及一种FAST望远镜馈源支撑系统的动态监测方法。
技术介绍
：500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter-Aperture-Spherical-radio-Telescope)项目简称FAST。该项目建于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇金科村的大窝凼，利用大窝凼天然喀斯特地建设500米口径、120度张角的球面射电望远镜，如图1所示。FAST由台址勘察与开挖、主动反射面、馈源支撑、测量与控制、接收机与终端、观测基地建设几大系统构成。馈源支撑系统为FAST三项自主创新之一，其组成包括：支撑塔、索驱动、馈源舱、舱停靠平台、动态监测、防雷。均匀分布在直径600米圆周上的6座百余米高塔支撑6根钢索拖动重约30吨的馈源舱在150米的高空、200米的范围内运动，同时舱内AB轴机构、stewart平台对接收机进行精调，要求馈源实时定位精度优于10毫米，以实现望远镜对天体的高精度指向跟踪观测。其中，FAST馈源支撑系统分布跨度大、组成结构复杂，如果馈源支撑系统在望远镜运行过程中出现故障，会导致天文观测的中断，严重时甚至会造成结构破坏，发生灾难性事件。因此，迫切需要一种监测方法能够对馈源支撑系统的关键结构的运行状态进行监测的馈源支撑动态监测系统，当监测到结构工作状态异常时及时发出报警信号，为管理决策及结构的维护提供依据。
技术实现思路
为达到上述目的，本专利技术提供一种FAST望远镜馈源支撑系统的动态监测方法，能够对馈源支撑系统关键部件的运行状态进行监测，当监测到结构工作状态异常时及时发出报警信号，为管理决策及结构的及时维护提供依据，保障馈源支撑系统的安全运行。本专利技术提供一种FAST望远镜馈源支撑系统的动态监测方法，其包括以下步骤：步骤1，系统管理，实现对FAST望远镜馈源支撑系统运行参数及用户信息的管理，所述运行参数包括：运行参数、通讯参数和监测参数；步骤2，数据采集及显示：根据系统配置参数信息，从支撑塔子系统、索驱动子系统、馈源舱子系统、舱停靠平台子系统中获取并显示监测项数据；步骤3，安全评估及预警：根据监测参数分析当前结构状态，结合预警阀值信息，对超出阀值的监测项进行预警；报警信息发送到总控，使望远镜总控系统能实时获知馈源支撑系统各部件的运行状态；步骤4，数据管理：存储从支撑塔子系统、索驱动子系统、馈源舱子系统、舱停靠平台子系统采集到的监测项数据，并提供各监测项的数据查询，数据报表导出接口。进一步的，动态监测方法还包括前期准备工作：1)选择传感器并在馈源支撑系统的关键部件安装传感器，进行传感器的数据传输路径的布设和测试，所述关键部件为馈源支撑塔、索驱动、馈源舱和舱停靠平台；2)在总控室内，根据馈源支撑系统本身的特点对每一条信号设置报警阈值，并根据每条信号超阈值后可能引发的故障分成两级报警：一级报警时提醒工作人员信号已经超过所设定报警值的最低阈值，提醒工作人员需注意或采取对应的措施；二级报警时提醒工作人员信号已经超过所设定报警值的最高阈值，提醒工作人员需要立即采取措施并寻求解决的方案。进一步的，所述步骤1中：所述运行参数为数据库接口；所述通讯参数为馈源支撑动态监测系统与支撑塔子系统、索驱动子系统、馈源舱子系统、舱停靠平台子系统通讯所需的参数信息；所述监测参数为各子系统监测项相关的参数。进一步的，所述步骤3中：数据分析根据监测参数设置的阈值对每个监测项的数据进行评估；当监测项的数据出现异常时，进入预警流程，间隔5分钟发送一次相对应等级的预警信息。进一步的，所述步骤4包含数据存储、数据查询、数据导出三部分；其中数据存储过程在数据采集的过程同步进行，对所有数据按时间和类型进行分类管理，根据实际情况确定数据的存储保留时长；数据查询，可根据时间等查询条件查询数据，将查询结果以图形或者表格方式显示；数据导出，将查询到的数据报表导出为文件。进一步的，所述所述步骤2中支撑塔子系统的监测信号包括：馈源支撑塔塔顶的风速风向和加速度；支撑塔子系统信号传输路径为风速方向仪接风速风向采集仪，振动传感器接振动采集仪，风速风向采集仪和振动采集仪均与光电转换器相接，将采集的支撑塔塔顶的风速风向和加速度信号进行光电转换，通过光纤传输至总控。进一步的，所述所述步骤2中索驱动子系统的云台摄像头和固定摄像头采集、AB轴交点的理论空间位置、AB轴交点的理论空间位置速度、AB轴交点的理论空间位置加速度、AB轴交点的实测空间位置、星型框架的理论姿态矩阵、星型框架的实测姿态矩阵、星型框架的实测姿态角；烟感报警器、温度传感器和湿度传感器采集索驱动机房内的火灾延误、电机房内的温度和湿度、机器房内的温度和湿度、索驱动电机温度；导向滑轮编码器、卷筒编码器、索驱动电机编码器采集出绳量、索力、索长，并将采集的各个信号进行光电转换后，通过光纤传输至总控。进一步的，所述所述步骤2中馈源舱子系统监测包括：视频监控、烟感报警、温湿度测量、风速风向测量、线性直流电源及串口服务器，用于对整个馈源舱环境进行实时监测；视频监控由高清数字摄像机、定焦镜头及全不锈钢防护罩组成，对AB轴和Stewart平台关键部位进行视频监视，采集AB轴理论角度值、AB轴实测转角、AB轴实测转角速度、stewart六腿理论长度值、stewart六腿理论速度、stewart机构实测腿长、stewart机构实测腿速度、stewart下平台理论姿态矩阵、stewart下平台实测姿态矩阵、stewart下平台理论位置、stewart下平台实测位置、stewart下平台实测姿态角、多波束实测角度和多波束实测角速度；烟感报警器安装在风道下面和屏蔽舱内，采集舱内烟雾火灾信号，可对馈源舱内异常产生的烟雾敏感并报警；温湿度传感器安装在设备隔间内，采集屏蔽隔间的温度和湿度，可对馈源舱内的温湿度进行测量；风向测量仪、风速仪，均安装在舱外顶部，可对馈源舱外的风向和风速进行测量；索力传感器采集锚固头的应力、关键杆件的应力；上述采集的各个信号以及进线电源电压、电机电流通过光电转换后，通过光纤传输将信号数据至总控。进一步的，所述所述步骤2中舱停靠平台子系统通过控制机构实时显示并控制激光测距仪、压力传感器、摄像设备采集距离、压力、视频，通过广电转换后传输至总控室。进一步的，所述总控室内将所有信号进行收集、处理、分析、融合、显示和存储，最后根据处理的结果评估馈源支撑系统的安全状况，将报警信号发送至FAST望远镜总控。有益效果：本方法搭建一套功能完整的动态监测，可以不受外部条件限制全天候的完成指定点的数据采集；采用光纤传输的方法，减少信号的衰减，实现信号的远距离传输；针对各路信号采取合适的数据处理方法，实时地完成数据存储和与总控系统的报警互动，从而在整体上保障馈源支撑系统的安全运行。具体如下：1动态监测方案切实可靠。能将出现的故障准确上报总控，便于总控及时作出反应；2报警阈值设置行之有效。报警阈值经过仿真计算和实验的验证，能在一定程度上反映结构是否处于正常状况。3数据的保存便于有迹可循。根据数据的大小和重要程度确定每一条数据是否存储、存储时是否处理、存储时长等，做到后续能随时访问已有数据，比较动态监测正常和非正常状态下的数据差异。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种FAST望远镜馈源支撑系统的动态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，系统管理，实现对FAST望远镜馈源支撑系统运行参数及用户信息的管理，所述运行参数包括：运行参数、通讯参数和监测参数；步骤2，数据采集及显示：根据系统配置参数信息，从支撑塔子系统、索驱动子系统、馈源舱子系统、舱停靠平台子系统中获取并显示监测项数据；步骤3，安全评估及预警：根据监测参数分析当前结构状态，结合预警阀值信息，对超出阀值的监测项进行预警；报警信息发送到总控，使望远镜总控系统能实时获知馈源支撑系统各部件的运行状态；步骤4，数据管理：存储从支撑塔子系统、索驱动子系统、馈源舱子系统、舱停靠平台子系统采集到的监测项数据，并提供各监测项的数据查询，数据报表导出接口。

【技术特征摘要】
1.一种FAST望远镜馈源支撑系统的动态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，系统管理，实现对FAST望远镜馈源支撑系统运行参数及用户信息的管理，所述运行参数包括：运行参数、通讯参数和监测参数；步骤2，数据采集及显示：根据系统配置参数信息，从支撑塔子系统、索驱动子系统、馈源舱子系统、舱停靠平台子系统中获取并显示监测项数据；步骤3，安全评估及预警：根据监测参数分析当前结构状态，结合预警阀值信息，对超出阀值的监测项进行预警；报警信息发送到总控，使望远镜总控系统能实时获知馈源支撑系统各部件的运行状态；步骤4，数据管理：存储从支撑塔子系统、索驱动子系统、馈源舱子系统、舱停靠平台子系统采集到的监测项数据，并提供各监测项的数据查询，数据报表导出接口。2.如权利要求1所述的FAST望远镜馈源支撑系统的动态监测方法，其特征在于，动态监测方法还包括前期准备工作：1)选择传感器并在馈源支撑系统的关键部件安装传感器，进行传感器的数据传输路径的布设和测试，所述关键部件为馈源支撑塔、索驱动、馈源舱和舱停靠平台；2)在总控室内，根据馈源支撑系统本身的特点对每一条信号设置报警阈值，并根据每条信号超阈值后可能引发的故障分成两级报警：一级报警时提醒工作人员信号已经超过所设定报警值的最低阈值，提醒工作人员需注意或采取对应的措施；二级报警时提醒工作人员信号已经超过所设定报警值的最高阈值，提醒工作人员需要立即采取措施并寻求解决的方案。3.如权利要求1所述的FAST望远镜馈源支撑系统的动态监测方法，其特征在于，步骤1中：所述运行参数为数据库接口；所述通讯参数为馈源支撑动态监测系统与支撑塔子系统、索驱动子系统、馈源舱子系统、舱停靠平台子系统通讯所需的参数信息；所述监测参数为各子系统监测项相关的参数。4.如权利要求1所述的FAST望远镜馈源支撑系统的动态监测方法，其特征在于，步骤3中：数据分析根据监测参数设置的阈值对每个监测项的数据进行评估；当监测项的数据出现异常时，进入预警流程，间隔5分钟发送一次相对应等级的预警信息。5.如权利要求1所述的FAST望远镜馈源支撑系统的动态监测方法，其特征在于，步骤4包含数据存储、数据查询、数据导出三部分；其中数据存储过程在数据采集的过程同步进行，对所有数据按时间和类型进行分类管理，根据实际情况确定数据的存储保留时长；数据查询，可根据时间等查询条件查询数据，将查询结果以图形或者表格方式显示；数据导出，将查询到的数据报表导出为文件。6.如权利要求1所述的FAST望远镜馈源支撑系统的动态监测方法，其特征在于，所述步骤2中支撑塔子系统的监测信号包括：馈源支撑塔塔顶的风速风向和加速度；支撑塔子系统信号传输路径为风速方向仪接...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤为，孙才红，朱文白，李辉，潘高峰，姚蕊，孙京海，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台，
类型：发明
国别省市：北京,11