【技术实现步骤摘要】
大型多场耦合试验装备的分布式数据采集系统及方法
本专利技术涉及多传感器试验装备
，特别是一种大型多场耦合试验装备中的分布式数据采集系统及方法。
技术介绍
大型工程特别是土木等领域中的多场耦合试验装备需要对地质开放系统中的温度、水分、盐分、应力、应变等多个参量进行综合监测，其结果将对工程中多场耦合与互馈效应的共同作用机制给予大量数据支撑。在深刻理解地质灾害成因、完善防治体系等方面具有重要作用。目前，先进的工程多场耦合试验装备及其相关技术已成为国家的重大需求之一。现有技术中一种大型土边值方法是目前可行的试验手段，即在土单元中布置较多不同类型的传感器而不明显影响土单元性能，能较好地模拟实际三维开放系统与三维应力状态，及土单元与环境之间温度、水分/盐分等三维分布、迁移的情况。具有条件可控性强、检测精准度高且易于均匀制备测试单元、可靠动态监测等优势，应用前景广泛。但也正由于这类试验系统中同时具有多种不同功能传感器的特点，装备系统对其分布式数据采集方案也提出了更高要求。现有的常见技术手段包括：在多场耦合试验...
【技术保护点】
1.一种大型多场耦合试验装备中的分布式数据采集系统，其特征是：其组成包括主控系统（1）和多种不同功能的传感器子模块；每种传感器子模块的系统结构包括：子模块上位机含软件，传感器读取和控制系统及设置于测试单元中的传感器阵列；各传感器子模块硬件上通过网关模块（2）与主控系统（1）进行连接；/n按照各子模块的上位机软件开发语言类型、是否开放源代码以及子模块传感器读取及控制系统是否支持程控仪器命令标准为条件，将不同功能的传感器子模块划归为4种接口类型，针对每类传感器子模块的特点增设与之相匹配的子模块读取及控制接口，在主控系统（1）的软件系统中再设置对应的数据接口，以实现对传感器子模块数据的传输。/n
【技术特征摘要】
1.一种大型多场耦合试验装备中的分布式数据采集系统，其特征是：其组成包括主控系统（1）和多种不同功能的传感器子模块；每种传感器子模块的系统结构包括：子模块上位机含软件，传感器读取和控制系统及设置于测试单元中的传感器阵列；各传感器子模块硬件上通过网关模块（2）与主控系统（1）进行连接；
按照各子模块的上位机软件开发语言类型、是否开放源代码以及子模块传感器读取及控制系统是否支持程控仪器命令标准为条件，将不同功能的传感器子模块划归为4种接口类型，针对每类传感器子模块的特点增设与之相匹配的子模块读取及控制接口，在主控系统（1）的软件系统中再设置对应的数据接口，以实现对传感器子模块数据的传输。
2.根据权利要求1所述的一种大型多场耦合试验装备的分布式数据采集系统，其特征是：接口类型的类型1是上位机软件采用LabVIEW语言编写的完全开放源代码的传感器子模块；接口类型的类型2是上位机软件采用非LabVIEW语言编写的但开放源代码的传感器子模块；接口类型的类型3是上位机软件采用非开源的系统，但传感器读取及控制系统支持程控仪器命令标准的传感器子模块；接口类型的类型4是上位机软件不开源，同时传感器读取及控制系统也不支持程控仪器命令标准系统的传感器子模块。
3.根据权利要求1或2所述的一种大型多场耦合试验装备的分布式数据采集系统，其特征是：各传感器子模块的上位机软件部分均加入基于LabVIEW语言开发的软件接口；主控系统的软件系统（100）也基于LabVIEW语言开发，并在主控系统的软件系统（100）中设置与每类传感器子模块对应的数据通信接口；主控系统（1）与各传感器子模块之间通过数据通信接口，以网络共享变量的方式进行数据传输和实现数据交换。
4.根据权利要求3所述的一种大型多场耦合试验装备的分布式数据采集系统，其特征是：
类型1中，第1类子模块上位机（301）的软件为基于LabVIEW语言编写并开放源代码的系统，用于连接到类型1传感器读取和控制系统（302）并可读取本类的（第1类）传感器阵列（303）的采集和控制参数；第1类子模块接口（304）也由LabVIEW语言编写；由于和上位机软件的开发语言一致，接口可内嵌于上位机及软件（301）中并获取其中的传感器采集和控制参数；第1类子模块接口（304）在局域网内与主控软件系统（100）的第1类子模块接口（101）连接，以共享变量的方式实现主控系统与该类型传感器子模块间的数据交换；
类型2中，第2类子模块上位机（401）的软件为开放源代码的非LabVIEW语言编写，用于连接到类型2传感器读取和控制系统（402），并可读取本类型的（第2类）传感器阵列（403）的采集和控制参数；在第2子模块上位机（401）的软件中增设标准软件编程接口（405），以此方式通过上位机（401）的软件中读取的第2类传感器读取和控制系统（402）的参数及第2类传感器阵列（403）的采集和控制参数传递给由LabVIEW语言编写的第2类子模块接口（404）；第2类子模块接口（404）再将采集和控制参数以共享变量的方式在局域网内与主控系统的软件系统（100）中的第2子模块接口（102）进行连接，实现主控系统1与该类型传感器子模块的数据交换；
类型3中，第3类子模块上位机（501）的软件为非开放源代码系统，但类型3传感器读取和控制系统（502）支持程控仪器标准；基于LabVIEW语言编写的第3类子模块接口（504）通过调用支持程控仪器标准的动态链接库或第三方软件控件，以GPIB、串口协议或其他通讯协议与类型3传感器读取和控制系统（502）进行直接通信，实现本类型的第3类传感器阵列（503）的数据采集和控制参数传递；第3类子模块接口（504）将采集和控制参数通过共享变量的方式在局域网内与主控系统的软件系统（100）的第3子模块接口（103）进行连接，实现主控系统1与该类型传感器子模块的数据交换；
类型4中，第4类子模块上位机（601）的软件为非开放源代码系统，且本类型的类型4传感器读取和控制系统（602）不支持程控仪器标准；在类型4传感器读取和控制系统（602）中设置硬件拓展接口（605），将第4类传感器阵列（603）的采集和控制信号引出；利用附加数据采集和控制装置（606），在硬件拓展接口（605）和类型4传感器读取和控制系统（602）的辅助下，对本类传感器阵列（603）进行读取和控制；基于LabVIEW语言的第4类子模块接口（604）将采集和控制参数通过共享变量的方式在局域网内与主控系统的软件系统（100）的第4子模块接口（104）进行连接，以实现主控系统1与该类型传感器子模块的数据交换；
所述的硬件拓展接口结构上属于类型4传感器读取和控制系统（602），所述的附加数据采集和控制装置结构上属于子模块接口（604）。
5.根据权利要求3所述的一种大型多场耦合试验装备的分布式数据采集系统，其特征是：所述的传感器阵列包括应力/应变传感器、含水量传感器、含冰量传感器、含盐量传感器、温度传感器、加速度传感器、角度传感器、位移传感器中的一种或多种。
6.根据权利要求3所述的一种大型多场耦合试验装备的分布式数据采集系统，其特征是：所述的主控系统的软件系统（100）中还设有数据同步和汇总模块（105），数据同步和汇总模块（105）用于按照统一的格式整理和汇总各个传感器子模块所采集的传感器数据集；
所述的软件系统（100）中还设有数据预处理及可视化模块（106），数据预处理及可视化模块（106）用于对各个传感器子模块所采集的传感器数据集进行滤波或降噪的预处理；数据预处理及可视化模块（106）并在图形用户界面中对监测数据进行二维/三维的可视化处理。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡微，凌贤长，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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