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光纖智能結(jié)構(gòu)在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2012-08-31 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1. 引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/160004.htm

是近年來(lái)在國(guó)際上興起的嶄新的邊緣交叉學(xué)科。通常,將技術(shù)于先進(jìn)復(fù)合材料中,并配以相應(yīng)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng),就構(gòu)成了。美國(guó)軍方在八十年代中期首先提出這一概念,研究對(duì)象側(cè)重于航空、航天飛行器,隨后即滲透到土木工程、船舶、汽車(chē)、醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域,并很快成為研究熱點(diǎn)。目前,無(wú)論是在實(shí)驗(yàn)室中,還是在實(shí)際中,都出現(xiàn)了一些光纖智能結(jié)構(gòu)的實(shí)例。

一個(gè)光纖智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本功能是:感知結(jié)構(gòu)內(nèi)、外部環(huán)境條件,進(jìn)行光電信號(hào)處理,根據(jù)感知到的信息做出反應(yīng)。光纖智能結(jié)構(gòu)中的核心元件——光纖,具有體積小,靈敏度高,電絕緣,抗電磁干擾等許多優(yōu)點(diǎn)。目前,各種具有特殊功能的傳感光纖得到廣泛的,如紅外光纖,紫外光纖,液芯光纖等,其性能、參數(shù)不同,用途各異,傳感原理,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也互不相同。近年來(lái),光纖智能結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域已取得了一些重要成果,如分布式光纖光柵智能結(jié)構(gòu),光纖智能夾層,空心光纖智能結(jié)構(gòu)等等。傳統(tǒng)的光纖智能結(jié)構(gòu)前端光源波長(zhǎng)一般固定不變,但有些實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中光纖智能結(jié)構(gòu)要求在不同情況下傳輸不同波長(zhǎng)的光,各光源的動(dòng)作需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、判斷后進(jìn)行控制,普通的光電檢測(cè)已經(jīng)不能滿足要求。

本文提出并設(shè)計(jì)一種新型智能結(jié)構(gòu)健康,可實(shí)時(shí)監(jiān)控結(jié)構(gòu)的各種狀態(tài),如受載,損傷,破壞等,并作數(shù)據(jù)分析和損傷定位,針對(duì)特種智能結(jié)構(gòu)的各種情況及時(shí)進(jìn)行不同的處理。

2. 設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件

監(jiān)控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主要由光源組、光學(xué)系統(tǒng)、光電傳感器、監(jiān)控主機(jī)及PC 機(jī)組成。圖1 為監(jiān)控系統(tǒng)的組成示意圖。


圖1 監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)示意圖

由前端光源組發(fā)出的不同波長(zhǎng)的光通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)耦合至內(nèi)含特殊光纖網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合材料試件中,外界環(huán)境對(duì)復(fù)合材料的影響通過(guò)光纖中的光強(qiáng)來(lái)調(diào)制。光源組的設(shè)計(jì)選用多種波長(zhǎng)的激光二極管,激光二極管具有發(fā)散角小,功率集中,體積小,調(diào)制方式簡(jiǎn)單,有良好的線性工作區(qū)和帶寬等優(yōu)點(diǎn)。

載有光纖智能結(jié)構(gòu)健康狀況信息的光信號(hào)經(jīng)過(guò)光電傳感器組,轉(zhuǎn)變成電信號(hào),傳入監(jiān)控主機(jī),再分別經(jīng)過(guò)信號(hào)的濾波、放大、模/數(shù)變換后,由微處理器(DSP)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理,獲得各組光信號(hào)的光強(qiáng)相對(duì)值,并進(jìn)行存儲(chǔ);同時(shí),監(jiān)控主機(jī)還將判斷和分析各數(shù)據(jù),發(fā)出各種控制信號(hào),對(duì)光源組進(jìn)行不同的處理;另外監(jiān)控主機(jī)還將接收監(jiān)控計(jì)算機(jī)的命令,與監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞以便計(jì)算機(jī)及時(shí)分析結(jié)構(gòu)的各種狀態(tài)并創(chuàng)建監(jiān)控記錄。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

由于硬件部分的工作分為監(jiān)控主機(jī)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)兩大部分,所以系統(tǒng)的軟件也由兩部分組成:監(jiān)控主機(jī)軟件和監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件。軟件的協(xié)同工作是通過(guò)串口協(xié)議來(lái)完成的。

監(jiān)控主機(jī)的程序除了完成信號(hào)采集,A/D 變換,數(shù)據(jù)處理和控制,還負(fù)責(zé)與PC 機(jī)通信。

因此下位機(jī)程序中采用兩種中斷方式來(lái)處理這兩方面的工作:定時(shí)器中斷和串行口中斷。圖2 為監(jiān)控主機(jī)程序流程圖(數(shù)據(jù)采集、處理、通信部分)。


圖2 監(jiān)控主機(jī)程序流程圖


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