无线动态应变检测系统的研制

摘要

动态应变检测是结构健康监测的重要手段，无线动态应变检测因其无需布线、方便安装等特点增加了其适应不同工程应用需求的灵活性和特殊性。风机叶片在工作过程中难以用有线检测系统进行测试，论文正是基于这一应用需求为连云港某公司风机叶片动态特性测试设计了一套无线动态应变检测系统。
　　 本文所设计无线动态应变检测系统由无线动态应变数据采集节点、网关节点和上位机组成。无线动态应变采集节点完成应变信号的调理转换、采集和存储，并通过无线方式发送给网关。网关节点负责无线局域网的组网和协调以及同步控制，包括进行信道的选择，对接收到的数据进行转发以及与互联网的通信等功能。上位机采用Labview实现，进行采集数据的读取和实时显示。
　　 针对风机叶片的特殊工作环境，论文在应变数据采集节点部分对恒流源电桥技术、过采样技术和RFI滤波进行了分析，设计了具体的电路，并针对射频发射前端进行ESD防护电路设计，完成了动态应变数据的实时采集和无线传输。根据动态应变数据传输量较大的情况设计了基于ARM的3G网关，完成了软硬件的调试，实现了互联网的远程通信。
　　 本文还对系统进行了实验室测试和工业现场测试。在实验室进行悬臂梁测试来证明无线动态应变检测系统可以达到较高的精度和稳定性，并具有良好的实时性。在公司进行的风机叶片现场测试证明了系统能满足测试目标，可应用于实际工程。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题概述

1．1．1 课题的题目及来源

1．1．2 课题研究的目的

1．2 无线动态应变检测系统研究的现状

1．3 本课题研究的内容

第2章 无线动态应变检测系统设计

2．1 系统设计的理论依据

2．1．1 电桥测量方法

2．1．2 过采样技术

2．2 无线动态应变检测系统设计架构

2．2．1 无线动态应变检测系统设计策略

2．2．2 无线动态应变检测系统的实现方案

2．3 本章小结

第3章 无线动态应变采集节点设计

3．1 恒流激励电桥

3．1．1 恒流电桥

3．1．2 恒流源设计

3．2 信号调理和转换电路设计

3．2．1 RFI滤波及放大

3．2．2 ADC及抗混叠设计

3．3 电源设计

3．4 数据存储设计

3．5 射频前端ESD防护设计

3．6 本章小结

第4章 网关和系统应用软件设计

4．1 ARM系统设计

4．2 UART-USB设计

4．3 互联网通信

4．3．1 USB集线器设计

4．3．2 3G上网开发

4．4 电源设计

4．5 Zigbee网络

4．6 上位机应用软件设计

4．6．1 服务端上位机的软件架构

4．6．2 数据接收和数据处理

4．6．3 数据储存

4．6．4 客户端上位机

4．7 本章小结

第5章 无线动态应变检测系统实验

5．1 实验目的

5．2 实验装置

5．3 实验数据分析

5．4 本章小结

第6章 结束语

6．1 全文总结

6．2 心得体会

6．3 进一步工作展望

附录1 无线动态应变采集节点电路实物图

附录2 网关电路实物图

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢