【摘 要】
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结构健康监测系统可以对工程结构进行实时地在线监测,利用结构健康诊断方法实时判断结构损伤的位置与程度,进而评估其安全性能、预测结构变化并对危险情况进行预警,是保障重大工程结构安全的有效手段。结构健康监测系统的数据采集子系统可以采集传感器子系统反应结构健康现状的相关数据,是结构健康监测系统的基石。重大工程结构健康监测项目具有传感器容量大、种类多、同步采集精度高、长期稳定性和数据采集及分析实时性强的特点
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结构健康监测系统可以对工程结构进行实时地在线监测,利用结构健康诊断方法实时判断结构损伤的位置与程度,进而评估其安全性能、预测结构变化并对危险情况进行预警,是保障重大工程结构安全的有效手段。结构健康监测系统的数据采集子系统可以采集传感器子系统反应结构健康现状的相关数据,是结构健康监测系统的基石。重大工程结构健康监测项目具有传感器容量大、种类多、同步采集精度高、长期稳定性和数据采集及分析实时性强的特点。目前国内外已经研发出多种数据采集系统,采集技术与采集方案不断革新,主要朝着大规模、多类型、同步采集和实时分析几个方向发展。本文针对重大工程结构健康监测系统中传感器大规模、多类型和同步采集综合分析的监测需求,开发了一款基于ZYNQ的多类型同步信号采集仪,采用了一套灵活的系统分工模式,综合利用了FPGA的高速并行计算能力与ARM的实时控制能力,由用户自主定义每个通道采集信号的类型,实现了多类型传感信号（桥式电路、IEPE信号、电压和电流传感信号）的同步采集,并将该仪器成功应用于输电塔的结构健康监测试验,论文的具体研究工作概括如下:（1）开发了一款基于AD7193+RJ45的多类型传感信号同步调理板卡,综合了利用了AD7193芯片的通道可配置性与RJ45接口的引出桥盒可扩展性,通过手动更换传感器与对应的桥盒,设计每一类传感信号的调理通路,并设置AD芯片进行AD转换的通道,实现了多类型传感信号（桥式电路、IEPE信号、电压和电流传感信号）的同步采集与自由切换。（2）开发了一款基于ZYNQ的多类型同步信号采集仪,选用正点原子ZYNQ核心板,开发了一款与之配套的数据采集底板,与多类型传感信号同步调理板卡实现了硬件互联;FPGA端负责对16通道AD芯片进行数据同步采集与性能参数配置,利用AXI DMA和AXI EMIF的方式实现与ARM端的数据交互;ARM端负责通过配置DMA与EMIF实现与FPGA端的数据交互,通过LWIP建立了UDP服务器实现与上位机端的数据交互。（3）开发了基于C#的采集仪上位机图形用户界面GUI,通过UDP协议实现了与采集仪器的数据交互;通过设置配置界面可实现由用户自主定义每个通道采集传感信号类型的功能;通过生产者-消费者模式实现了接收采集仪的数据并进行可视化的功能;通过设置本地存储界面实现了用户按照特定需求进行本地存储的功能。（4）将本文开发的多类型同步信号采集仪器应用于输电塔试验,在输电塔模型上安装了应变传感器、加速度传感器和位移传感器进行监测,成功实现了对位移的重构,验证了本文开发的数据采集仪器可以满足结构健康监测系统中传感器大规模、多类型和同步采集综合分析的监测需求。
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