FAST健康监测数据采集系统的研究与开发

论文摘要

大射电望远镜FAST（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope）是世界上正在建造的口径最大的单天线射电望远镜。从某种意义上讲FAST既是一种伟大的建筑结构又是一个大型机械,在世界上有着重要的影响,无论从FAST工作特点还是从FAST结构的重要性来说都需要一套适用的健康监测系统来进行监测,了解其自身状况。数据采集系统是整个健康监测系统的基础,采集到的数据的质量直接关系到系统工作精度及系统功能的完整性。本文就FAST健康监测数据采集系统进行了深入研究,其成果将为构建FAST健康监测集成系统提供一个核心功能模块,为集成系统的完善发挥重要作用。首先,针对FAST结构特点及其工作状态,对系统的总体方案进行了研究,在综合考虑了系统的采集内容、总体设计原则、功能特点和设计方法的基础上,最终确定采用分布式数据采集系统的总体方案。其次,研究了采集硬件的选型原则,分析了FAST传感器选型的影响因素并结合传感器自身的适用标准进行了具体的选型,基于所选定传感器进行了采集硬件系统设计,并根据系统的特点制定了基于RS-485总线的树型网络拓扑结构现场总线方案。然后,在确定了软件系统设计原则的基础上,运用Labview平台对软件功能、系统界面进行了具体设计、并开发了相应的接口程序,实现了软硬件的协同工作。完成了数据采集系统中预警参数设置的初步研究,提出环境荷载和结构响应预警参数设置的依据和方法,给出合理的预警值,并重点对单点张拉法求预警值进行了模拟计算,改进了模拟程序。最后,进一步开展了数据采集系统的标准化工作,并成功的在FAST 50米模型索网变位试验、FAST背架结构全尺寸模型试验和沧州铁狮子健康监测试验中得到验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景、来源及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 FAST研究现状
• 1.2.2 数据采集系统的发展及研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 FAST 健康监测数据采集系统总体方案研究
• 2.1 FSAT反射面结构基本参数介绍
• 2.2 FAST数据采集系统概述
• 2.2.1 数据采集系统研究的目标
• 2.2.2 数据采集系统的采集内容
• 2.2.3 数据采集的基本过程
• 2.3 FAST数据采集系统总体设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 数据采集系统的硬件优化选型
• 3.1 引言
• 3.2 传感器系统的选型研究
• 3.2.1 传感器系统选型原则及影响因素
• 3.2.2 传感器系统的具体选型
• 3.3 采集硬件系统的选型研究
• 3.3.1 采集硬件系统的选型原则及功能要求
• 3.3.2 采集硬件系统的具体选型
• 3.4 现场总线技术研究
• 3.4.1 现场总线技术概况
• 3.4.2 系统现场总线方案
• 3.5 本章小结
• 第4章 数据采集系统的软件开发研究
• 4.1 引言
• 4.2 软件系统的设计原则及功能研究
• 4.3 软件系统的开发平台
• 4.4 静态数据采集监控软件的开发研究
• 4.5 动态数据采集监控软件的开发研究
• 4.6 接口技术研究
• 4.6.1 接口方案研究
• 4.6.2 接口相关问题处理
• 4.7 本章小结
• 第5章 荷载及响应预警参数设置研究
• 5.1 引言
• 5.2 环境荷载预警参数设置研究
• 5.3 结构响应预警参数设置研究
• 5.3.1 节点位移预警参数设置
• 5.3.2 索应力预警参数设置
• 5.4 本章小结
• 第6章 系统标准化开发及工程应用试验研究
• 6.1 引言
• 6.2 软件系统的标准化开发
• 6.3 FAST 50 米模型索网变位数据采集试验
• 6.4 FAST背架结构全尺寸模型数据采集试验
• 6.5 沧州铁狮子健康监测数据采集试验
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢