1、本科毕业设计（20届）斜拉桥拉索索力监测管理系统所在学院专业班级电子信息科学与技术学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要【摘要】斜拉桥拉索索力监测管理系统意旨在互联网上建立基于WEB平台的嵌入式远程监控管理系统，从而方便人们对大桥的健康状况进行实时监控。本系统主要由现场的监测点子系统（下位机）、监控中心系统以及监控查询子系统三部分构成，实现本地计算机通过网络系统对远端的设备进行监测与控制，包括设备的远程数据采集、远程监控和远程维护等，开发的重点是B/S（浏览器/服务器）架构的监控中心及查询系统的实现。论文分析阐述了基于嵌入式的索力检测技术以及远程监控系统所涉及到的相关技术和原理，设计并实现
2、了基于WEB技术的远程索力监测管理系统，通过实际测试使得用户可以从远端对大桥的基频、索力等信息进行实时信息及历史记录的查看和监控管理，并使用JQUERY技术进行图表绘制，优化了用户界面。【关键字】索力检测；远程监控；嵌入式；交互IIABSTRACT【ABSTRACT】CABLESTAYEDCABLEFORCEDETECTIONANDMANAGEMENTSYSTEMINTENTTOESTABLISHTHEWEBBASEDPLATFORMFORTHEEMBEDDEDREMOTEMONITORINGANDMANAGEMENTSYSTEMONTHEINTERNET,THUSFACILITATETHER
3、EALTIMESUPERVISIONFORCONDITIONSOFBRIDGETHESYSTEMCONSISTSOFMONITORINGPOINTSYSTEMTHELOWERPOSITIONMACHINE,CONTROLCENTERSYSTEMANDMONITORINGQUERYSUBSYSTEM,WHICHMAKESTHELOCALCOMPUTERREMOTEMONITORANDCONTROLEQUIPMENTSTHROUGHTHENETWORKSYSTEM,INCLUDINGREMOTEDATAACQUISITIONOFEQUIPMENTS,REMOTEMONITORING,REMOTEM
4、AINTENANCE,ETCTHISARTICLEFOCUSESONTHEDEVELOPMENTOFCONTROLCENTERSYSTEMINB/SBROWSER/SERVERSTRUCTUREANDMONITORINGQUERYSUBSYSTEMTHETHESISELABORATEDTHEEMBEDDEDFORCEDETECTIONTECHNOLOGIESANDTHEMONITORINGSYSTEMANDTHERELEVANTTHEORIES,THENDESIGNANDREALIZETHEWEBBASEDCABLEFORCEDETECTIONANDMANAGEMENTSYSTEMTHROUG
5、HTHETESTINGPROGRESS,USERSCANVIEWTHEREALTIMEORHISTORICALINFORMATIONOFTHECABLEBASEFREQUENCYANDCABLEFORCEINDISTANCEADDITIONALLY,THEJQUERYTECHNOLOGYHELPSTODRAWTHERELEVANTGRAPHICSWHICHOPTIMIZESTHEUSERINTERFACE【KEYWORDS】CABLEFORCEDETECTIONREMOTEMONITORINGEMBEDDEDINTERACTIONIII目录1绪论111斜拉桥拉索索力监测研究的背景和意义112斜
6、拉桥索力监测技术的研究现状1121索力检测技术研究现状1122基于WEB的远程监控系统研究现状213斜拉桥拉索索力检测管理系统的作用和意义414本文的主要工作和论文结构52斜拉桥索力监测管理系统技术原理721斜拉桥索力检测的理论基础和常见方法722拉索振动信号的采集处理9221振动频率检测法的原理9222振动信号的采集和预处理10223振动信号基频的提取方法1123远程监控系统技术原理12231远程监控系统的基本功能12232远程监控系统技术13233基于BS技术的远程监控系统1524基于嵌入式系统索力检测技术15241嵌入式系统介绍15242嵌入式远程监控系统1625UI用户界面的概念与设计
7、18251UI的概念18252UI的现状与发展193系统设计2031系统总体设计20311系统架构设计20312系统功能设计2132监控中心设计22IV321需求分析与流程设计22322模块功能设计23323数据库设计24324远程通信设计25325系统UI设计254开发实现2741嵌入式下位机开发实现2742监控中心开发运行环境构建2743UI组件选取3144远程监控系统功能实现31441功能流程图31442通信协议开发32443数据接口开发33444后台管理模块开发34445前台监控查询模块开发3745交互性设计和优化385系统测试与应用4251系统功能测试42511通信协议测试42512
8、下位机联调测试42513后台管理测试43514监控功能测试4452工程应用实践47521工程背景47522测试结果476总结与展望5061本文工作总结5062展望50参考文献52致谢错误未定义书签。11绪论11斜拉桥拉索索力监测研究的背景和意义斜拉桥又称斜张桥，它的跨度能力比梁式桥更大，在大跨度桥梁中是最主要的桥型。斜拉桥的桥面由连接到桥塔上的钢缆直接吊起而成，其基本构成主要包括索塔、主梁和斜拉索，是一种新型结构形式的桥梁。斜拉桥的索塔型式主要有倒Y型、H型、A型及独柱等，建筑材料主要分为混凝土型和钢型。在布置上，斜拉桥主要分为单索面、斜索面、平行双索面等。索塔和锚箱是整个斜拉桥的传力载体，对
9、斜拉桥的成桥线型起着决定性的控制作用1。斜拉桥具有重大社会、经济、政治乃至军事意义，因此世界上许多国家都建成了大量的斜拉桥。1956年瑞典建成的斯特伦松德桥主跨1826米开启了现代斜拉桥的先河，在此后半个多世纪斜拉桥技术得到空前的发展，法国的诺曼底斜拉桥（主跨856米），南京长江二桥南汊桥钢箱梁斜拉桥（主跨628米），以及1999年日本建成的世界最大跨度的多多罗大桥（主跨890米）都是世界上非常著名的斜拉桥。斜拉桥是中国大跨径桥梁最流行的桥型之一。目前中国大跨径混凝土斜拉桥的数量已居世界第一，而至今建成或正在施工的斜拉桥共有30余座，仅次于德国、日本居世界第三位。世界上建成的最大跨径的斜拉桥为
10、中华人民共和国的苏通大桥，主跨径为1088米，于2008年4月2日试通车1。斜拉桥是把梁在塔柱上用若干根斜拉索拉起并固定在塔柱上的桥，它承受的主要荷载并非它上面的汽车或者火车，而是其自重，即我们脚下的主梁。斜拉桥的索塔两侧是对称的斜拉索，通过斜拉索将索塔主梁连接在一起。因此当斜拉桥的结构体系确定后，其结构的内力和线形完全由斜拉索索力决定。及时准确的监测斜拉桥的拉索索力是对拉索桥健康状态评估的基础，对于大桥结构的施工过程、正常运营和服务、以及防止桥梁结构灾害事故发生都起到至关重要的作用，因此，拉索索力监测是斜拉桥施工控制和健康监测的核心内容之一，而该检测过程对于实时性、准确性和可用性都具有比较高
11、的要求。远程检测管理系统使得工作人员不必亲临现场就能够对现场状况进行控制和管理，查询所需数据信息，大大提高了工作效率。12斜拉桥索力监测技术的研究现状121索力检测技术研究现状迄今为止，一般国内常用的斜拉桥拉索索力检测方法主要有以下几种（1）压力表测定法；（2）压力传感器测定法；（3）磁通量法；（4）振动频率法；（5）光纤光栅振动法2。压力表检测法、压力传感器检测法以及频率法是国内较为常见的索力检测方法。压力表测定2法的简单易行，比较直观、可靠，压力传感器测定法精度高，但两者都只适用于施工过程中对正在张拉的斜拉索进行索力索力测定，很难用于对已张拉斜拉索的索力进行复测3。而磁通量法则是一种非破坏
12、性测定索力的方法，能够对已经张拉好的斜拉索进行索力测试。目前，对于磁通量检测索力的方法，我国在技术和经验上都存在着很大的缺陷。也正是这个原因，当我们需要对张拉完毕的斜拉桥进行拉索索力测试时，不外乎选择频率检测法。目前，斜拉桥检测研究重点主要集中在优化检测点、振动基频的识别、模态识别、结构特征的提取、结构整体的评估、诊断异常与损伤识别以及数据融合处理等方面2。振动频率检测法是非常好的一种间接检测方法，它通过绑在拉索上的拾振器将拉索自身参数进行检测并通过相应的方程计算得出索力。频率法可通过改进测算拉索自振频率的精度来提高索力测算的精度，还可以通过改进拉索与频率之间的换算方程来提高转换精度。目前比较
13、常用的检测方法是频谱分析法，即对拉索振动信号进行傅里叶变换后，通过频率图上对应的峰值及频率来测算拉索自振频率。光纤光栅振动测试法是通过对光栅反射布喇格波长光谱的进行检测，从而实现对被测结构的应变力和温度值的绝对测量3。若不考虑交叉灵敏度对参数的影响影响，则应变与温度共同影响而引起的对光纤光栅的作用则可以看作是相互独立并且线性叠加。由此我们可以推算出拉索的索力。在算法分析上，国外的专家多使用传感器更新和多参数模态识别算法，而国内的重点主要在于改进基频检测、索力换算和斜拉桥建模等方面，结合工程应用的需求和实践使得斜拉桥检测取得了长足的进步。122基于WEB的远程监控系统研究现状远程监控系统为我们的
14、监控管理工作带来了许多的便利，而WEB/JAVA技术的飞速发展和广泛使用使得人们将分布式网络管理的模式提上议案并得以实现，这种监控管理模式不仅体现在低端网管信息的收集上，同时也优化了用户端的监控和管理界面。在近些时期，以ADVENT公司的NETMONITOR为代表的新型网络管理系统走进人们的视野，它将用户界面直接呈现在WEB浏览器之上，使用户可以直接通过WEB浏览器实现对信息的检索、管理和监控。这种基于WEB浏览器的管理系统使得用户不必再学习复杂的界面操作技术，而只需要像平常浏览网页一样就能够完成网络信息管理工作，并且它的良好移植性使得其最大限度的实现了跨平台操作，避免了单一的基于特定平台的局
15、限性。目前像惠普公司，IBM公司等都在他们的新产品中加入了基于WEB技术的支持，这无疑是在同一管理界面上的一种成功的尝试。我国也购买了大量传统集中式的网络管理3平台，进行一系列全国性、行业性计算机网络的建设4。在嵌入式远程监控的实现平台上，目前主流上采用的是32位RISC精简指令集嵌入式ARM芯片，具有体积小、功耗低、低成本、高性能的特点，在远程监控、工业控制等领域深受商业开发和科研用户的亲睐。WEB技术弥补了以往传统监控系统的不足。目前基于WEB技术的远程监控系统网络管理主要有以下几个特点5用户的工作平台上只需要IE或NETSCAPE等浏览器而不需要其他任何软件就可以实现对系统的监控管理。W
16、EB技术的成熟发展使得其新版本不断出现，有利于对系统的升级。WEB浏览器对浏览器的硬件配置要求并不高，且它存在于多个操作平台上，独立操作这些平台只需要连接到INTERNET上即可实现，非常方便。加之WEB浏览器的多媒体功能使得界面的显示更加生动丰富，而不单单只以纯文本的形式表现5。简单的操作界面替换了以往的软件包，极大简化了用户上手操作的过程，用户不必花费额外学习软件的时间。而且，所有的数据操作对用户来说都是透明的，用户不必关心数据的来源，只要交给服务器和数据库去处理即可。基于WEB技术的远程监控还使得系统功能更加易于扩展，系统只需要对WEB服务器嵌套新的函数即可实现，非常适合小客户端的使用。
17、并且，由于连接了互联网，极大的摆脱了空间和地理的限制，只需通过浏览器就可以实时监控设备的运行状态。将WEB技术运用到设备的远程监控系统，在目前已经越来越成为监控系统的主流和发展方向。而加之微电子技术的不断高速发展，嵌入式系统的优势逐渐在计算机应用中的脱颖而出，因为它不仅功能强大，可靠性高，还具有实时性强和结构轻巧等特点。嵌入式的WEB远程监控是在传统的远程监控系统中添加进嵌入式技术和WEB技术，因此这种新式的监控系统具有更加丰富强大的功能，将成为今后远程监控技术发展的主流方向。基于WEB的嵌入式方案系统结构大致为在现场设备上配备微型嵌入式WEB服务器，负责对现场数据的采集、收集、存储和转发，并
18、和远程监控主机进行交互，如图11所示。该方案的好处在于实时性高，可靠性强对现场数据可以实行实时的采集与发送；与现场设备连接的嵌入式WEB服务器之间若出现故障也不会影响到其他设备的监控5。4图11基于WEB的嵌入式监控系统13斜拉桥拉索索力检测管理系统的作用和意义随着嵌入式技术、网络技术和监控技术的发展,在工业控制领域将嵌入式的远程监控系统应用的越来越广泛。将嵌入式技术、WEB技术和工业以太网技术紧密的结合构建成当前自动化工业控制的新方法，该方法既是通过互联网对嵌入式工业控制系统实现远程监控6。斜拉桥拉索索力监测管理系统意旨在互联网上建立基于WEB平台的嵌入式远程监控管理系统，即本地计算机通过网
19、络系统对远端的设备进行监测与控制，包括设备的远程数据采集、远程监控和远程维护。远程检测系统的构建和远程数据传输技术的应用是实现远程监控管理的关键，诸多指标将影响远程监控管理系统的建设、运营和维护成本等经济指标，以及稳定性和可靠性。桥梁拉索振动检测一般通过低频加速度传感器进行振动信号的拾取，并在AD转换后由下位机完成数据的预处理，再经由通信系统传输到上位机进行储存、诊断、监控和预警。嵌入式技术是远程监控系统开发的主流技术，可以在一个片上系统中实现信号处理、数据分析、数据传输等功能，可以解决桥梁远程监控中前端系统的安装空间和长期供电等问题7。本文所述的桥梁拉索远程监控系统主要由现场的监测点子系统（
20、下位机）、监控中心系统以及监控查询子系统三部分构成，开发的重点是基于B/S（浏览器/服务器）的监控中心系统。基于嵌入式技术开发的下位机主要负责振动信号的采集处理和频谱分析等功能，基于数据库技术开发的监控中心上位机负责索力计算、数据存储、时间同步和监控指令等任务，上位机和下位机之间采用能支持多种和（或）多个通信信道组合使用的混合通信协议进行数据传输，基于WEB技术开发的在线监控查询系统通过在互联网上建立基于WEB平台的嵌入式监控系统实现监控人员的远程查询、监控预警等功能。（1）监测点子系统（下位机）需要承担监测数据的采集、本地存储和传输等功能，同时对监控指令承担传输、命令解析、监测仪器动作控制等
21、功能，基于嵌入式技术开发实现振动信号处理算法，对传感器采集到的振动信号进行初步的分析处理，转化为基频数据信息，然后自主地根据信道的实际状况调用嵌入式混5合通信协议接口进行数据传输和接收监控调度指令。（2）监控中心系统需要提供相应的中心支持和服务，当监测点子系统上传数据后，数据则到达监控中心系统进行汇总汇总，并在此处进行相应的分析处理，并且对当前监测点的实时状态进行定时更新，并追加历史记录，在监控中心还有预设的阈值报警信息，当超出阈值时就进行报警或者发出及时的响应控制指令，同时监控查询子系统的各种监视和控制功能也通过监控中心系统来提供服务。（3）监控查询子系统负责人机交互，需要提供系统管理以及维
22、护人员在远程进行查询和控制功能，包括在线实时数据查询、数值标注、阈值报警和监控指令查询等功能，报警的结果也可以通过短信、邮件等方式进行通知，实现良好的用户体验。远程查询子系统基于B/S架构实现，用户可直接通过浏览器查询实时数据和历史数据。具有管理员权限的用户还可对用户和拉索信息进行管理。设计该索力监测管理系统主要的意义就是便于实现对拉索桥实时状态的进行有效的监控，并及时作出判断、处理，而远程监测管理平台使得操作人员的监管工作变得更加具有可视性、交互性，大大提高了监管的效率。14本文的主要工作和论文结构本文主要研究了基于WEB技术的嵌入式远程索力检测管理系统，设计了远程监控管理系统的整体结构以及
23、各子系统的功能，对远程索力监控管理系统进行了开发实现和应用测试。首先，通过对现有索力检测技术以及远程监控技术的研究，分析总结了设计斜拉桥索力监测管理系统的作用意义，基于原有系统模型，设计了一套适于本系统的整体架构，包括监测点子系统（下位机）、监控中心系统以及监控查询子系统三部分构成。然后，本文继承之前已有的基于ARM9芯片和LINUX的嵌入式下位机信号采集系统，集成混合通信协议，开发实现了基于WEB技术J2EE平台的监控中心系统以及远程监控管理系统，通过数据库将后台控制与前端显示连接起来，并设计了远程监控界面，用JQUERY实现图表绘制。最后，对本文设计的系统进行了相关实验室的测试与工程现场的
24、实地考察，证明了本文设计索力监测管理系统的合理性以及可行性。文章的内容结构总结如下第一章，介绍了课题研究的相关背景，总结了国内外有关技术的研究历史和现状，并提出了课题设计的思路和意义。第二章，对现有的索力检测技术和远程监控技术进行了研究，并作出对比分析，介绍了基于6嵌入式远程监控系统的相关原理，阐述了现今有关振动信号检测、远程监控系统的核心技术，并提出了有关UI用户界面的设计思想。第三章，完成了对索力监测管理系统的整体结构框架的设计和功能需求分析，设计了监控中心工作流程，以及各功能模块的有关技术和协议。第四章，完成了对监控管理系统的开发，包括监控系统平台搭建，通信协议的设计，数据库的选取，监控
25、功能的实现，以及监控页面的优化设计。第五章，对本系统设计的监测管理系统进行相关实验室的测试，并实际选取斜拉桥拉索进行工程测试，证明方案的可行性。第六章，对全文的设计实现开发过程进行了总结和展望，提出本系统需要改进的地方，和进一步研究的方向。72斜拉桥索力监测管理系统技术原理21斜拉桥索力检测的理论基础和常见方法无论是在斜拉桥的施工过程与建成后大桥的健康状况，索力无疑都是反映全桥内力状态以及其他各项指标的重要参数，它直接影响到大桥主梁截面应力。目前常用的索力检测方法主要有压力表测定法，压力传感器测定法，光纤光栅法，磁通量法，频率法。（1）压力表测定法使用液压千斤顶将斜拉索张拉，根据千斤顶张拉油缸
26、中的液压推算千斤顶的张拉力，默认千斤顶的张拉力就等于拉索索力从而推算出索力。因此，通过液压传感器或者精密压力表测定油缸的液压，进而求得索力。实际操作中，通常使用03至05级的精密压力表，并应事先对液压系统进行标定，测得的索力精度约为1到22。压力表测定法的优点是简单易行，比较直观、可靠，是施工中控制索力最适用的方法。但这个方法的缺点是使用的仪器较为笨重，不方便进行移动，并且常出现油不回零的现象，使测试精度受到影响。因此，该方法并不适合于测试已经在运营中的张拉好的拉索索力。（2）压力传感器测定法张拉的斜拉索上千斤顶的张拉力通过连接杆传到拉索锚具。通过在连接杆上套上穿心式压力传感器，使得压力传感器
27、在受压时输出电信号，从而在相应的仪表上读出千斤顶的张拉力。孔幅式或轮辐式传感器常常被采用，以减小传感器的高度。此类传感器通常需要专业的工厂来制作生产，检测精度可以达到05到103。这种方法的优点是检测精度高，但是传感器的售价高昂，并且自身质量也很大，因此只适合在特定的场合下使用。（3）光线光栅振动法光纤光栅振动测试法是基于光纤BRAGG光栅FBG的新型压力测试系统3。光纤光栅压力传感器是利用FBG波长对压力、温度的敏感特性而制成的一种新型的光纤传感器，它是采用紫外光对光纤侧面进行曝光或其他写入方法，使光纤纤芯一小段范围内的折射率沿光纤轴线发生周期性变化而得到光纤光栅，它可以反射出入射光的某一段
28、特定波长部分或全部的光。光纤光栅反射的布喇格波长主要由光栅周期和反向耦合模的有效折射率所决定，而使光栅布喇格波长发生漂移的主要物理过程就是应变和温度。因此在材料确定，并且将温度、应变共同作用引起的对光纤光栅的作用看作是相互独立与线性叠加的情况下，我们就可以通过光栅反射的布喇格波长来检测拉索8的应变力索力。与传统的光纤传感器相比，FBG采用波长调制方式将被测信息转化为共振波长的移动，克服了强度调制传感器必须补偿光纤连接器和耦合器损耗以及光源输出功率起伏的弱点，因此它的实用性更高3。还有一个便捷之处就是FBG可以重复使用多只光栅，从而可以将拉索的传感器组成传感器阵列，即多根拉索索力只用一个系统就可
29、以进行检测，这样就极大程度的降低了检测成本，加之光纤光栅本身可靠性良好使得此方法也非常的实用。（4）磁通量法磁通量法是将小型的电磁传感器固定在拉索上，然后根据测得的磁通量变化，并对应磁通量和索力及拉索温度的相应关系，对索力进行推算。磁通量法的核心仪器是EM传感器，即电磁传感器，该传感器中固定有两层线圈，并且除了磁化拉索外，它不会对拉索的物理特性及受力产生影响2。使用此方法我们需要在实验室对选定的铁磁材料进行包括应力和温度下的试验，从而得到应力、温度与磁通量变化的对应关系，根据该对应关系就可对此种材料建成的拉索进行所里测试了。（5）振动频率法振动频率法利用索的脉动进行索力测量，是一种间接的检测方
30、法。进行振动频率法检测时，我们首先要知道拉索的振动频率与拉索索力的对应关系，然后需要在已知材质、长度和两端约束情况等参数的拉索上，固定上灵敏度高的拾振器。拾振器拾取拉索在环境振动激励下的振动信号，并进一步进行信号的预处理，包括滤波、放大、数模转换和频谱分析等，从而测得索的自振频率，然后根据索的自振频率与索力的对应关系求得拉索索力。目前所有的仪器和分析检测方法可使得测定频率精度达到0005HZ3。振动频率法具有高精度、快速、方便、实用、可重复检测等特点，但是拉索自身参数（抗弯刚度、长度、密度、线形等）的偏差以及拉索的斜度、垂度、边界条件都会对索力的检测精度产生较大的影响。目前，压力表测定法、压力
31、传感器测定法以及频率法是国内使用较为广泛的检测方法，而在国外磁通量检测法更为常用。压力检测法与压力传感器测定法通常只适用于施工过程中对正在张拉的拉索进行索力检测，当对以张拉好的拉索进行复测时，无疑更多的选择频率法。磁通量检测法是一种较为新型的检测方法，势必在以后具有更加广阔的开发使用空间。922拉索振动信号的采集处理221振动频率检测法的原理振动频率检测法是根据索的脉动进行索力的测量的。在测量之前，将高灵敏度的传感器固定在大桥的拉索上，经过信号的转换、放大，则可以得到拉索的自振频率，从而得到索力。振动频率法的大致测试流程如图21所示9图21振动频率法流程图22斜拉索振动示意图如图22所示，振动
32、频率法检测的原理如下假设拉索垂度比0/LF很小，拉索只在XOY平面振动且在X平面内的运动可忽略不计，拉索截面为材质均匀的等截面且面积保持不变，材料应变力应变关系符合胡克定律，斜拉索垂度较大而索力T较小，由振动引起的索力增量对高阶振型影响可以忽略不计。取微元建立其平衡方程为90222244TYMXYTXYEI21算式中Y为横向坐标（垂直于索长度方向）；X为纵向坐标（沿索长方向）；M为单位索长的质量；T为索的张力；T为时间；EI为拉索的抗弯刚度。假设索的两端为铰支，则该微分方程的解为102222224LEINNFMLTN22算式中N为索自振频率的阶数；NF为索的第N阶自振频率；L为索长。如果忽略抗
33、弯刚度的影响，且拉索的单位长度质量可以转化为单位长度重量除以重力加速度G的形式，则可以将斜拉索索力简化为2224GNFWLTN23算式中W为单位长度索重；而G为重力加速度常数。公式23即为拉索的自振频率与索力的对应关系。如果拉索的抗弯刚度小到可以忽略不计时，可以得到24MLTNFN24因此，用基频（即1N）可以表示为214MLTF,1NFFN25如果拉索的抗弯刚度不可以忽略，则有222244MLEINMLTNFN26用基频（即1N）可以表示为222214MLEINFNFN27222振动信号的采集和预处理拉索振动信号的采集是进行信号分析的前提和基础，因此必须准确有效的对信号进行采集处理。在进行振
34、动信号采集的时，我们应该注意以下几个问题振动信号的采集模式取决于传感器当时的工作状态，如瞬态、稳态等；在有条件的情况下，振动信号应采取同步整周期采集；所有情况下采集的振动信号应该符合采样定理。而在进行信号预处理时，同样需要注意以下几个问题在涉及相位的计算和显示的情况下，尽量不选择抗混滤波；计算频谱时要选择低通抗混滤波；瞬态过程的处理中，对1X，2X矢量的快速处理采用矢量滤波11。振动信号的采样过程通常先经过信号调试，使得信号在进入A/D转换之前具有较高的信噪比，11然后再进入A/D转换过程，对信号进行采样、量化和编码。影响振动信号采集精度的因素主要包括采集方式，采样频率以及量化精度。采样方式不
35、同采样的信号精度也不同，其中同步整周期的采样效果是最好的；信号的最高频率决定了采样频率；而量化精度则取决于A/D转换的位数。按工作原理划分，常见的振动测量传感器有以下几种电容式、压阻式、压电式、电感式以及光电式。其中压电式加速度传感器的测量频率量程大、范围宽、重量轻、体积小、携带方便、而且对被测元件影响小，因此成为最常用的振动测量传感器。考虑到斜拉索的基频相对较低，而由环境随机激振产生的振动又相对较小，因此要求拉索振动传感器在低中频范围内具有较高的分辨率和精度。工程测量中应用最广泛的就是压电式加速度传感器。223振动信号基频的提取方法1直接基频法由公式23推导，选取基频，设1N，则可以得到GF
36、WLT212428但是由于拉索垂度的影响，会造成较大的误差。另一方面，传感器并不容易获取基频，文献中指出大跨度拉索桥的长索长基频常低于1HZ，有的可达025HZ10，加速度传感器的频响从零开始，但电荷放大器并不是从零开始，所以系统的频响也不是从零开始，因此加大了获取基频的难度。再者，根据振动理论可知，基频的最大振幅出现在弦中央，而高次谐波的最大振幅可能出现在弦两端附近处。而在测量过程中，由于拉索非常长，通常我们会将传感器装在距离地面较近的地方，这样一来，传感器就拾取到得信号高次谐波的成分就更大了，而基频成分反而更少。在频谱图中，也通常会因为传感器的影响而使得基频成分不突出而高频信号明显的现象，
37、所以基频是很难被获取的。因此这种方法并不常用。2频差法由公式24推导，我们可以得到TMLTNFNTANCOS4229FFFNN1210也就是说，斜拉索任意两阶频率之差就是该拉索的基频。所以我们可以利用频谱图中相邻两个谐振峰之间的频率之差来求得基频。实际工程中的斜拉桥拉索，往往是垂度对于基频存在一定影响，而抗弯刚度则对高阶频率产12生影响。这种方法对于精度要求不高的一般测量情况是完全可行的，但是在精度要求较高的场合下，其存在的误差还是相对较大。3新基频法新基频法是一种较为精确的方法。我们可以通过观察频谱图，并选择出一处具有最大振幅的谐振峰，并记下其频率NF，即第N阶的自振频率。假设NF的波峰是由
38、索的N谐振频率形成的，则可以推算出假设基频，即NFFN/。由弦振动理论我们可知，之后形成的其他各次谐波都应该是F的整数倍。因此，如果各次谐波与F（假设基频）的比值非常接近于整数（偏差不超过005），那么就可以将F认为是索的真实基频。否则就将N进行加减一再进行计算直到推算出基频1F10。由于使用新基频法选取的是振幅值最大的NF，它受到得干扰相对于其他谐振峰要小的多。而利用除法计算而得的误差也相对于其他直接频率想减的方法要减小很多。4频谱分析法由于环境振动测试得到的功率谱不变识别真实的峰值，采用倒频谱分析法可以作为功率谱峰值法的补充。倒频谱由于具有能够检测到功率谱上周期分量的能力，因此可用来分析频
39、谱图上的周期结构。倒频谱分析也可被称为为二次频谱分析，是近代信号处理科学中的一项新技术10。倒谱就是对功率谱进行傅里叶逆变换而得到的频谱，再经过一系列的倒谱频率分析，输出所需分量然后进行傅里叶正变化得到想要的频谱信号。由于傅里叶变换即为提取原始信号的周期性分量，因此，倒频谱就是提取原频谱信号中的周期性成分。利用这一特点，可识别出复杂频谱图上的周期结构，分离和提取出信号中的周期成分。23远程监控系统技术原理231远程监控系统的基本功能远程监控是本地计算机通过网络系统如INTERNET/INTRANET，远程对现场进行监控和管理，实现对分散控制网络的状态监测控制以及对设备的状况诊断和维护等功能。通
40、常情况下，我们把具有远程监控功能的计算机软件、通信媒体、硬件系统等称为远程监控系统4。远程监控系统一般由四部分构成1、监控前端子系统；2、图像传输子系统；3、中心控制子系统；4、远程图像用户系统5。为满足工业生产的要求，通常我们将远程监控系统应用在在现场设备分布广泛或数据不易采集的场合，是工作人员能够及时地监视设备的运行状态并进行有效控13制。远程监控系统所实现的功能主要有几下几点1采集与处理功能该功能主要实现的就是对生产过程当中的数字信号和模拟信号进行采集和处理，并且以相对可视化的形式进行输出，如通过电视、显示屏、报表等，从而使得工作人员对数据的操作更加直观简便。2监督功能对现场检测到得数据
41、信息，以及工作人员发出的监管指令进行分析、处理、计算、加工，并且将实时数据和历史数据分别进行存储。3管理功能对已有的数据、图像、表格等信息进行分析、故障诊断和险情预测，并且相应的可以增加预警与报警的功能，例如通过声音、颜色等信息对工作人员进行报警。4控制功能对已经检测到或者显示的信息进行相应及时的控制、加工，根据事先决定的控制策略形成控制输出，并且直接作用到现场的生产过程。远程监控系统有两种类型，第一种是现场监控系统不建立在生产现场，因此需要将数据采集后直接送到远程计算机进行处理，这种远程监控类似于一般的现场监控，只是将现场监控的数据传输距离加大了，而其他的监控系统构架几乎不发生变化。另一种类
42、型就是将远程监控系统与现场监控系统并行建立。该方法将各设备的传感器、监控器通过现场总线相连接，从而建立一个集成控制单元，然后再通过局域网把个子管理点连接起来形成INTRANET（企业内部网）。因此，类似于网络架构的信息系统就被建立了起来，而设备得监测、维护也相应的成为集成系统的一部分，从而实现了以企业为一个单元的内部信息与资源的共享。232远程监控系统技术远程监控技术主要涉及到就是网络通信技术，它是远程监控系统中最为关键的技术，监控系统还涉及到相应的服务器与网站功能动态实现等技术问题。国际标准化组织ISO和INTERNET组织在网络管理中都做了大量的工作，并提出了各自的协议标准和服务。如ISO
43、的公共管理信息服务及协议CMIS/CMIP，INTERNET的简单网络管理协议SNMPV1/V2。但是由于历史原因，ISO提出的CMIS/CMIP协议并没有得到广泛的利用，而INTERNET提出的SNMP协议却受到了广大工业界的欢迎，许多公司都在此协议标准的基础上推出了各自的信息管理产品和系统，例如SUN公司的SUNNET14MANAGER，惠普公司的OPENVIEW，IBM公司的NETVIEW/6000等。然而早期的这些信息管理系统大多都是基于单一主机的MANAGERAGENT模式，网络管理软件从各个AGENT收集信息数据，在本地由网管主机实现对信息的处理。这种方式极大的加重了网管主机的运算
44、负荷，因此使得其运转效率大大降低。加之，相关参数的绘制与显示也要依赖于相应的网管平台，没有一个统一的监控界面，因此给管理员用户的操作和使用带来了一定的困难。如今分布式网络管理的模式基于WEB/JAVA技术的飞速发展和广泛使用而得以实现，这种监控管理模式使得低端网管信息的收集工作更加有效，同时也使得用户端的监控和管理界面更加优化5。目前使用最为普及的计算机网络技术便是以太网技术，在太网技术的基础上，例如VISUALC、VISUALBASIC、JAVA等几乎所有的编程语言都能够进行应用开发。因此，在进行实际开发中，使用以太网技术就可以选择多种开发环境和开发工具。实际的研究和经验表明，在工业生产控制
45、过程中采用ETHERNET作为现场控制网络的传输链路层，是可以满足绝大部分远程监管系统的要求的。WEB服务器作为网站服务器是为远程监控提供相应的服务并满足系统功能需求。在客户端的ACTIVEX控件通过数据服务器获得实时的现场数据，然后再通过WEB服务器传递给用户。在WEB服务器端，通常嵌入人机交互的ASP动态页面，在该页面上用户使用ACTIVEX控件提交数据服务请求。WEB服务器只为用户提供嵌有ACTIVEX控件的监控页面，而远程用户通过登录该页面实现监控管理。随着网络技术的飞速发展和监控范围的扩大,监控系统已经由过去的单机监控而逐渐过渡到现在的网络监控，但是现在仍然存在许多的问题。第一,网络
46、通信技术不足。目前网络通信一般简单得采用SOCKET技术，以及EMAIL或FTP等技术。而基于这些技术的通信系统通常数据传输量与传输可靠性并不乐观，并且常常伴随非常复杂的编程语言。特别是，如果要求对现场多个检测点进行数据采集，编程就会变得异常复杂，因此不符合远程监控系统中网络通信协议的标准。第二，网络通信中存在多种结构。日前的远程监控系统不仅分布距离较远，并且常常是非常大型复杂的结构。不同的平台，不同的局域网，甚至是网络不同平台与编程语言的相异，用传统的通信方法是很难实现的，因此必须将网络中的平台集成而实现相互的通信。最新技术的发展影响着监控技术的发展，并且使用者对远程监控的简便性及实时性提出
47、了更高的要求。因此我们必须及时更新我们的技术，使用更新、更好的技术来满足日前更为复杂的需求，使监控系统更易于人们利用6。15233基于BS技术的远程监控系统基于B/S和C/S的远程监控系统是以网络作为通信平台的监控系统，它以HTTP技术为基础，具有较高的效率和简洁的架构，在信息网络中它已经逐渐成为的一种最广泛的信息交互平台。该技术能够实现对整个系统以及用户的管理，同时还可以实现设备的监控和相应的显示及预警，它基于SOCKET技术、面向对象、数据采集等技术，充分利用了已有的广域网和局域网资源。并且它具有非常高的性价比，集中实现了对信息的实时采集和控制，实现了资源、任务的共享和一体化管理。浏览器/
48、服务器即B/S（BROWSER/SERVER是一种以WEB技术为基础的新型的MIS系统平台模式。B/S模式与传统的C/S（CLIENT/SERVER模式相比，优点在于主要工作是服务器端程序的开发。服务器主要负责开发、维护网上的内容与资源，负责信息的收集、存储、发布，不存在客户端程序的开发和维护13。24基于嵌入式系统索力检测技术241嵌入式系统介绍根据IEEE的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”，因此，嵌入式系统实际上是一个软硬件结合的综合体，它是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可剪裁，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等一些列严格要求的专用计
49、算机系统。嵌入式系统一般是嵌入在宿主设备的计算机系统，嵌入的主要目的是用智能化提高宿主设备的功能6。嵌入式系统的设计由满足宿主设备的功能来决定，它可以是适于低端应用的4位、8位、16位单片机，也可以是适用于高端应用的16位、32位、64位的微处理器和DSP构成的计算机系统6。嵌入式系统通常包括嵌入式微处理器、外围硬件设备和嵌入式操作系统以及用户的应用程序几个部分，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。目前，嵌入式系统已经渗透到我们生活的各个角落，不管是工业控制中的嵌入式系统，还是人们日常生活中的一些电子设备，例如电视、MP3、空调、冰箱、热水器、汽车、手机等等，其内部都装有单片机MCU或者可以采用微处理器进行控制。嵌入式系统在近几年风靡起来，但是这个概念早在很久以前便出现了。从20世纪70年代的单片机到今天应用到各个领域的嵌入式微处理器、微控制器，嵌入式系统的发展已经历时30多年。嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，因此它必须与实际应用紧密结合，它具有很强的专用性，必须根据实际的系统进行合理的剪裁利用。嵌入式系统结合了先进的计算机技术、半16导体技术、电子技术，因此它是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。它必须根据应用系统的功能来对自身的软硬件进行合理的筛选，以保
