基于cRIO遠程數據采集終端

　　GPS同步采集

　　為滿足大橋模態分析的要求[1]，各數據采集終端需要對大橋的振動信號進行精確的同步采集。對于大橋健康監測系統而言，各數據采集終端的距離都在100米以上，傳統的主從終端同步采集方案已經不能適用。我們利用基于cRIO-9401和cRIO-9215的GPS同步采集方案可以很好的解決遠距離終端同步采集的難題。

　　具體而言，我們為每個數據采集終端配置一個GPS接收機，它們分別獲取已與衛星同步的GPS絕對時間信號和PPS秒脈沖信號，并送至對應采集終端的cRIO-9014的串口和cRIO-9401進行采集、同步和計數。我們在cRIO-9104的FPGA上構建了一個數字鎖相環和同步觸發模塊，參考由cRIO-9401引入的PPS秒脈沖信號，經過一系列硬件級的鎖相、計數和觸發機制，確保不同終端上的所有cRIO-9215(包括cRIO-9203)在同一絕對時刻以同頻同相的采樣時鐘對大橋的振動信號進行精確的同步采集。

　　大橋健康監測系統數據處理

　　我們將數據采集終端的存儲機制設計為人工干預存儲、觸發存儲和間斷存儲相結合，其中人工干預存儲優先級最高，觸發存儲次之，間斷存儲優先級最低。用戶可以在控制終端通過人工干預存儲命令對任一采集終端的任一或幾個信號通道進行指定時間段的數據存儲;也可以在存儲任務配置文件中配置觸發存儲任務，將某一采集終端上的某幾路信號通道與其它采集終端或同一采集終端上的某幾路信號通道進行觸發存儲任務關聯。當產生觸發任務的若干路信號通道數據滿足觸發條件時，它將會觸發關聯的那些被觸發信號通道進行指定時間段的數據存儲。并且觸發存儲任務還支持不同的優先級設置以及復雜的觸發存儲重疊處理機制，確保不會丟失對各觸發任務指定的信號數據的儲存;用戶也可以在存儲任務配置文件中配置間斷存儲任務以完成對各采集終端信號通道日常的正常數據存儲，如每小時存儲各信號通道10分鐘的數據。

　　這樣，在間斷存儲任務的基礎上，用戶只要合理的配置觸發存儲任務，在緊急情況下啟動人工干預存儲，就可以在顯著降低日常的正常信號數據存儲容量的基礎上，完全保存和突出實際關心的異常信號數據，極大的方便了用戶對于大橋異常信號數據的保存、提取和分析。

　　該數據存儲機制的難點在于不同采集終端信號通道之間的觸發存儲任務關聯的實現。

　　不同數據采集終端的具體硬件配置都不一樣，它們采集的信號種類及數量也不盡相同，但運行于各采集終端的系統軟件則完全一致，區別僅在于不同采集終端有自己特定的FPGA程序、模塊配置文件和存儲任務配置文件。用戶在控制終端可以利用提供的配置程序，通過對相應配置文件的處理來完成對各采集終端的模塊配置信息和存儲任務配置信息的查詢和更改設置。

　　數據采集任務開始后，各數據采集終端分別將采集到的連續數據通過以太網實時地傳送至監視終端，監視終端將這些數據進行匯總和解析，然后予以圖形化的顯示和簡單的在線分析[3]。圖3是一個示意的位于監視終端的實時數據顯示界面。

　　各數據采集終端會按照指定的數據存儲策略將部分信號數據以文本或二進制文件的形式存儲在本地。數據存儲終端定期通過FTP從各數據采集終端下載相關的歷史數據文件，并對所有信號通道的數據文件進行匯總。另外，數據存儲終端利用數據庫來統一管理這些原始數據文件，提供對各信號通道的歷史數據文件的預覽、檢索(按數據時間或數據特征檢索)、查詢和離線分析等服務。

　　該數據采集終端的實現和在廈門集美大橋健康監測系統中的實際應用是cRIO平臺在國內結構健康監測領域的首次成功案例，對于該領域及其它相關領域的類似應用具有很強的示范性和參考價值。

　　參考文獻：

　　[1] 袁慎芳.結構健康監控[M] .北京：國防工業出版社，2007

　　[2] 阮奇楨.我和LabVIEW[M] .北京：北京航空航天大學出版社 2009

　　[3] 張敏.東海大橋橋梁結構健康監測系統研究與設計[J].橋梁建設 2006(2)

　　[4] 李娜.深圳灣大橋結構健康及安全監控預警系統硬件概述公路[J] .2007(11)

　　[5] 湖北省京珠高速公路建設指揮部.湖北省京珠高速公路橋梁養護技術手冊[M] .北京：人民交通出版社 2003