基于虛擬儀器技術的結構健康監測系統開發的中期報告中期報告摘要：本文介紹了基于虛擬儀器技術的結構健康監測系統的中期開發情況。系統采用虛擬儀器技術，使得傳感器數據采集、信號處理、特征提取和診斷分析等功能均實現了虛擬化。文章介紹了系統的架構設計和關鍵技術實現，包括傳感器接口設計、數據存儲管理、信號處理算法、模型更新算法等。實驗結果表明，系統具有較高的穩定性和準確性，并能夠滿足結構健康監測的需求。關鍵詞：虛擬儀器技術；結構健康監測；傳感器接口；特征提取；模型更新1.研究背景與意義隨著現代建筑結構日新月異的發展，結構健康監測工作越來越受到重視。正確、及時地了解和掌握結構的運行狀態，對維護結構的安全以及延長結構壽命具有重要意義。傳統的結構健康監測方法大都采用大量傳感器進行數據采集，再由專業人員進行數據分析與處理，難免存在人為因素和人力成本高等問題。因此，結構健康監測系統的開發旨在提高數據采集與分析的效率和準確性，降低系統的成本，提高工作效率。2.系統架構設計基于虛擬儀器技術的結構健康監測系統主要由傳感器接口、數據處理、特征提取、模型更新、狀態檢測和報警等模塊組成。其中傳感器接口采用通用串口，支持多種類型的傳感器進行數據采集，數據處理模塊采用DSP進行實時處理，虛擬儀器平臺提供圖形化編程界面用于快速開發和編程，特征提取模塊采用小波變換，以及不同的統計分析方法等進行數據分析，最后通過模型更新算法對結構健康狀態進行預測和判斷，如果有異常情況，系統會自動發出警報。3.關鍵技術實現3.1傳感器接口設計傳感器接口采用通用串口，支持多種類型的傳感器進行數據采集。由于傳感器的種類很多，其數據格式都不同，因此需要設計多個數據采集模塊，以支持不同類型的傳感器。在數據采集時，為了保證數據的時效性和準確性，需要采用DMA方式進行數據傳輸。3.2數據存儲管理系統中采用MySQL數據庫進行數據存儲管理。數據存儲分為兩部分，一部分是原始數據，另一部分是處理后的數據。原始數據主要是為了數據的重新處理，處理后的數據則用于特征提取、模型更新等操作。3.3信號處理算法采集到的數據量龐大，因此需要對數據進行壓縮和降噪處理。在信號處理方面，采用小波變換和傅里葉變換對數據進行分析。在小波變換中，采用db4小波基函數對數據進行分解，選取適當的尺度和閾值對分解系數進行重構，實現數據壓縮和去噪等操作。在傅里葉變換中，采用快速傅里葉變換算法對數據進行處理，識別結構的基本頻率和振型信息。3.4模型更新算法初始模型參數是通過有限元模型進行求解得到的，由于結構參數的變化，尤其是長時間使用后產生的損傷和疲勞，會導致模型參數發生變化，因此需要通過實時采集的數據對模型參數進行更新。本系統采用遞推最小二乘法對模型進行在線更新，實時反映結構的狀態變化。4.實驗與結果本系統在橫向思教學樓結構上進行了實驗驗證。實驗結果表明，在傳感器通道數大于10的情況下，系統的穩定性和準確性都較高，能夠及時、準確地預測結構的健康狀況，得到了相關領域內專家的肯定和認可。5.結論與展望本文介紹了基于虛擬儀器技術的結構健康監測系統的研究現狀、技術要求以及開發過程。系統采用虛擬儀器技術，實現了傳感器數據采集